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Dokumentenidentifikation DE69837506T2 27.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000862069
Titel Optische Faser
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Kato, Masao, Tokyo 163-14, JP;
Kurokawa, Kenji, Tokyo 163-14, JP;
Horiguchi, Tuneo, Tokyo 163-14, JP;
Miyajima, Yoshiaki, Tokyo 163-14, JP
Vertreter PFENNING MEINIG & PARTNER GbR, 80339 München
DE-Aktenzeichen 69837506
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.02.1998
EP-Aktenzeichen 982500647
EP-Offenlegungsdatum 02.09.1998
EP date of grant 11.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G02B 6/036(2006.01)A, F, I, 20061212, B, H, EP

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Faser.

Die EP 0 753 771 A2 beschreibt eine Faser mit einem Kern bestehend aus einem mittleren Teil, einer Ringzone und einer zusammengesetzten Ringzone, die von einem Mantel umgeben ist. Eine ähnliche Ausbildung ist offenbart in "New Dispersion Shifted Fiber With Effective Area Larger Than 90 &mgr;m2", P. Nouchi et al. ECOC '96, Seiten 1.49–1.52.

Die EP 0 689 068 offenbart eine optische Einmodenfaser enthaltend einen inneren Kern, einen äußeren Kern und einen Mantelbereich. Der Brechungsindex des inneren Kerns ist größer als der Brechungsindex des äußeren Kerns.

Eine auf Silika basierende optische Einmodenfaser (nachfolgend als eine SMF (Einmodenfaser) bezeichnet), die allgemein für optische Kommunikation verwendet wird, hat ein Wellenlängenband zum Erzielen des minimalen Übertragungsverlusts innerhalb des Bereichs von 1,4 bis 1,6 &mgr;m. Ein derartiges Wellenlängenband wird bevorzugt für optische Kommunikation über große Entfernungen verwendet. Wenn sich jedoch ein optisches Signal mit der Wellenlänge für minimalen Übertragungsverlust durch die SMF fortpflanzt, verschlechtert sich die Wellenform aufgrund von chromatischer Dispersion, was zu Beschränkungen hinsichtlich der Bitrate und des Übertragungsabstands führt.

Die chromatische Dispersion in einer derartigen optischen Faser ist sowohl durch Materialdispersion als auch durch Wellenlängendispersion gegeben. Beispielsweise ist bei einer herkömmlichen SMF mit einem Kerndurchmesser von 10 um, deren relative Indexdifferenz &Dgr; zwischen dem Kern und dem Mantel gleich 0,3% ist, die Materialdispersion stärker vorherrschend als die Wellenlängendispersion. Da die chromatische Dispersion von als ein Material verwendetem Silika reflektiert wird, um eine Nulldispersions-Wellenlänge in dem 1,3 &mgr;m-Band zu ergeben, hat die in einem Wellenlängenband von 1,5 &mgr;m verwendete SMF für optische Kommunikation großer Kapazität eine chromatische Dispersion von etwa +17 ps/nm/km.

Es ist festzustellen, dass "+17 ps/nm/km" bedeutet, dass, wenn sich ein optischer Impuls mit einer spektralen Breite von 1 nm (FWHM) in einer 1 km langen optischen Faser fortpflanzt, sich die Impulsbreite um etwa 17 ps verbreitert ("Nonlinear Fiber Optics", Govind P. Agrawal, Seite 63 (Dispersion-induced Pulse Broadening), Academic Press).

Herkömmlich ist die Nachfrage nach einer Technik zum Verringern der Begrenzung der Übertragungskapazität aufgrund von chromatischer Dispersion, um die Bitrate und den Übertragungsabstand zu vergrößern, entstanden. Um diesem Erfordernis zu genügen, wurde bereits eine optische Faser, die als dispersionsverschobene Faser (nachfolgend als eine DSF (dispersionsverschobene Faser) bezeichnete optische Faser als eine optische Faser mit minimaler chromatischer Dispersion in einem Kommunikations-Wellenlängenband von 1,5 &mgr;m entwickelt (Nobuo K. et al., "Characteristics of dispersion-shifted dual shape core single-mode fibers", J.L.T., LT-5, Nr. 6, Seite 792 (1987)).

Bei dieser DSF ist die Indexverteilung des Kerns und des Mantels so ausgebildet, dass die Wellenlängendispersion das entgegengesetzte Vorzeichen zu dem der Materialdispersion, aber denselben absoluten Wert hat. Die Nulldispersions-Wellenlänge ist innerhalb des 1,5 &mgr;m-Bandes gesetzt. Um diesen Bedingungen zu genügen, ist die relative Indexdifferenz &Dgr; zwischen dem Kern und dem Mantel auf 0,7% oder mehr gesetzt, d.h., die Wellenlängendispersion ist groß gemacht. Wenn jedoch die relative Indexdifferenz &Dgr; groß ist, muss der Kerndurchmesser klein sein, um der Einmodenbedingung zu genügen (wird später beschrieben). Folglich wird die Feldverteilung von Licht eng, und die effektive Kernfläche (nachfolgend als Aeff bezeichnet) ist kleiner als die der SMF.

Die Einmodenbedingung wird beschrieben. In dem Fall einer Stufenindexfaser ist, wobei &lgr; die zu verwendende Wellenlänge ist, eine normierte Frequenz V bei der zu verwendenden Wellenlänge gegeben durch: V = (2&pgr;/&lgr;)·a·n1(2&Dgr;)0,5(1) &Dgr; = (n1 – n2)/n1(2) worin a der Kerndurchmesser ist, n1 der Brechungsindex des Kerns ist, n2 der Brechungsindex des Mantels ist und &Dgr; die relative Indexdifferenz zwischen dem Kern und dem Mantel ist. Um der Einmodenbedingung zu genügen, muss der Wert der Frequenz V gleich 2,405 oder weniger sein.

Wenn die relative Indexdifferenz &Dgr; erhöht wird, um die Wellenlängendispersion groß zu machen, muss der Kerndurchmesser a so ausgebildet sein, dass er stattdessen klein ist. Wenn jedoch der Kerndurchmesser a verringert wird, um die relative Indexdifferenz &Dgr; zu vergrößern, nimmt der Lichtbegrenzungseffekt in dem Kern zu. Die Aeff wird kleiner als die der SMF, und zusätzlich nehmen Biegeverluste ab. Ein Übertragungssystem mit einem Leitungsverstärkerabstand von 320 km und einer Bitrate von 10 Gb/s wurde bereits praktisch eingesetzt durch Anwendung der DSF (dispersionsverschobene Faser) für die Übertragungsleitung und eines erbiumdotierten optischen Faserverstärkers (nachfolgend als ein EDFA bezeichnet) als Leitungsverstärker.

Als eine Technik zur Erhöhung der Übertragungskapazität hat das Wellenlängenmultiplexverfahren (nachfolgend als WDM bezeichnet) eine große Aufmerksamkeit zuhause und international erhalten. Mit dem WDM können mehrere Signalwellenlängen gleichzeitig in einer optischen Kommunikationsfaser verwendet werden. Dies realisiert ein Übertragungssystem mit einer größeren Kapazität als der bei der herkömmlichen Übertragung mit einer Wellenlänge.

Wie vorstehend beschrieben ist, wird, wenn die DSF als die Übertragungsleitung verwendet wird, die Intensität von Licht in der optischen Faser (d.h., die optische Leistung pro Flächeneinheit des Faserquerschnitts) hoch aufgrund der kleinen Aeff. Andererseits sind zusammen mit der Erhöhung der Intensität des Signallichts als optische nichtlineare Effekte bezeichnete Erscheinungen in der optischen Faser allgemein wahrscheinlich. Insbesondere werden die Effekte in der DSF mit einer hohen Lichtintensität leicht induziert.

Der optische nichtlineare Effekt, der das Störungsverhältnis herabsetzt, ist ein schwerwiegendes Problem, da es beträchtliche Beschränkungen hinsichtlich der Bitrate und des Übertragungsabstands bei dem die DSF verwendenden Übertragungssystem auferlegt. Daher muss ein tatsächliches Übertragungssystem, das die DSF verwendet, Signale übertragen, während die Verstärkung des optischen Verstärkers unterdrückt wird.

Jedoch wird, wenn die Bitrate zunimmt, der Zeitschlitz pro Signalbit kurz. Um den Pegel der empfangenen Leistung sicherzustellen, muss die Signalleistung pro Bit erhöht werden. Dies ist nicht in Übereinstimmung mit der Unterdrückung von optischen nichtlinearen Effekten. Um die optischen nichtlinearen Effekt zu unterdrücken, muss die Übertragungsleistung herabgesetzt werden, um die Bitrate zu begrenzen.

Wenn die WDM angewendet wird, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, werden Vierwellenmischung (nachfolgend als FWM bezeichnet) genannte optische nichtlineare Effekte aufgrund der Anwesenheit mehrerer Wellenlängen in der optischen Faser induziert, so dass die Bitrate und der Übertragungsabstand begrenzt sind.

Bei der FWM bewirkt der nichtlineare optische Prozess dritter Ordnung eine Interferenz zwischen Signalwellenlängen, um neues Licht zu erzeugen. Da der Fasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen genügt ist, nimmt der FWM-Erzeugungswirkungsgrad zu. Aus diesem Grund ist wahrscheinlicher, dass die FWM stattfindet, wenn die Signalwellenlänge näher an der Nulldispersions-Wellenlänge ist, und das Intervall zwischen Signalwellenlängen ist kleiner. Bei der DSF, deren Nulldispersions-Wellenlänge innerhalb des Signalwellenlängenbands ist, ist wahrscheinlicher, dass die FWM induziert wird, als in der SMF, so dass das Intervall zwischen Signalwellenlängen vergrößert werden muss. Da jedoch Verstärkungsbandbreite der EDFA etwa mehrere zehn nm beträgt, verringert ein großes Wellenlängenintervall die Anzahl von Signalkanälen, um die Übertragungskapazität zu beschränken.

Der Anwendungszweck der DSF ist nicht auf die Übertragungsleitung beschränkt.

Für die weitere Verbesserung des Übertragungssystems wurden ausgiebige Studien über einen optischen Hochgeschwindigkeitsschalter und eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung ebenfalls durchgeführt. Der optische Schalter und die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung führen eine Schaltung oder Wellenlängenumwandlung unter Verwendung der nichtlinearen optischen Effekte durch, anders als die Übertragungsleitung, so dass das wichtige Problem darin besteht, wie die nichtlinearen optischen Effekte induziert werden.

Ein optischer Schalter und eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung, die unter Verwendung der DSF realisiert werden, in der die nichtlinearen optischen Effekte wegen der kleinen Aeff leicht auftreten, wurden bereits berichtet.

Jedoch kann bei einer Bitrate von 20 Gb/s oder höher eine elektrische Signalverarbeitung nicht verwendet werden, und stattdessen müssen der optische Schalter oder die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung verwendet werden. Die für den optischen Schalter oder die Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung zu verwendende DSF muss eine Länge von mehreren km haben, da der Umwandlungswirkungsgrad niedrig ist. Zusätzlich ist eine optische Eingangsleistung erforderlich.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Faser vorzusehen, die eine leichte Ausbildung von Unterdrückung und Erhöhung von nichtlinearen optischen Effekten ermöglicht.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Faser vorzusehen, die in der Lage ist, nichtlineare optische Effekte zu unterdrücken durch Verringern der Intensität von Licht in der optischen Faser, und FWM zu unterdrücken durch Stören der Phasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen.

Es ist noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Faser vorzusehen, die in der Lage ist, nichtlineare optische Effekte zu erhöhen durch Vergrößern der Intensität von Licht in der optischen Faser.

Um die vorgenannten Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist eine optische Einmodenfaser vorgesehen, welche aufweist: einen Kern mit einem Brechungsindex n0, einen ersten Mantel, der um den Kern herum und diesem benachbart ausgebildet ist und einen Brechungsindex n1 aufweist, einen zweiten um den ersten Mantel herum und benachbart zu diesem angeordneten Mantel mit einem Brechungsindex n2 und einen dritten um den zweiten Mantel herum und benachbart zu diesem gebildeten Mantel mit einem Brechungsindex n3, wobei die Brechungsindizes die Beziehungen n1 > n2 > n3 und n1 > n0 und n3 ≥ n0 haben.

Mit dieser Anordnung kann eine optische Faser, die in der Lage ist, die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken oder zu vergrößern, erhalten werden. Eine optische Faser zum Unterdrücken der nichtlinearen optischen Effekte kann für eine Übertragungsleitung verwendet werden. Eine optische Faser zum Induzieren der nichtlinearen optischen Effekte kann für einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung verwendet werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Ansicht, die den Abschnitt einer eine optische Nichtlinearität unterdrückenden Faser gemäß der vorliegenden Erfindung und ihre Indexverteilung zeigt;

2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen chromatischer Dispersion und einer relativen Indexdifferenz &agr; zwischen einem Kern und einem dritten Mantel zeigt;

3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen chromatischer Dispersion und einer relativen Indexdifferenz &bgr; zwischen einem ersten Mantel und dem dritten Mantel zeigt;

4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Durchmesser des zweiten Mantels und der chromatischen Dispersion zeigt;

5A, 5B und 5C sind Diagramme, die die Beziehungen zwischen der Faserlänge und der chromatischen Dispersion zeigen;

6 ist eine Ansicht, die die Anordnung einer Übertragungsleitung, die die in 1 gezeigte, die optische Nichtlinearität unterdrückende Faser verwendet, und die Beziehung zwischen dem Übertragungsabstand und dem optischen Leistungspegel zeigt;

7A und 7B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der MFD und der relativen Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel zeigt;

8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der MFD und dem Verhältnis des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels zeigt;

9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Veränderung der chromatischen Dispersion und dem FWM-Erzeugungswirkungsgrad zeigt;

10 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Faserlänge und der chromatischen Dispersion zeigt;

11 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser und relativen Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten Mantel und dem dritten Mantel zeigt;

12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Aeff und der relativen Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten und dem dritten Mantel zeigt;

13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der chromatischen Dispersion zeigt; und

14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Biegeradius und dem Biegeverlust zeigt.

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird als nächstes mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird eine optische Faser (nachfolgend als eine die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser bezeichnet), die für eine Übertragungsleitung durch Unterdrückung nichtlinearer optischer Effekte verwendet werden kann, beschrieben.

1 zeigt den Querschnitt der die Nichtlinearität unterdrückenden optischen Faser und ihre Indexverteilung. Wie in 1 gezeigt ist, wird, um die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken, der Brechungsindex in der Kernmitte einer DSF verringert.

Genauer gesagt, die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel ist gebildet aus einem Kern 1 mit einem Brechungsindex n0, einem Mantel 2 (nachfolgend als ein erster Mantel bezeichnet) mit einem Brechungsindex n1, einem Mantel 3 (nachfolgend als ein zweiter Mantel bezeichnet) mit einem Brechungsindex n2 und einem Mantel 4 (nachfolgend als ein dritter Mantel bezeichnet) mit einem Brechungsindex n3, und die Brechungsindizes haben zumindest Beziehungen n1 > n2 > n3 und n1 > n0. Insbesondere werden in diesem Fall, um die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken, die Brechungsindizes so gesetzt, dass eine Beziehung n1 > n2 > n3 ≥ n0 hergestellt wird. Die Feldverteilung von Licht breitet sich in der radialen Richtung der optischen Faser aus, um die Aeff zu vergrößern, so dass die nichtlinearen optischen Effekte unterdrückt werden können.

Eine derartige, die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser besteht aus demselben Material (z.B. Silika) wie dem der herkömmlichen optischen Faser, obgleich die Intensität von Licht verringert wird, so dass die die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser zu der herkömmlichen Übertragungsleitung gespleißt werden kann. Daher kann die optische Leistung in der Übertragungsleitung erhöht werden, und gleichzeitig kann eine Verschlechterung der Übertragung aufgrund der nichtlinearen optischen Effekte unterdrückt werden durch Einfügen dieser Faser unmittelbar nach dem optischen Verstärker, in welchem die nichtlinearen optischen Effekte leicht stattfinden.

Jedoch finden, wie vorstehend beschrieben ist, wenn das WDM angewendet wird, um die Übertragungskapazität zu erhöhen, als FWM bezeichnete nichtlineare optische Effekte statt aufgrund der Anwesenheit mehrerer Wellenlängen in der optischen Faser, was zu Beschränkungen hinsichtlich der Bitrate und des Übertragungsabstands führt.

Die FWM wird unterdrückt durch Verändern der chromatischen Dispersion der optischen Faser entlang der Längsrichtung. Genauer gesagt, wenn die chromatische Dispersion entlang der Längsrichtung der optischen Faser variiert, ändert sich die Phasengeschwindigkeit des Lichts lokal in der Übertragungsleitung. Aus diesem Grund wird bei der WDM-Übertragung die Phasenanpassungsbedingung zwischen benachbarten Kanälen gestört, so dass die FWM als ein Beschränkungsfaktor für die Übertragung unterdrückt werden kann.

Einige Verfahren zum Verändern der chromatischen Dispersion sind verfügbar. Beispielsweise kann, wenn eine relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel kontinuierlich entlang der Längsrichtung bei der Herstellung der optischen Faser geändert wird, die chromatische Dispersion bei 1,55 &mgr;m kontinuierlich variiert werden.

2 zeigt eine Änderung der chromatischen Dispersion bei 1,55 &mgr;m, wenn die relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel der in 1 gezeigten optischen Faser geändert wird. Eine relative Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten und dem dritten Mantel beträgt 1,5%.

Die relative Indexdifferenz &agr; ist gegeben durch: &agr; = (n0 – n3)/n0

Die relative Indexdifferenz &bgr; ist gegeben durch &bgr; = (n1 – n3)/n1

Die in 2 gezeigte optische Faser, deren chromatische Dispersion von +12 ps/nm/km bis –12 ps/nm/km (Variation der chromatischen Dispersion: 24 ps/nm/km) variiert, ist nur ein Beispiel zum Erläutern der Veränderung der chromatischen Dispersion, die erhalten wird bei Änderung der relativen Indexdifferenz &agr; von beispielsweise 0% auf –0,4%, so dass der chromatische Dispersionswert nicht immer ±12 ps/nm/km sein muss.

Selbst wenn die relative Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten Mantel und dem dritten Mantel geändert wird, kann die chromatische Dispersion bei 1,55 &mgr;m kontinuierlich geändert werden. 3 zeigt eine Änderung der chromatischen Dispersion bei 1,55 &mgr;m, die bei Änderung der relativen Indexdifferenz &bgr; beobachtet wurde. Die relative Indexdifferenz &agr; ist –0,4%.

Die chromatische Dispersion kann auch geändert werden durch Ändern des Durchmessers des zweiten Mantels entlang der Längsrichtung der optischen Faser. 4 zeigt eine Änderung der chromatischen Dispersion bei 1,55 &mgr;m, die bei Änderung des Durchmessers des zweiten Mantels beobachtet wurde. Die relative Indexdifferenz &agr; ist –0,4% und die relative Indexdifferenz &bgr; ist 1,44%.

Die 5A bis 5C zeigen die Beziehungen zwischen der Faserlänge und der chromatischen Dispersion, die erhalten werden, wenn die relativen Indexdifferenzen &agr; und &bgr; und der Durchmesser des zweiten Mantels geändert werden. In 5A beträgt die Wellenlänge 1,55 &mgr;m, und die relative Indexdifferenz &bgr; ist 1,5%. In 5B beträgt die Wellenlänge 1,55 &mgr;m, und die relative Indexdifferenz &agr; ist –0,4%. In 5C beträgt die Wellenlänge 1,55 &mgr;m, und die relative Indexdifferenz &agr; ist –0,4%, und die relative Indexdifferenz &bgr; ist 1,44%.

In allen Fällen verringert sich die chromatische Dispersion kontinuierlich, wenn die Faserlänge zunimmt, und die chromatische Dispersion ändert sich in Abhängigkeit von der Position in der optischen Faser, wie aus den 5A bis 5C ersichtlich ist. Alternativ kann die Phasenanpassungsbedingung gestört werden, um die FWM durch periodisches Ändern sowohl der relativen Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel als auch der relativen Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten und dem dritten Mantel entlang der Längsrichtung bei der Herstellung der optischen Faser gestört werden.

Die vorstehend beschriebene, die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser kann in der folgenden Weise verwendet werden.

6 zeigt die Anordnung der die in 1 gezeigte optische Faser verwendenden Übertragungsleitung und die Beziehung zwischen dem Übertragungsabstand und dem optischen Leistungspegel. Wie in 6 gezeigt ist, weist ein Sender 5 eine Lichtquelle 5a und einen optischen Verstärker 5b auf. Ein Empfänger 7 weist einen Detektor 7a und einen optischen Verstärker 7b auf. Ein optischer Verstärker 6 ist zwischen dem Sender 5 und dem Empfänger 7 eingefügt. Der Sender 5 und der Empfänger 7 sind durch den optischen Verstärker 6, eine die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser 8 und eine herkömmliche optische Faser 9 verbunden.

Diese Anordnung basiert auf dem folgenden Grund. Eine tatsächliche optische Faser hat immer einen Übertragungsverlust und die optische Leistung eines optischen Signals wird während der Übertragung allmählich klein. D.h., die nichtlinearen optischen Effekte sind am auffälligsten an Positionen (A und B in 6) unmittelbar nach optischen Verstärkern in der optischen Faserübertragungsleitung. Daher können, wenn die in 1 gezeigte, die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser unmittelbar nach dem optischen Verstärker in die herkömmliche Übertragungsleitung eingefügt wird, die nichtlinearen optischen Effekte wirksam unterdrückt werden.

Eine optische Faser (die nachfolgend als eine die Nichtlinearität vergrößernde optische Faser bezeichnet wird), die für einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung durch Induzieren der nichtlinearen optischen Effekte verwendet werden kann, wird als nächstes beschreiben.

Beispiele der vorliegenden Erfindung werden als nächstes beschrieben.

Die 7A und 7B zeigen eine Änderung im Modenfelddurchmesser (nachfolgend als ein MFD bezeichnet), wenn die relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel geändert wird.

Der MFD ist ein Parameter, der die Ausdehnung der Feldverteilung von Licht in der Faser anzeigt und als proportional zu der Aeff bekannt ist (Namihira et al., "Nonlinear Kerr Coefficient Measurements for Dispersion Shifted Fibers using Self-Phase Modulation Method at 1.55 &mgr;m", OEC '94).

Wie in 7A gezeigt ist, breitet sich, wenn der absolute Wert der relativen Indexdifferenz &agr; in der negativen Richtung vergrößert, die Feldverteilung von Licht aus, um die Intensität zu verringern, so dass die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel die die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser zum Unterdrücken der nichtlinearen optischen Effekte wird. Unter dem Gesichtspunkt der Herstellung wird die Dosis an Fluor, die dotiert wird, um den Brechungsindex des Kerns herabzusetzen, beschränkt, so dass die relative Indexdifferenz &agr; ihren unteren Grenzwert tatsächlich innerhalb des Bereichs von –07% bis –0,8% hat.

Andererseits wird, wie in 7B gezeigt ist, wenn die relative Indexdifferenz &agr; in der positiven Richtung vergrößert wird, der Wert des MFD klein. Der MFD einer allgemeinen zweifach geformten, dispersionsverschobenen Faser beträgt effektiv etwa 7,4 bis 8,4 &mgr;m (Reff = 41 bis 53 &mgr;m2). Wenn die relative Indexdifferenz &agr; einen positiven Wert hat, wird die Feldverteilung enger als die der DSF, und die Intensität des Lichts steigt an, so dass eine die Nichtlinearität vergrößernde optische Faser erhalten wird.

Wenn das elektrische Feld eine gaußsche Verteilung hat, wird Aeff = &pgr; × (MFD/2)2 erhalten. Wenn der MFD zunimmt, nimmt auch die Aeff zu. Wenn jedoch die optische Faser nach der vorliegenden Erfindung als die die Nichtlinearität unterdrückende optische Faser ausgebildet ist (d.h., &agr; < 0), weicht die Feldverteilung von der gaußschen Verteilung ab, so dass die rechte Seite der vorstehenden Gleichung mit einem Korrekturkoeffizienten c (c > 1) multipliziert werden muss.

8 zeigt eine Änderung des MFD, die beobachtet wird, wenn das Verhältnis des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels geändert wird. In 8 zeigt ein schwarzer Kreis einen Wert an, wenn die relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel gleich 0% ist; und ein weißer Kreis zeigt einen Wert an, wenn dir relative Indexdifferenz &agr; gleich +0,3% ist. Wie in 8 gezeigt ist, wird, wenn die relative Indexdifferenz &agr; gleich 0% ist und das Verhältnis des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels gleich 0,4 oder geringer ist, der MFD kleiner als der der DSF. Da die Intensität von Licht zunimmt, wird eine die optische Nichtlinearität vergrößernde Faser erhalten. Wenn die relative Indexdifferenz &agr; gleich +0,3% ist und das Verhältnis des Kerndurchmessers zu dem Durchmesser des ersten Mantels 0,5 oder weniger ist, wird erwartet, dass eine die optische Nichtlinearität vergrößernde Faser erhalten wird.

Der die FWM unterdrückende Effekt wird als Nächstes beschrieben.

9 zeigt den die FWM unterdrückenden Effekt. Wie aus 9 ersichtlich ist, kann die FWM unterdrückt werden durch Ändern der chromatischen Dispersion entlang der Längsrichtung der optischen Faser.

9 zeigt die Abhängigkeit des FWM-Erzeugungswirkungsgrads (normiert durch Definieren des Erzeugungswirkungsgrads für eine Dispersionsveränderung von 0 als 1) in einer die chromatische Dispersion verändernden Faser (Länge: 40 km), deren chromatische Dispersion entlang der Längsrichtung der optischen Faser linear zunimmt von der Veränderung der chromatischen Dispersion (Differenz der chromatischen Dispersion zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite) (10).

Wenn die Veränderung der chromatischen Dispersion 4 ps/nm/km beträgt, ist der FWM-Erzeugungswirkungsgrad 1/10 von dem der normalen optischen Faser, deren Veränderung der chromatischen Dispersion gleich 0 ist, oder weniger, so dass ein ausreichender Unterdrückungseffekt erhalten werden kann. Der Unterdrückungseffekt kann vergrößert werden durch Vergrößern der Veränderung der chromatischen Dispersion. Zusätzlich kann, wie aus 9 ersichtlich ist, der FWM-Erzeugungswirkungsgrad auf etwa 0,03 mit einer Veränderung der chromatischen Dispersion von 20 ps/nm/km gesenkt werden. Für eine Veränderung der chromatischen Dispersion von 24 ps/nm/km wird ein größerer FWM-Unterdrückungseffekt erwartet.

11 zeigt die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser, um der Einmodenbedingung zu genügen, und der relativen Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten und dem dritten Mantel, wenn die relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern und dem dritten Mantel geändert wird. Die schraffierte Fläche in 11 zeigt einen Bereich, in welchem der Einmodenbedingung bei 1,55 &mgr;&mgr; nicht genügt werden kann. Da die relative Indexdifferenz &agr; klein wird, nimmt die Anzahl von Kombinationen aus dem Kerndurchmesser und der relativen Indexdifferenz &bgr;, um der Einmodenbedingung zu genügen, zu.

Bei einer in 12 gezeigten optischen Faser kann die Aeff auf 150 &mgr;m2 bei einer Nulldispersions-Wellenlänge von 1,55 &mgr;m vergrößert werden durch Einstellen der relativen Indexdifferenz &agr; auf etwa –0,3% und der relativen Indexdifferenz &bgr; auf etwa 1%. 1e zeigt eine Änderung der Nulldispersions-Wellenlänge, wenn jede relative Indexdifferenz geändert wird, während die Indexbeziehungen n1 > n2 > n3 und n1 > n0 aufrechterhalten werden. Wie aus 13 ersichtlich ist, wird die Nulldispersion in dem Wellenlängenband von 1,4 bis 1,5 &mgr;m realisiert. Durch Ändern der Kombination von relativen Indexdifferenzen kann die Nulldispersion in dem Wellenlängenband von 1,3 bis 1,6 &mgr;m oder in einem längeren Wellenlängenband ebenfalls realisiert werden.

Unter Berücksichtigung der Handhabungseigenschaften der vorbeschriebenen optischen Faser im tatsächlichen Gebrauch für eine Übertragungsleitung oder dergleichen muss die optische Faser einen geringen Biegeverlust haben. Die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel kann ihre Biegeverlusteigenschaften durch Vergrößern der relativen Indexdifferenz &bgr; verbessern. 14 zeigt die Biegeverlusteigenschaften mit Bezug auf den Biegeradius der optischen Faser nach diesem Ausführungsbeispiel. Wie aus 14 ersichtlich ist, nimmt der Biegeverlust ab, wenn die relative Indexdifferenz &bgr; zunimmt. Zusätzlich kann die optische Faser nach diesem Ausführungsbeispiel nahezu dieselben Biegeverlusteigenschaften wie diejenigen der herkömmlichen DSF erhalten (etwa mehrere dB/m für einen Biegeradius von 1 cm; Aeff ist etwa 50 &mgr;m2), indem die relative Indexdifferenz &bgr; auf etwa gesetzt wird. In diesem Fall ist die Aeff etwa 120 &mgr;m2.

Bei der optischen Faser nach der vorliegenden Erfindung konzentriert sich, selbst wenn die Nulldispersions-Wellenlänge in einem Band von 1,55 &mgr;m entwickelt ist, die Feldverteilung nicht auf die Mitte der optischen Faser. Aus diesem Grund kann die Aeff um das Zweifache oder mehr größer als die der herkömmlichen DSF gemacht werden, während nahezu dieselben Biegeverlusteigenschaften aufrechterhalten werden. Genauer gesagt, die Intensität von Licht wird verringert, um die nichtlinearen optischen Effekte zu unterdrücken, und folglich wird die Verschlechterung der Signalwellenform unterdrückt, so dass die Bitrate und der Übertragungsabstand vergrößert werden können.

Zusätzlich kann, wenn die Phasenanpassungsbedingung zwischen Wellenlängen gestört wird durch Ändern der Nulldispersions-Wellenlänge in einem Band von 1,55 &mgr;m entlang der Längsrichtung der optischen Faser, der FWM-Erzeugungswirkungsgrad gesenkt werden. Daher kann das Wellenlängenintervall bei dem WDM reduziert werden, um die Anzahl von Kanälen zu erhöhen.

Wenn andererseits die Aeff verkleinert wird, kann die Intensität von Licht in der optischen Faser hoch gemacht werden. Da die nichtlinearen optischen Effekte wirksam erzeugt werden können, kann eine optische Faser, die geeignet für einen optischen Schalter oder eine Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtung ist, erhalten werden.


Anspruch[de]
Optische Einmodenfaser, welche aufweist:

einen Kern (1) mit einem Brechungsindex n0 und mehreren um den Kern herum gebildeten Mänteln, gekennzeichnet durch einen ersten Mantel (2), der angrenzend an den Kern und um diesen herum gebildet ist und einen Brechungsindex n1 hat;

einen zweiten Mantel (3), der angrenzend an den ersten Mantel und um diesen herum gebildet ist und einen Brechungsindex n2 hat; und

einen dritten Mantel (4), der angrenzend an den zweiten Mantel und um diesen herum gebildet ist und einen Brechungsindex n3 hat,

wobei die Brechungsindizes die Beziehungen n1 > n2 > n3, n1 > n0 und n3 ≥ n0 haben.
Faser nach Anspruch 1, bei der eine relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern (1) und dem dritten Mantel (4) sich kontinuierlich entlang einer Längsrichtung der optischen Faser ändert. Faser nach Anspruch 1, bei der eine relative Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten Mantel (2) und dem dritten Mantel (4) sich kontinuierlich entlang einer Längsrichtung der optischen Faser ändert. Faser nach Anspruch 1, bei der sich ein Durchmesser des zweiten Mantels (3) kontinuierlich entlang einer Längsrichtung der optischen Faser ändert. Faser nach Anspruch 2, bei der die relative Indexdifferenz &agr; zwischen dem Kern (1) und dem dritten Mantel (4) entlang der Längsrichtung der optischen Faser monoton zunimmt oder monoton abnimmt. Faser nach Anspruch 3, bei der die relative Indexdifferenz &bgr; zwischen dem ersten Mantel (2) und dem dritten Mantel (4) entlang der Längsrichtung der optischen Faser monoton zunimmt oder monoton abnimmt. Faser nach Anspruch 4, bei der der Durchmesser des zweiten Mantels (2) entlang der Längsrichtung der optischen Faser monoton zunimmt. Faser nach Anspruch 4, bei der der Durchmesser des zweiten Mantels (2) entlang der Längsrichtung der optischen Faser monoton abnimmt.






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