專利名稱：高次模分散補償光纖和高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高次模分散補償光纖，更詳細地講，涉及降低低次模與高次模的干擾(多路徑干擾MPI)、將高次模的傳輸損耗的波長依賴性平坦化的分散補償光纖。再有，本發(fā)明涉及在高次模分散補償光纖模件等中使用、能夠在寬帶且低損耗下進行基模和高次模的轉(zhuǎn)換的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器。
本申請要求在2003年6月18日申請的日本專利申請第2003-173422號的優(yōu)選權(quán)，其內(nèi)容并入本文。
背景技術(shù)：
相應(yīng)于數(shù)據(jù)通信的快速的需求增加，光纖傳輸系統(tǒng)的大容量化、高速化的要求在提高。
為了適應(yīng)該要求，第1，降低光纖傳輸線路的殘余分散變得必要，為此，要使用分散補償光纖。
第2，由于多重波長數(shù)大幅度增加，為了增大光纖傳輸?shù)墓庑盘柕墓β?，有必要防止非線性效應(yīng)導(dǎo)致的傳送特性的劣化。為此，作為構(gòu)成光傳輸線路的光纖，需求的是有效截面積Aeff大的光纖，對上述分散補償光纖也要求是有效截面積大的。
通常的分散補償光纖，是使用基模LP01模的光纖，但在美國專利第5802234號說明書中提出了使用比它高次的LP02模的光纖。
該高次模分散補償光纖(Higher-order-mode dispersion compensating fiber、HOM-DCF)，本質(zhì)上有效截面積格外大，而且波長分散系數(shù)(平均單位長度的波長分散的絕對值)也大，例如得到-200ps/nm/km的值。
對于這樣的高次模分散補償光纖，在該光纖中傳輸?shù)牡痛文：透叽文５母蓴_在本質(zhì)上未能避免。為此，必須在光傳輸線路中的單模光纖和高次模分散補償光纖的連接點上插入將低次模轉(zhuǎn)換成高次模的模轉(zhuǎn)換器，極力避免低次模傳輸?shù)皆摲稚⒀a償光纖中。
作為該模轉(zhuǎn)換器，使用光纖連接器(參看林濤等，“利用熔接錐形光線連接器的LP01-LP11模轉(zhuǎn)換器的設(shè)計理論和實驗”，電子信息通信學(xué)會論文志C-1，vol.J82-C-I，pp.587-595，1999)，或多孔光纖(Holey fiber、HF。參看S.Choi等，“A new typeof mode converter for higher order mode dispersion compensation based on thetapered hollow optical fiber”，Proc.Conf.on Lasers and Electro-Optics，CTuAA2，2001)，長周期纖維光柵(Long period grating、LPG。S.Ramachandran et al.“Bandwidth control of long-period grating-based mode converters in few-modefibers”，Optics Letters.Vol.27，No.9，pp.698-700，2002)。將低次模和高次模的插入損耗差定義的多路徑干擾(MPI)抑制在-40dB左右。
可是，該程度的多路徑干擾值，實用上是不足的，就使用模轉(zhuǎn)換器的范圍來講，進一步降低多路徑干擾是困難的。
高次模分散補償光纖可實現(xiàn)大的分散量、大Aeff，在長距離的傳輸中被利用(例如參看S.Ramachandran等，“1700km transmission at 40Gb/s with 100kmamplifier-spacing enable by high-order-mode dispersion-compensation”，Proc.European Conf.Opt Comm.，WeF-2.2，2001)。
作為在其實用化中的重要的技術(shù)之一，可列舉出從單模光纖(Single-modefiber、SMF)的基模向HOM-DCF的高次模轉(zhuǎn)換的模轉(zhuǎn)換器。對于該模轉(zhuǎn)換器，報告了長周期纖維光柵和多孔光纖的利用。
另外，還提出了利用組合了2模(LP01，LP11)光纖和單模(LP01)光纖的熔接錐形光纖連接器的LP01-LP11模轉(zhuǎn)換器。
可是，上述采用LPG的轉(zhuǎn)換器制造困難，并且存在其轉(zhuǎn)換特性容易根據(jù)環(huán)境條件變化而受影響的問題。
另外，采用HF的轉(zhuǎn)換器，存在從LP01模向LP02模的轉(zhuǎn)換率(以下記為LP01-LP02轉(zhuǎn)換率)低的問題。
再有，林等人關(guān)于向高次模LP02轉(zhuǎn)換的模轉(zhuǎn)換器未記載。
所以，本發(fā)明的第1課題在于，在高次模分散補償光纖中，與高次模相比，抑制低次模的傳輸，降低低次模和高次模的干擾，進一步降低多路徑干擾。
另外，本發(fā)明的第2課題在于，在高次模分散補償光纖中，在解決上述第1課題的同時，降低高次模的傳輸損耗的波長依賴性。
另外，本發(fā)明的第3課題在于，提供能夠在寬頻帶且低損耗下進行基模和高次模的轉(zhuǎn)換的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的第1課題，本發(fā)明提供一種高次模分散補償光纖，其具有光纖、和設(shè)于該光纖內(nèi)、使在該光纖中傳輸?shù)牡痛文Ｋp、而不衰減比該低次模高次的模的損耗層。
在上述高次模分散補償光纖中，上述損耗層也可以設(shè)置在上述高次模的電場分布中電場為零的位置。
在上述高次模分散補償光纖中，上述損耗層也可以通過在構(gòu)成上述光纖的玻璃中摻雜鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩之中的至少1種元素的氧化物來形成。
在上述高次模分散補償光纖中，優(yōu)選上述損耗層的厚度為0.5μm以下。
對于上述高次模分散補償光纖，優(yōu)選上述低次模為LP01模、上述高次模為LP02模。
對于上述高次模分散補償光纖，優(yōu)選低次模的傳輸損耗為10dB/km以上。
在上述高次模分散補償光纖中，上述光纖也可以具有中心芯部；設(shè)于該中心芯的外圍、折射率比上述中心芯部低的芯部；設(shè)于該芯部的外圍、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的環(huán)形芯部；設(shè)于該環(huán)形芯部的外圍的包層。
本發(fā)明提供使用了上述高次模分散補償光纖的分散補償模件。
對于上述分散補償模件，優(yōu)選多路徑干擾為45dB以上。
本發(fā)明提供具備上述分散補償模件的光傳輸線路。
為了解決上述的第2課題，本發(fā)明提供一種高次模分散補償光纖，其具有光纖、和使在該光纖中傳輸?shù)牡痛文Ｋp、而不衰減比該低次模高的高次模的第1損耗層、以及將高次模的傳輸損耗的波長依賴性平坦化的第2損耗層。
在上述高次模分散補償光纖中，也可以將第1損耗層設(shè)置在高次模的電場分布中電場為零的位置，將第2損耗層設(shè)置于第1損耗層的外側(cè)。
在上述高次模分散補償光纖中，上述第1損耗層和上述第2損耗層中的至少1個，可以通過在構(gòu)成上述光纖的玻璃中摻雜鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩之中的至少1種元素來形成。
在上述高次模分散補償光纖中，優(yōu)選上述第1損耗層和上述第2損耗層的至少1個的厚度為1μm以下。
在上述高次模分散補償光纖中，優(yōu)選上述低次模為LP01模、上述高次模為LP02模。
對于上述高次模分散補償光纖，優(yōu)選上述低次模的傳輸損耗為10dB/km以上。
在上述高次模分散補償光纖中，優(yōu)選上述高次模的最大傳輸損耗差在波長范圍1.5-1.6μm為0.042dB/km以下，優(yōu)選在波長范圍1.53-1.565μm為0.0012dB/km以下。
在上述高次模分散補償光纖中，上述光纖也可以具有中心芯部；設(shè)于該中心芯部的外圍、折射率比上述中心芯部低的芯部；設(shè)于該芯部的外圍、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的環(huán)形芯部；設(shè)于該環(huán)形芯部外圍的包層。
本發(fā)明提供使用了上述高次模分散補償光纖的分散補償模件。
對于分散補償模件，優(yōu)選多路徑干擾為45dB以上。
本發(fā)明提供具備上述的分散補償模件的光傳輸線路。
為了解決上述的第3課題，本發(fā)明提供一種高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，它是具有單模光纖、高次模分散補償光纖、將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，該熔接拉伸部進行上述單模光纖的LP01模和上述高次模分散補償光纖的LP02模之間的模轉(zhuǎn)換。
上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選具有按上述LP01模的傳輸常數(shù)β1和上述LP02模的傳輸常數(shù)β2實質(zhì)上相等的方式預(yù)拉伸上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖的至少1個后，將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖熔接、后拉伸而形成的熔接拉伸部。
上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選具有為了能夠有效耦合上述LP01模和上述LP02模而將兩光纖的外側(cè)用氫氟酸等腐蝕至不損害特性的程度后，將兩光纖熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部。
在上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器中，優(yōu)選上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖的至少1個的預(yù)拉伸率e1為1-3，后拉伸率e2為1-5。
另外，在上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器中，上述熔接拉伸部具有進行上述LP01模和上述LP02模之間的完全耦合的耦合長度和拉伸率。
對于上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，在1.55μm-1.65μm的波長范圍，從上述單模光纖的LP01模向上述高次模分散補償光纖的LP02模的轉(zhuǎn)換率優(yōu)選為75％以上。
另外，對于上述高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，優(yōu)選的是，上述單模光纖其折射率分布(profile)為階梯狀，芯半徑r為2μm-7μm，比折射率差Δ51為0.0025-0.007，上述高次模分散補償光纖，從光纖徑向的中心向外，由折射率最高的第1層、設(shè)在該第1層外圍的折射率最低的第2層、設(shè)在該第2層外圍的折射率在第1層和第2層之間的第3層組成，上述第1層的半徑r為2μm-8μm，比折射率差Δ51為0.005-0.025，上述第2層的半徑r52為4μm-14μm，比折射率差Δ52為-0.005至0.005，上述第3層的半徑r53為8μm-25μm，比折射率差Δ53為-0.002至0.004。
圖1是表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的一例的概略截面圖。
圖2是表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的折射率分布的一例的圖。
圖3是表示使用本發(fā)明的分散補償模件進行分散補償?shù)墓鈧鬏斁€路的構(gòu)成的一例的概略構(gòu)成圖。
圖4是表示在實施例1中的分散補償光纖的LP01模的電場分布的曲線圖。
圖5是表示在實施例1中的分散補償光纖的LP02模的電場分布的曲線圖。
圖6是表示在實施例1中的分散補償光纖的LP03模的電場分布的曲線圖。
圖7是表示在實施例1中的分散補償光纖的分散特性曲線圖。
圖8是表示在實施例1中的分散補償光纖中的各模的傳輸損耗的曲線圖。
圖9是表示在實施例2中的分散補償光纖的LP01模的電場分布的曲線圖。
圖10是表示在實施例2中的分散補償光纖的LP02模的電場分布的曲線圖。
圖11是表示在實施例2中的分散補償光纖的LP03模的電場分布的曲線圖。
圖12是表示在實施例2中的分散補償光纖的分散特性的曲線圖。
圖13是表示在實施例2中的分散補償光纖中的各模的傳輸損耗的曲線圖。
圖14是表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的一例的概略截面圖。
圖15是表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的折射率分布的一例的圖。
圖16是表示使用本發(fā)明的分散補償模件進行分散補償?shù)墓鈧鬏斁€路構(gòu)成的一例的概略構(gòu)成圖。
圖17是表示在實施例3中的分散補償光纖的分散特性的曲線圖。
圖18是表示在實施例3中的分散補償光纖中的傳輸損耗的波長依賴性的曲線圖。
圖19是表示在實施例3以外的實例中的傳輸損耗的波長依賴性的曲線圖。
圖20是表示在實施例4中的分散補償光纖的分散特性的曲線圖。
圖21是表示在實施例4中的分散補償光纖中的傳輸損耗的波長依賴性的曲線圖。
圖22是表示在實施例4以外的實例中的傳輸損耗的波長依賴性的曲線圖。
圖23是表示分散補償光纖的傳輸損耗的波長依賴性的曲線圖。
圖24是表示本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的一個實施方案的斜視圖。
圖25是表示關(guān)于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的拉伸率和傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖26是表示關(guān)于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的預(yù)拉伸后的拉伸率和傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖27是用于說明HOM-DCF的分布的概略圖。
圖28是表示關(guān)于SMF的LP01模和HOM-DCF的各模的拉伸率和傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖29是表示關(guān)于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02，LP12模預(yù)拉伸后的拉伸率和傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖30是表示關(guān)于SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的在各波長下的拉伸率和傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。
圖31是表示從SMF的LP01模到HOM-DCF的LP02模的功率耦合度與波長的關(guān)系的曲線圖。
圖32是表示從SMF的LP01模到HOM-DCF的LP12模的功率耦合度與波長的關(guān)系的曲線圖。
圖33是表示在實施例5中制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的功率耦合度與波長的關(guān)系的曲線圖。
圖34是表示在實施例6中制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器在波長1.60μm下的傳輸常數(shù)和拉伸率關(guān)系的曲線圖。
圖35是表示在實施例7中制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器在波長1.60μm下的傳輸常數(shù)和拉伸率關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式
(第1實施方案)以下詳細說明解決上述第1課題的本發(fā)明的第1方案。
圖1是表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的一例的示意截面圖，圖2是表示該例的分散補償光纖的折射率分布的圖。
在圖1中，符號1表示中心芯部，2表示芯部，3表示環(huán)形芯部，4表示包層。
中心芯部1折射率最高，由摻鍺的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ1為0.005-0.026，外徑2a為5-16μm。
芯部2位于中心芯部1的外側(cè)，其折射率比中心芯部1低、并且比包層4低，由摻氟的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ2為-0.01至+0.006，外徑2b為8-20μm。
另外，環(huán)形芯部3位于芯部2的外側(cè)，其折射率比中心芯部1低、比芯部2高、并且比包層4高，由摻鍺的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ3為-0.007至+0.015，外徑2c為12-34μm。
再有，包層4位于環(huán)形芯部3的外側(cè)，其折射率比環(huán)形芯部3低、比芯部2高，由純石英等的玻璃構(gòu)成，其外徑為125μm。
而且，在該高次模分散補償光纖的中心芯部1的內(nèi)部，如圖1所示，形成了環(huán)形的損耗層5。在圖2中，用符號5表示的損耗層僅表示其位置，不表示該損耗層5的折射率。該損耗層5具有例如阻礙基模LP01模的傳輸，而不阻礙比其高的高次模LP02模的傳輸?shù)墓δ堋?br>
此損耗層5，具體講是由摻雜了選自鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩的1種以上元素的氧化物的石英等的玻璃構(gòu)成的層。
此損耗層5自身的損耗量的最大值為1000dB/km左右。
另外，損耗層5的厚度為0.5μm以下的薄的(狹窄的)損耗層，不降低光纖自身的傳輸損耗。
再有，此損耗層5的位置為包含高次模例如LP02模的電場分布中電場強度為零的點的位置。此電場強度為零的點相當(dāng)于LP02模的電場分布的“波節(jié)”，不給予LP02模的傳輸以影響。
要具體設(shè)定此損耗層5的損耗量、厚度、位置，可基于以下的式(1)進行計算。
Pm(r)=Aexp[-(r-r0δ)2]+B······(1)]]>在式(1)中，Pm(r)為光纖剖面(profile)的材料損耗，A為損耗層的峰值損耗(dB/km)，B為其他層的損耗(dB/km)，r0為損耗層的中心半徑，δ為2√2Δr，Δr為損耗層的dB半值全寬。但是，規(guī)定損耗層足夠薄(窄)，損耗是符合高斯分布的。
另外，低次模、高次模的各模的傳輸損耗可基于以下的式(2)算出。
P1=∫0∞rPm(r)R2(r)dr∫0∞rR2(r)dr······(2)]]>在式(2)中，P1是各模的傳輸損耗(dB/km)，R是LP模近似時的電磁場橫向成分函數(shù)，可按照K.Okamoto，“Comparison of calculated and measured impulseresponses of optical fibers”Appl.Opt.，vol.18，pp.2199-2206，1979.計算。
使用該式(1)和式(2)，確定損耗層5的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以得到必要的特性。
具有這樣的損耗層5的分散補償光纖，可采用MCVD法制作。即，通過控制向作為原始基材的石英管內(nèi)供給的四氯化硅、四氯化鍺等玻璃原料氣體中添加、供給由含有上述元素的化合物組成的摻雜氣體的時刻、和其供給時間、其供給量、摻雜氣體中的元素濃度等，可在目標位置形成作為目標的損耗層5。
對于這樣的高次模分散補償光纖，由于存在損耗層5，高次模、例如LP02模的傳輸不被妨礙，比它低的低次模、例如LP01模的傳輸被大大妨礙，其損耗變?yōu)?0dB/km以上、優(yōu)選變?yōu)?0dB/km以上，為高次模的損耗的8倍以上。另外，更高次的模、例如LP03模的傳輸也是可能的，但彎曲導(dǎo)致的損耗大，在制成模件時，具有大的傳輸損耗，在實用上傳輸大體上被抑制。另外，也有LP11模的傳輸成為可能的情況，但是這由于模轉(zhuǎn)換時的損耗和由損耗層5造成的損耗而成為大的傳輸損耗，在實用上不會造成影響。
此結(jié)果，在該分散補償光纖中，只有高次模、例如LP02模被用于傳輸。因此，在模轉(zhuǎn)換器中，不能從基模完全轉(zhuǎn)換成高次模、例如LP02模以外的模、例如LP01模在該分散補償光纖中實用上未被傳輸，多路徑干擾變得極低。另外，高次模與低次模的損耗比依賴于該光纖的長度，通過改變光纖的長度可調(diào)整多路徑干擾。
另外，該高次模分散補償光纖，如先前的美國專利也公開的那樣，是本質(zhì)上具有大分散系數(shù)和高有效截面積的，波長分散為-200ps/nm/km以下，波長分散斜率(slope)為0ps/nm2/km，有效截面積為50μm2以上。
因此，在使用這種分散補償光纖進行分散補償?shù)那闆r下，能夠用短的光纖長度來補償累積分散。另外，即使傳輸高功率的光信號，傳輸特性也不會因非線性效應(yīng)而劣化。
本發(fā)明的分散補償模件，是在繞線管等上卷繞所要求長度的上述高次模分散補償光纖制成線圈狀，并將它容納于盒等中的模件。上述高次模分散補償光纖如先前所述，由于分散系數(shù)極大，因此，短的卷繞長度即可完成，模件自身的小型化、低成本化成為可能。另外，由于低次模大大衰減，因此多路徑干擾變?yōu)?5dB以上。
圖3是表示使用該分散補償模件補償光傳輸線路的累積波長分散的系統(tǒng)的實例的圖。
在圖3中，符號11表示由在波長1.3μm的分散值為零、在1.55μm的分散值為+17ps/nm/km的單模光纖構(gòu)成的光傳輸線路。
在此光傳輸線路11的輸出端連接著第1模轉(zhuǎn)換器12的輸入端。此第1模轉(zhuǎn)換器12是具有將傳輸?shù)接蓡文９饫w構(gòu)成的光傳輸線路11的基模LP01模轉(zhuǎn)換成比它高次的模、例如LP02模的功能的轉(zhuǎn)換器。在該模轉(zhuǎn)換器12中使用長周期纖維光柵或多孔光纖。
在第1模轉(zhuǎn)換器12的輸出端，連接著上述的分散補償模件13的輸入端，在該分散補償模件13的輸出端，連接著第2模轉(zhuǎn)換器14的輸入端。該第2模轉(zhuǎn)換器14是具有將傳輸?shù)椒稚⒀a償模件13的高次模、例如LP02模轉(zhuǎn)換成基模LP01模的功能的轉(zhuǎn)換器，與前面的轉(zhuǎn)換器一樣地使用長周期纖維光柵或多孔光纖。
在第2模轉(zhuǎn)換器14的輸出端連接著其他的光傳輸線路15或者光放大器等。
從光傳輸線路11的輸入端輸入的波長1.55μm的基模(LP01模)的光信號，從其輸出端送至第1模轉(zhuǎn)換器12中，在這里進行模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成高次模、例如LP02模。經(jīng)第1模轉(zhuǎn)換器12轉(zhuǎn)換成LP02模的信號光輸入到分散補償模件13中，在這里補償在光傳輸線路11中累積的波長分散后，送至第2模轉(zhuǎn)換器14。
在第2模轉(zhuǎn)換器14中，信號光的傳輸模從高次的模、例如LP02模轉(zhuǎn)換成基模LP01模，從其中輸出，被送至其他的光傳輸線路15或者光放大器。
在分散補償模件13中的分散補償光纖的長度，按能夠消除經(jīng)光傳輸線路11累積的在1.55μm下的波長分散的要求來確定。例如，如果光傳輸線路11的長度為80km，構(gòu)成該光傳輸線路11的單模光纖在波長1.55μm下的分散值為+17ps/nm/km，則在光傳輸線路11中的累積分散值為80×17＝1360ps/nm。
當(dāng)在分散補償模件13中使用的高次模分散補償光纖在1.55μm下的分散值為-1000ps/nm/km時，如果在分散補償模件13中的分散補償光纖的卷繞長度為1.36km，則能夠完全補償在光傳輸線路11中的在1.55μm下的累積分散。
以下示出實施例。
實施例1使用MCVD法，制作了具有表1的例1中示出的結(jié)構(gòu)參數(shù)的高次模分散補償光纖。該分散補償光纖可傳輸LP01模、LP02模和LP03模。圖4示出了LP01模的電場分布，圖5示出了LP02模的電場分布，圖6示出了LP03模的電場分布。
另外，圖7示出了LP02模的分散特性。從圖7看，在波長1.55μm下的分散值為約-1100ps/nm/km。
表1
在表示LP02模的電場分布的圖5中，在電場的值為零的半徑2.20μm的位置形成了損耗層。該損耗層是在構(gòu)成中心芯部的摻鍺石英中摻雜了16.3摩爾％的三氧化硼(B2O3)的層，其厚度為0.2μm。
其次，圖8示出了上式(1)中的A為150dB/km、B為0.5dB/km時的各模的傳輸損耗。從圖8看，LP01模具有約26.5dB/km的損耗，而LP02模具有約1.5dB/km的損耗。
表2表示采用分散補償模件補償使用80km的在波長1.55μm下的分散值為+17ps/nm/km的單模光纖的光傳輸線路中在1.55μm時的累積分散的實例的結(jié)果。
在該表2中，比較地示出了使用有上述損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、沒有損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、使用通常的LP01模的分散補償光纖這3種分散補償光纖，制作3種分散補償模件，采用圖3所示的系統(tǒng)構(gòu)成連接該3種分散補償模件的光傳輸線路的特性。
表2
表2中的FOM(良好指數(shù))是所分散補償?shù)墓鈧鬏斁€路的總分散值除以包含2個部位的模轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的總損耗值的值。MPI(多路徑干擾)是相同地分散補償了的光傳輸線路中的LP01模的總插入損耗與LP02模的總插入損耗之差。表2中的連接損耗是對1個模轉(zhuǎn)換器的連接損耗。另外，使用模是指LP02模，不需要的模是指LP01模。
由表2的結(jié)果可知，設(shè)置了損耗層的使用LP02模的分散補償光纖，其FOM、MPI有大幅度提高。
實施例2使用MCVD法，制作了具有表1的例2中示出的結(jié)構(gòu)參數(shù)的高次模分散補償光纖。該分散補償光纖可傳輸LP01模、LP02模和LP03模。圖9示出了LP01模的電場分布，圖10示出了LP02模的電場分布，圖11示出了LP03模的電場分布。
另外，圖12示出了LP02模的分散特性。從圖12可知，在波長1.55μm下的分散值為約-440ps/nm/km。
在表示LP02模的電場分布的圖10中，在電場的值為零的半徑2.30μm的位置形成了損耗層。該損耗層是在構(gòu)成中心芯部的摻鍺石英中摻雜了7.6摩爾％的三氧化硼的層，其厚度為0.2μm。
其次，圖13示出了上式(1)中的A為70dB/km、B為0.5dB/km時的各模的傳輸損耗。從圖13知道，LP01模具有約12.1dB/km的損耗，而LP02模具有約0.83dB/km的損耗。
表3與例1中的表2同樣，表示采用分散補償模件補償使用了80km的在波長1.55μm的分散值為+17ps/nm/km的單模光纖的光傳輸線路中的在1.55μm的累積分散的實例的結(jié)果。
在該表3中，也比較地示出了使用有上述的損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、沒有損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、使用通常的LP01模的分散補償光纖這3種分散補償光纖，制作3種分散補償模件，采用圖3所示的系統(tǒng)構(gòu)成連接了該3種分散補償模件的光傳輸線路的特性。
表3
從表3的結(jié)果也可以明確，設(shè)置了損耗層的使用LP02模的分散補償光纖，其FOM、MPI大大提高。
如以上說明那樣，對于本發(fā)明的高次模分散補償光纖，通過設(shè)置妨礙低次模、例如LP01模的傳輸、而不妨礙比它高次的模例如LP02模的傳輸?shù)膿p耗層，雖然低次的LP01模在傳輸中大大衰減，但是高次的LP02模不會衰減。因此，多路徑干擾驟然提高。
因此，使用高次模分散補償光纖進行分散補償時，即使不可缺少的模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性稍差，通過使用該發(fā)明的分散補償光纖，在分散補償光纖內(nèi)不需要的模、例如LP01模也幾乎不被傳輸，得到良好的多路徑干擾。
另外，由于使用高次模，因此具有大的波長分散系數(shù)、能夠縮短補償所需要的光纖長度。而且，由于具有高的有效截面積，因此即使傳輸高的光功率的信號光，也不會發(fā)生由非線性效應(yīng)帶來的損害。
可是，在具有上述的損耗層的分散補償光纖中，高次模、例如LP02模的傳輸損耗的波長依賴性大，在短波長范圍損耗增加。
圖23是表示在距芯的中心為半徑2.20m的位置設(shè)置了厚度0.2m、峰值損耗150B/km、背景損耗0.5B/km的摻鈷而成的損耗層的分散補償光纖的傳輸損耗與波長的關(guān)系的曲線圖。
從該圖23可知，在波長范圍1.5-1.6μm，存在竟達約1dB/km的最大損耗波動差。再者，在具有該損耗層的分散補償光纖中，LP01模的傳輸損耗與LP02模的傳輸損耗之差為約25dB，低次的模的傳輸被充分地抑制。為了將高次模的傳輸損耗的波長依賴性平坦化，在高次模分散補償光纖中設(shè)置了2個損耗層。
第2實施方案以下詳細說明解決上述第2課題的本發(fā)明的第2方案。
圖14是示意地表示本發(fā)明的高次模分散補償光纖的一例的截面圖，圖15表示該例的分散補償光纖的折射率分布。
在圖14中，符號21表示中心芯部，22表示芯部，23表示環(huán)形芯部，24表示包層。
中心芯部21折射率最高，由摻鍺的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ21為0.005-0.026，外徑22a為5-16μm的范圍。
芯部22位于中心芯部21的外側(cè)，其折射率比中心芯部21低、并且比包層24低，由摻氟的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ22為-0.01至+0.006，外徑22b為8-20μm。
另外，環(huán)形芯部23位于芯部22的外側(cè)，其折射率比中心芯部21低、比芯部22高、并且比包層24高，由摻鍺的石英等的玻璃構(gòu)成，比折射率差Δ23為-0.007至+0.015，外徑22c為12-34μm。
再有，包層24位于環(huán)形芯部23的外側(cè)，其折射率比環(huán)形芯部23低、比芯部22高，由純石英等的玻璃構(gòu)成，其外徑為125μm。
而且，在該高次模分散補償光纖的中心芯部21的內(nèi)部，如圖1所示，形成了環(huán)形的第1損耗層25，并且在包層24的內(nèi)部形成了環(huán)形的第2損耗層26。在圖15中，用符號25、26表示的第1損耗層和第2損耗層僅表示其位置，不表示該損耗層25、26的折射率。
該第1損耗層25具有例如阻礙基模LP01模的傳輸，而不阻礙比其高次的模LP02模的傳輸?shù)墓δ堋?br>
此第1損耗層25，具體講是由摻雜了選自鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩中的1種以上元素的石英等的玻璃構(gòu)成的層。
第1損耗層25自身的損耗量為100-200dB/km左右。
另外，第1損耗層25的厚度為0.5μm以下的薄(窄的)損耗層，不降低光纖自身的傳輸損耗。
再有，第1損耗層25的位置為包含高次模例如LP02模的電場分布中電場強度為零的點的位置。此電場強度為零的點相當(dāng)于LP02模的電場分布的“波節(jié)”，對LP02模的傳輸沒有影響。
另外，第2損耗層26是具有將例如作為高次模的LP02模的傳輸損耗的波長依賴性降低、平坦化的功能的損耗層。
該第2損耗層26具體講是由摻雜了選自鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩中的1種以上元素的石英等的玻璃構(gòu)成的層。
第2損耗層26自身的損耗量為10-20dB/km左右。
另外，第2損耗層26的厚度為1μm以下的薄(窄的)損耗層，不降低光纖自身的傳輸損耗。
該第2損耗層26的位置為高次模、例如LP02模的第3“波腹”的附近，通常大多設(shè)置在第1損耗層25的外側(cè)的包層24的內(nèi)部。
作為高次模的LP02模的電場分布，隨著波長變長，在該第3“波腹(Loop)”變大，通過在這里設(shè)置第2損耗層26，由該損耗層26帶來的模損耗增加。因此，通過最佳化此第2損耗層26的位置、厚度、損耗量等，能夠?qū)P02模的損耗特性平坦化。
為具體地設(shè)定該第1損耗層25和第2損耗層26的損耗量、厚度、位置，可基于以下的計算式式(3)進行。
Pm(r)=A1exp[-(r-r122Δr1)2]+A2exp[-(r-r222Δr2)2]+B······(3)]]>在式(3)中，Pm(r)為光纖分布的材料損耗，A1為第1損耗層的峰值損耗(dB/km)，A2為第2損耗層的峰值損耗(dB/km)，B為其他層的損耗(dB/km)，r1為第1損耗層的中心半徑，r2為第2損耗層的中心半徑，Δr1為第1損耗層的dB半值全寬，Δr2為第2損耗層的dB半值全寬。但是，規(guī)定損耗層足夠薄(窄)，損耗是符合高斯分布的。
另外，低次模、高次模的各模的傳輸損耗可基于以下的式(4)算出。
P1=∫0∞rPm(r)R2(r)dr∫0∞rR2(r)dr······(4)]]>在式(4)中，P1是各模的傳輸損耗(dB/km)，R是LP模近似時的電磁場橫向分量函數(shù)，可按照K.Okamoto，“Comparison of calculated and measured impulseresponses of optical fibers”Appl.Opt.，vol.18，pp.2199-2206，1979.計算。
使用該式(3)和式(4)，確定第1和第2損耗層25、26的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以得到必要的特性。
具有這樣的第1和第2損耗層25、26的分散補償光纖，可采用MCVD法制作。即，通過控制向供給到成為原始基材的石英管內(nèi)的四氯化硅、四氯化鍺等玻璃原料氣體中添加、供給由含有上述的元素的化合物組成的摻雜氣體的時刻、和其供給時間、其供給量、摻雜氣體中的元素濃度等，可在目標位置形成作為目標的第1和第2損耗層25、26。
對于這樣的高次模分散補償光纖，通過存在第1損耗層25，高次模、例如LP02模的傳輸不被妨礙，比它低次的模、例如LP01模的傳輸被大大妨礙，其損耗變?yōu)?0dB/km以上、優(yōu)選變?yōu)?0dB/km以上，為高次模的損耗的8倍以上。另外，更高次的模、例如LP03模的傳輸也可能，但彎曲導(dǎo)致的損耗大，在制成模件時，具有大的傳輸損耗，在實用上傳輸大體上被抑制。
此結(jié)果，在該分散補償光纖中，只有高次模、例如LP02模被傳輸。因此，在模轉(zhuǎn)換器中，不能完全從基模轉(zhuǎn)換成高次模、例如LP02模的這以外的模、例如LP01模在該分散補償光纖中實用上不能被傳輸，多路徑干擾變得極低。另外，高次模與低次模的損耗比依賴于該光纖的長度，通過改變光纖的長度可調(diào)整多路徑干擾。
另外，該高次模分散補償光纖，如先前的美國專利‘234號也公開的那樣，是本質(zhì)上具有大的分散系數(shù)和高的有效截面積的，波長分散為-200ps/nm/km以下，波長分散斜率為0ps/nm2/km，有效截面積為50μm2以上。
因此，在使用這種分散補償光纖進行分散補償?shù)那闆r下，能夠用短的光纖長度補償累積分散。另外，即使傳輸高功率的光信號，傳輸特性也不會因非線性效應(yīng)而劣化。
再有，在該分散補償光纖中，通過存在第2損耗層26，如由后述的實施例也可明確的那樣，高次模、例如LP02模的傳輸損耗的波長依賴性降低、平坦化。即，隨著波長變長，LP02模的電場在其第3“波腹”變大，通過在該位置設(shè)置第2損耗層26，能夠?qū)P02模的損耗-波長特性平坦化。
為此，該分散補償光纖，是具有LP02模的最大損耗差在波長范圍1.5-1.6μm為0.042dB/km以下、在波長范圍1.53-1.565μm為0.0012dB/km以下的極為優(yōu)異的平坦性的。因此，在作為光通信的使用波帶的1.55μm波長范圍不斷寬波長范圍化的現(xiàn)在，不需要重新引入將損耗特性平坦化的補償器(equalizer)等裝置。
本發(fā)明的分散補償模件，是在繞線管等上卷繞所要求長度的具有上述構(gòu)成的高次模分散補償光纖而制成線圈狀，并將它容納于盒等中的模件。上述的高次模分散補償光纖如先前所述，由于分散系數(shù)極大，因此，短的卷繞長度即可完成，模件自身的小型化、低成本化成為可能。另外，由于低次模大大衰減，因此多路徑干擾變?yōu)?5dB以上。
圖16表示使用該分散補償模件補償光傳輸線路的累積波長分散的系統(tǒng)的實例。
在圖16中，符號31表示由在波長1.3μm下分散值為零、在1.55μm下分散值為+17ps/nm/km的單模光纖構(gòu)成的光傳輸線路。
在此光傳輸線路31的輸出端連接著第1模轉(zhuǎn)換器32的輸入端。此第1模轉(zhuǎn)換器32是具有將傳輸?shù)接蓡文９饫w構(gòu)成的光傳輸線路31的基模LP01模轉(zhuǎn)換成比它高次的模、例如LP02模的功能的轉(zhuǎn)換器。在該模轉(zhuǎn)換器32中使用長周期纖維光柵或多孔光纖。
在第1模轉(zhuǎn)換器32的輸出端，連接著上述的分散補償模件33的輸入端，在該分散補償模件33的輸出端，連接著第2模轉(zhuǎn)換器34的輸入端。該第2模轉(zhuǎn)換器34是具有將傳輸?shù)椒稚⒀a償模件33的高次模、例如LP02模轉(zhuǎn)換成基模LP01模的功能的轉(zhuǎn)換器，與前面的轉(zhuǎn)換器一樣地使用長周期纖維光柵或多孔光纖。
在第2模轉(zhuǎn)換器34的輸出端連接著其他的光傳輸線路35或者光放大器等。
從光傳輸線路31的輸入端輸入的波長1.55μm的基模(LP01模)的光信號，從其輸出端被送至第1模轉(zhuǎn)換器32中，在這里進行模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成高次模、例如LP02模。經(jīng)第1模轉(zhuǎn)換器32轉(zhuǎn)換成LP02模的信號光輸入到分散補償模件33中，在這里補償在光傳輸線路31中累積的波長分散后，被送至第2模轉(zhuǎn)換器34。
在第2模轉(zhuǎn)換器34中，信號光的傳輸模從高次的模、例如LP02模轉(zhuǎn)換成基模LP01模，從其中輸出，被送至其他的光傳輸線路35或者光放大器。
在分散補償模件33中的分散補償光纖的長度，按能夠消除經(jīng)光傳輸線路31累積的在1.55μm下的波長分散的方式確定。例如，如果光傳輸線路31的長度為80km，構(gòu)成該光傳輸線路31的單模光纖的在波長1.55μm下的分散值為+17ps/nm/km，則在光傳輸線路31中的累積分散值為80×17＝1360ps/nm。
當(dāng)在分散補償模件33中使用的高次模分散補償光纖的在1.55μm時的分散值為-1000ps/nm/km時，如果在分散補償模件33中的分散補償光纖的卷繞長為1.36km，則能夠完全補償在光傳輸線路31中的在1.55μm下的累積分散。
另外，由于在使用的波長范圍中，分散補償模件33的損耗波長特性平坦，因此在光傳輸線路中也不需要另行引入將它平坦化的裝置。
以下示出實施例。
(實施例3)使用MCVD法，制作了具有表4中的例3示出的結(jié)構(gòu)參數(shù)的高次模分散補償光纖。會社制)作為丙烯酸酯系聚合性組合物外，進行了與實施例1～實施例3完全相同的操作。得到的偏振光層疊體的最外層涂膜面的厚度是6～8μm。
無論與哪一種透鏡用聚合性組合物組合，都能得到良好的塑料偏振光透鏡，各透鏡的光學(xué)特性如下列表4所示，各性能良好。
表4
(實施例13～實施例15)將PO改性新戊二醇二丙烯酸酯(サンノプコ公司制，商品名佛特馬4127-SN)45重量份、4官能的聚酯丙烯酸酯低聚物Ebecryl 80(ダイセル UCB公司制，商品名Ebecryl 80)30重量份、3官能的聚氨酯丙烯酸酯低聚物Ebecryl 264(ダイセル UCB公司制，商品名Ebecryl264)20重量份、二苯甲酮(聚合引發(fā)劑，和光純藥工業(yè)株式會社制)5重量份混合，調(diào)制了(甲基)丙烯酸酯系聚合性組合物(11)。
其它進行與實施例1～實施例3完全相同的操作。得到的偏振光層疊體的最外層涂膜面的厚度是7～9μm。
無論與哪一種透鏡用聚合性組合物組合，都能得到良好的塑料偏振光透鏡，各透鏡的光學(xué)特性如下列表5所示，各性能良好。
表5
(實施例16～實施例17)作為(甲基)丙烯酸酯系組合物，將1，9-壬二醇二甲基丙烯酸酯(新<p>表5
表5中的FOM(良好指數(shù))是所分散補償?shù)墓鈧鬏斁€路的總分散值除以包括2個部位的模轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的總損耗值的值。MPI(多路徑干擾)是相同地分散補償了的光傳輸線路中的LP01模的總插入損耗與LP02模的總插入損耗之差。
另外，使用模是指LP02模，不需要的模是指LP01模。
由表5的結(jié)果明確，設(shè)置了損耗層的使用LP02模的分散補償光纖，其FOM、MPI大幅度地提高。
再有，在上述實施例1中，作為第2損耗層，在半徑9.85μm的位置，厚度為0.9μm，A2為4.04dB，是在成為包層的石英中摻雜了0.44摩爾％的三氧化硼(B2O3)而形成的。關(guān)于使用了該第2損耗層的分散補償光纖的LP02模的傳輸損耗的波長依賴性示于圖19。
從圖19知道，通過設(shè)置第2損耗層，在波長范圍1.5-1.6μm最大損耗差從1.0dB/km改善為0.042dB/km。另外，該分散補償光纖的特性與表5示出的例3的分散補償光纖等同。
實施例4使用MCVD法，制作了具有表4的例4中示出的結(jié)構(gòu)參數(shù)的高次模分散補償光纖。該分散補償光纖可傳輸LP01模、LP02模和LP03模。圖20示出了LP02模的分散特性，從圖20可知，在波長1.55μm下的分散值為約-440ps/nm/km。
在制作該分散補償光纖時，設(shè)置了以下示出的第1損耗層和第2損耗層。第1損耗層，在LP02模的電場分布的電場值為零的半徑2.30μm的位置，厚度為0.2μm，A1為70dB/km，是在成為中心芯部的摻鍺石英中摻雜了7.6摩爾％的三氧化硼(B2O3)而形成的。
另外，第2損耗層，在半徑7.92μm的位置，厚度為0.2μm，A2為6.07dB，是在成為包層的石英中摻雜了0.66摩爾％的三氧化硼(B2O3)而形成的。再者，B為0.5dB/km。
關(guān)于設(shè)置了第1和第2損耗層的分散補償光纖、和只設(shè)置了第1損耗層的分散補償光纖，圖21示出了其LP02模的傳輸損耗的波長依賴性。
由圖21可知，通過設(shè)置第2損耗層，損耗量總體上稍稍增加，但在波長范圍1.53-1.565μm最大損耗差從0.65dB/km改善為0.0002dB/km。
表6表示采用分散補償模件補償使用了80km的在波長1.55μm下的分散值為+17ps/nm/km的單模光纖的光傳輸線路中的在1.55μm下的累積分散的例子的結(jié)果。
在該表6中，比較了使用有上述的第1損耗層和第2損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、沒有損耗層的使用LP02模的分散補償光纖、使用通常的LP01模的分散補償光纖這3種分散補償光纖，制作3種分散補償模件，采用圖16所示的系統(tǒng)構(gòu)成連接了該3種分散補償模件的光傳輸線路的特性。
表6
由表6的結(jié)果可明確，使用設(shè)置了損耗層的使用LP02模的分散補償光纖，其FOM、MPI大幅度地提高。
再有，在上述實施例4中，作為第2損耗層，在半徑7.95μm的位置，厚度為0.4μm，A2為3.18dB，是在成為包層的石英中摻雜了0.35摩爾％的三氧化硼(B2O3)而形成的。關(guān)于使用了該第2損耗層的分散補償光纖的LP02模的傳輸損耗的波長依賴性示于圖22。
從圖22可知，通過設(shè)置第2損耗層，在波長范圍1.5-1.6μm最大損耗差從0.18dB/km改善為0.0022dB/km。另外，該分散補償光纖的特性與表6示出的例4的分散補償光纖相同。
如以上說明那樣，對于本發(fā)明的高次模分散補償光纖，通過設(shè)置妨礙低次模、例如LP01模的傳輸、而不妨礙比它高次的例如LP02模的傳輸?shù)牡?損耗層，雖然低次的LP01模在傳輸中大大衰減，但是高次的LP02模不會衰減。因此，多路徑干擾驟然提高。
另外，通過設(shè)置將高次模的傳輸損耗的波長依賴性平坦化的第2損耗層，在使用波帶的1.55μm頻帶的寬帶區(qū)，傳輸損耗的波長依賴性降低，具有平坦的損耗特性。
因此，使用高次模分散補償光纖進行分散補償時，即使不可缺少的模轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性稍差，通過使用該發(fā)明的分散補償光纖，在分散補償光纖內(nèi)不需要的模、例如LP01模也幾乎不被傳輸，得到良好的多路徑干擾。
另外，由于使用高次模，因此具有大的波長分散系數(shù)、能夠縮短補償所需要的光纖長。而且，由于具有高的有效截面積，因此即使傳輸高的光功率的信號光，也不會發(fā)生由非線性效應(yīng)帶來的弊害。
再有，由于損耗波長特性平坦，因此不需要將它平坦化的補償器和濾波器等裝置。
(模轉(zhuǎn)換器)以下參照附圖詳細地說明本發(fā)明的模轉(zhuǎn)換器的實施方案。
圖24是表示本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的一個實施方案的圖。該高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器41，其構(gòu)成為具有熔接、拉伸SMF 42和HOM-DCF 43而成的熔接拉伸部44，在熔接拉伸部44進行SMF 42的LP01模和HOM-DCF 43的LP02模之間的模轉(zhuǎn)換。
該高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器41，當(dāng)通過SMF 42入射LP01模時，在熔接拉伸部44轉(zhuǎn)換成LP02模，從HOM-DCF 43側(cè)射出。其功率轉(zhuǎn)換率P(z)由下式(5)給出(參照A.Yariv，“Coupled-mode theory for guided-wave optics”IEEE J.QuantumElectronics，vol.QE-9，pp.919-933，1973)。
P(z)=11+(δ/|κ|)2sin2qz······(5)]]>式(5)中，q和δ分別由下式(6)、(7)給出。
q=|κ|2+δ2,······(6)]]>δ=β2-β12······(7)]]>另外，式(6)、(7)中的β1和β2分別表示LP01模和LP02模的傳輸常數(shù)，κ是模耦合系數(shù)。另外，根據(jù)相反定理，從HOM-DCF 43入射LP02模的情況下，向SMF 42的LP01模的轉(zhuǎn)換率也由式(5)給出。
根據(jù)式(5)，為了實現(xiàn)完全耦合(P＝1)，有必要滿足δ＝0、即用式(8)表示的相位匹配條件。
β2-β1＝0……(8)另外，該情況下的耦合長Lc由式(9)給出。
Lc=π2q(2m+1)=π2|κ|(2m+1),m=0,1,...······(9)]]>
圖25表示在規(guī)定的波長下的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的傳輸常數(shù)的一例。圖中的拉伸率(Elongation ratio)e定義成為拉伸了的光纖的長度與原始的光纖長度之比。另外，k0是真空中的波數(shù)。如圖25所示，一般地，LP01模和LP02模相對于相同的拉伸率傳輸常數(shù)不同。在該例中可知，為了得到相同的傳輸常數(shù)，有必要以更高的拉伸率拉伸HOM-DCF。
在本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案中，預(yù)先拉伸HOM-DCF(預(yù)拉伸)后，與SMF進行熔接、拉伸(后拉伸)，形成熔接拉伸部，由此使兩光纖的傳輸常數(shù)一致。由于通過這個來使兩光纖的傳輸常數(shù)一致，因此實質(zhì)上能夠減少必要的熔接拉伸部的拉伸率(后拉伸率)。熔接拉伸部具有進行LP01模和LP02模之間的完全耦合那樣的耦合長度和拉伸率為好。另外，HOM-DCF的預(yù)拉伸率e1為1-3、后拉伸率e2為1-5為好。
圖26是表示以e1＝1.8的拉伸率預(yù)拉伸HOM-DCF后，與SMF熔接，以e2的拉伸率進行了后拉伸時的后拉伸率與傳輸常數(shù)的關(guān)系的曲線圖。該情況下，HOM-DCF的真拉伸率e＝e1e2。如圖示那樣知道，兩模在后拉伸率e2＝1-2下具有大致相同的傳輸常數(shù)。如果使用該手法，則在寬波長范圍得到高的LP01-LP02轉(zhuǎn)換率。另外，其特性相對于溫度等環(huán)境變化波動小。
在本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器中，由于熔接拉伸部具有能進行LP01模和LP02模之間的完全耦合的耦合長度和拉伸率的結(jié)構(gòu)，向不需要的模的轉(zhuǎn)換實質(zhì)上沒有了，成為可靠性高的轉(zhuǎn)換器。再有，該熔接拉伸部在1.55μm-1.65μm的波長范圍中的LP01-LP02轉(zhuǎn)換率為75％以上為好。如果該轉(zhuǎn)換率為75％以上，則模轉(zhuǎn)換時的光功率損耗變小，能夠提供低損耗的模轉(zhuǎn)換器。
作為在本發(fā)明中使用的SMF，優(yōu)選例如折射率分布為階梯狀、芯半徑r為2-7μm、比折射率差Δ為0.0025-0.007的SMF。另外，作為在本發(fā)明中使用的HOM-DCF，優(yōu)選例如從光纖徑向的中心向外，由折射率最高的第1層、設(shè)在該第1層的外圍的折射率最低的第2層、設(shè)在該第2層的外圍的折射率在第1層和第2層之間的第3層組成，上述第1層的半徑r51為2μm-8μm，比折射率差Δ51為0.005-0.025，上述第2層的半徑r52為4μm-14μm，比折射率差Δ52為-0.005至0.005，上述第3層的半徑r53為8μm-25μm，比折射率差Δ53為-0.002至0.004的HOM-DCF。
再者，在本發(fā)明中使用的SMF和HOM-DCF，不是分別限定于1根，也能夠使用多根形成熔接拉伸部。
以下通過實施例具體地說明本發(fā)明的效果，但本發(fā)明并不限定于該實施例。
實施例5使用了采用MCVD制作、具有表7所示分布的SMF和具有表8所示分布的HOM-DCF。表7中的SMF的折射率分布為階梯狀，芯半徑r為4.8μm。表8的HOM-DCF的分布的定義如圖27所示。此HOM-DCF由折射率最高的第1層、設(shè)在第1層外圍的折射率最低的第2層、設(shè)在第2層外圍的折射率在第1層和第2層之間的第3層組成。
表7
表8
圖28表示波長λ為1.6μm時SMF的LP01模、HOM-DCF的主要傳輸模的傳輸常數(shù)和拉伸率的關(guān)系。如圖所示，可知HOM-DCF的LP02模的傳輸常數(shù)顯示出大致與SMF的LP01模的傳輸常數(shù)相同的值，與此相對，HOM-DCF的LP01模、LP11模的傳輸常數(shù)大大偏離該值。因此，SMF的LP01模通過熔接拉伸部容易向HOM-DCF的LP02模轉(zhuǎn)換，但幾乎不向HOM-DCF的LP01模、LP11模轉(zhuǎn)換。
另外，當(dāng)HOM-DCF的LP21模、LP22模拉伸率變大時，模變?yōu)榻刂?cutoff)，因此預(yù)拉伸后通過進一步拉伸(后拉伸)能夠避免對這些模的耦合。
HOM-DCF的LP12模為LP02模以外最容易耦合的模，如圖29所示可知，以e1＝1.8的拉伸率預(yù)拉伸HOM-DCF，與SMF熔接，并進行了后拉伸的情況下，SMF的LP01模的傳輸常數(shù)與HOM-DCF的LP02模相同，但HOM-DCF的LP12模的傳輸常數(shù)與它們偏離。
圖30示出了以e1＝1.8的拉伸率預(yù)拉伸HOM-DCF，與SMF熔接，并進行了后拉伸的情況的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模的在各波長下的傳輸常數(shù)。按照圖示可知，在各波長下，在后拉伸率e2＝1-2時，兩模的傳輸常數(shù)大體一致。因此，通過將兩光纖錐形地熔接拉伸形成熔接拉伸部，可實現(xiàn)寬帶的模轉(zhuǎn)換器。
假定耦合系數(shù)κ＝0.157mm-1、Lc＝10mm不變的情況下，在各后拉伸率下的從SMF的LP01模向HOM-DCF的LP02模的功率耦合度的波長特性示于圖31。其中，HOM-DCF的預(yù)拉伸率e1為1.8。后拉伸率為1.2-1.8的情況下，可知在整個1.52-1.70μm的波長范圍功率耦合度為0.90以上(即LP01-LP02轉(zhuǎn)換率為90％以上)。
圖32表示相同條件下的從SMF的LP01模向HOM-DCF的LP12模的轉(zhuǎn)換率的波長特性。知道在各后拉伸率下功率耦合度變?yōu)?.02以下(轉(zhuǎn)換率2％以下)。
圖33表示實際制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的特性。轉(zhuǎn)換器的從輸入的SMF端輸入光的功率的88％以上輸出到輸出的HOM-DCF端，5％以下輸出到輸出的SMF端。在HOM-DCF端的輸出中，LP02模的功率占90％以上。
實施例6作為SMF使用具有表9所示分布的SMF，HOM-DCF使用了與實施例5相同的HOM-DCF。
表9
該情況下，SMF的芯徑比在實施例5中使用的大，因此LP01模的等價折射率變大，更接近于HOM-DCF的LP02模的等價折射率。為此，在預(yù)拉伸中必需的拉伸率變小，其結(jié)果，轉(zhuǎn)換器內(nèi)的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模一致的區(qū)域變寬。
圖34是表示以拉伸率e1＝1.35預(yù)拉伸HOM-DCF后，與SMF熔接，并以e2的拉伸率進行后拉伸而制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的在波長1.60μm下的傳輸常數(shù)和拉伸率的關(guān)系的曲線圖。如圖示那樣知道，在后拉伸率e2為1-3的范圍下，SMF的LP01模的傳輸常數(shù)與HOM-DCF的LP02模大體一致。這降低了轉(zhuǎn)換器的制造公差。
實施例7作為SMF使用具有表10所示分布的SMF，使用了與實施例5相同的HOM-DCF。
表10
該情況下，由于進一步增大了SMF的芯徑，因此LP01模的等價折射率變大，更接近于HOM-DCF的LP02模的等價折射率。為此，在預(yù)拉伸中必需的拉伸率進一步變小，其結(jié)果，轉(zhuǎn)換器內(nèi)的SMF的LP01模和HOM-DCF的LP02模一致的區(qū)域進一步變寬。
圖35是表示以拉伸率e1＝1.15預(yù)拉伸HOM-DCF后，與SMF熔接，并以e2的拉伸率進行后拉伸而制作的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的在波長1.60μm下的傳輸常數(shù)和拉伸率的關(guān)系的曲線圖。如圖所示可知，在后拉伸率e2為1-3的范圍下，SMF的LP01模的傳輸常數(shù)與HOM-DCF的LP02模大體一致。這降低了轉(zhuǎn)換器的制造公差。
實施例8對于上述的實施例6、7，即使使SMF的芯徑變化，將SMF的LP01模等價折射率接近于HOM-DCF的LP02模的等價折射率，但改變了SMF的比折射率差Δ的情況也得到與實施例6、7同樣的效果。進而，在改變HOM-DCF分布的情況下也得到同樣的效果。
如以上說明的那樣，本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器的構(gòu)成為具有熔接、拉伸SMF和HOM-DCF而成的熔接拉伸部，在熔接拉伸部進行SMF的LP01模與HOM-DCF的LP02模之間的模轉(zhuǎn)換，因此與現(xiàn)有的模轉(zhuǎn)換器比，制造容易，能夠廉價地提供。另外，通過使用上述的構(gòu)成，在整個寬帶可得到高的轉(zhuǎn)換率。再有，相對于溫度之類的環(huán)境變化轉(zhuǎn)換特性的波動少，可靠性提高。
另外，在本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器中，按LP01模的傳輸常數(shù)β1和LP02模的傳輸常數(shù)β2實質(zhì)上相等的方式預(yù)拉伸SMF或者HOM-DCF后，將單模光纖和高次模分散補償光纖熔接、后拉伸，形成熔接拉伸部，據(jù)此在整個寬帶區(qū)域得到高的LP01-LP02轉(zhuǎn)換率。另外，通過預(yù)先腐蝕兩光纖的外側(cè)，模耦合的效率變好，熔接拉伸部的長度縮短，可提供小型的模轉(zhuǎn)換器。
另外，通過使SMF或者HOM-DCF的預(yù)拉伸率e1為1-3、使后拉伸率e2為1-5，使在整個寬帶得到高的模轉(zhuǎn)換率，并且能夠提供小型的模轉(zhuǎn)換器。
另外，在本發(fā)明的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器中，通過制成具有進行LP01模和LP02模之間完全耦合的耦合長度和拉伸率的熔接拉伸部，向不需要的模的轉(zhuǎn)換實質(zhì)上沒有了，可靠性提高。
另外，通過在1.55μm-1.65μm的波長范圍使LP01-LP02轉(zhuǎn)換率為75％以上，模轉(zhuǎn)換時的光功率損耗變小，可提供低損耗的模轉(zhuǎn)換器。
以上說明了本發(fā)明的優(yōu)選的實施例，但本發(fā)明不只限定于這些實施例。在不脫離本發(fā)明的旨意的范圍，可進行構(gòu)成的附加、省略、置換以及其他的變更。本發(fā)明不會被上述的說明限定，只通過要求保護的范圍限定。
權(quán)利要求
1.一種高次模分散補償光纖，其具有光纖和損耗層，該損耗層設(shè)于所述光纖內(nèi)、使在該光纖中傳輸?shù)牡痛文Ｋp、而不衰減比它高的高次模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述損耗層設(shè)置在上述高次模的電場分布中電場基本為零的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述損耗層通過在構(gòu)成上述光纖的玻璃中摻雜鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩之中的至少1種元素的氧化物而形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述損耗層的厚度基本上為0.5μm或0.5μm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述低次模為LP01模、上述高次模為LP02模。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述低次模的傳輸損耗基本上為10dB/km或10dB/km以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖，其中，上述光纖具有中心芯部；設(shè)于該中心芯的外圍、折射率比上述中心芯部低的芯部；設(shè)于該芯部的外圍、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的環(huán)形芯部；設(shè)于該環(huán)形芯部外圍的包層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高次模分散補償光纖，其中，中心芯部的外半徑在5μm到16μm之間；芯部的外半徑在8μm到20μm之間；環(huán)形芯部的外半徑在12μm到34μm之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高次模分散補償光纖，其中，中心芯部包含摻鍺的二氧化硅；芯部包含摻氟的二氧化硅；環(huán)形芯部包含摻鍺的二氧化硅；包層基本上包含純二氧化硅。
10.一種使用了一卷權(quán)利要求1所述的高次模分散補償光纖的分散補償模件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分散補償模件，其中，多路徑干擾基本上為45dB或45dB以上。
12.一種具備權(quán)利要求10所述的分散補償模件的光傳輸線路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光傳輸線路，其中，確定高次模分散補償光纖的長度，使得基本上消除在光傳輸線路上累積的在波長1.55μm下的波長分散。
14.一種高次模分散補償光纖，具有光纖、和使在該光纖中傳輸?shù)牡痛文Ｋp、而不衰減比它高次的模的第1損耗層、以及將高次模的傳輸損耗的波長依賴性平坦化的第2損耗層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述第1損耗層設(shè)置在上述高次模的電場分布中電場基本為零的位置，上述第2損耗層設(shè)置于上述第1損耗層的外側(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述第1損耗層和上述第2損耗層的至少任1個，通過在構(gòu)成上述光纖的玻璃中摻雜鈷、鉻、銅、鐵、鎳、錳、硼、和釩之中的至少1種元素而形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述第1損耗層的厚度為約0.5μm或0.5μm以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的高次模分散補償光纖，其中，上述第2損耗層的厚度為約1μm或1μm以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述低次模為LP01模、上述高次模為LP02模。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述低次模的傳輸損耗基本上為10dB/km以上。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述高次模的最大傳輸損耗差在波長范圍1.5-1.6μm內(nèi)基本上為0.042dB/km或0.042dB/km以下。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述高次模的最大傳輸損耗差在波長范圍1.53-1.565μm內(nèi)基本上為0.012dB/km或0.012dB/km以下
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖，其中，上述光纖具有中心芯部；設(shè)于該中心芯部的外圍、折射率比上述中心芯部低的芯部；設(shè)于該芯部的外圍、折射率比上述芯部高并且比上述中心芯部低的環(huán)形芯部；設(shè)于該環(huán)形芯部外圍的包層。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的高次模分散補償光纖，其中，中心芯部的外半徑在5μm到16μm之間；芯部的外半徑在8μm到20μm之間；環(huán)形芯部的外半徑在12μm到34μm之間。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的高次模分散補償光纖，其中，中心芯部包含摻鍺的二氧化硅；芯部包含摻氟的二氧化硅；環(huán)形芯部包含摻鍺的二氧化硅；包層基本上包含純二氧化硅。
26.一種使用了一卷權(quán)利要求14所述的高次模分散補償光纖的分散補償模件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的分散補償模件，其中，多路徑干擾基本上為45dB或45dB以上。
28.一種具備權(quán)利要求26所述的分散補償模件的光傳輸線路。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光傳輸線路，其中，確定高次模分散補償光纖的長度，使得基本上消除經(jīng)光傳輸線路累積的在波長1.55μm下的波長分散。
30.一種高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，它是具有單模光纖、高次模分散補償光纖、將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，該熔接拉伸部進行上述單模光纖的LP01模和上述高次模分散補償光纖的LP02模之間的模轉(zhuǎn)換。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，具有按上述LP01模的傳輸常數(shù)和上述LP02模的傳輸常數(shù)基本上相等的方式預(yù)拉伸上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖的至少任1個后，將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖熔接、后拉伸而形成的熔接拉伸部。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，為了能高效地耦合上述LP01模和上述LP02模，在進行拉伸之前將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖外側(cè)的部分腐蝕至不損害它們的特性的程度后，將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖預(yù)拉伸、后拉伸而制作。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖的至少任1個的預(yù)拉伸率基本為1-3，后拉伸率基本為1-5。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，上述熔接拉伸部具有能進行上述LP01模和上述LP02模之間完全耦合的耦合長度和拉伸率。
35.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，在1.55μm-1.65μm的波長范圍，從上述單模光纖的LP01模向上述高次模分散補償光纖的LP02模的轉(zhuǎn)換率基本上為75％或75％以上。
36.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，上述單模光纖的折射率分布為階梯狀，芯半徑大約為2μm-7μm，比折射率差大約為0.0025-0.007。
37.根據(jù)權(quán)利要求30所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，上述高次模分散補償光纖，從光纖徑向的中心向外，由折射率最高的第1層、設(shè)在該第1層外圍的折射率比第1層低的第2層、設(shè)在該第2層外圍的折射率介于第1層和第2層之間的第3層組成。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，其中，上述第1層的半徑基本上為2μm-8μm，相對折射率差基本上為0.005-0.025，上述第2層的半徑基本上為4μm-14μm，相對折射率差基本上為-0.005至0.005，上述第3層的半徑基本上為8μm-25μm，相對折射率差基本上為-0.002至0.004。
全文摘要
提供一種高次模分散補償光纖，其具有光纖、和設(shè)于該光纖內(nèi)、使在該光纖中傳輸?shù)牡痛文Ｋp、而不衰減比它高次的模的損耗層。另外，提供一種高次模光纖用模轉(zhuǎn)換器，它具有單模光纖、高次模分散補償光纖、將上述單模光纖和上述高次模分散補償光纖熔接、拉伸而形成的熔接拉伸部，該熔接拉伸部進行上述單模光纖的LP
文檔編號G02B6/036GK1657989SQ20041004814
公開日2005年8月24日 申請日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者官寧, 愛川和彥, 池田正司, 姬野邦治, 原田光一 申請人:株式會社藤倉