專利名稱：光纖、非線性光纖、使用其的光放大器、波長變換器以及光纖的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光纖、非線性光纖、使用其的光放大器、波長變換器以及光纖的制造方法。
背景技術：
一般地，已知在媒質(zhì)中傳輸高強度(高光密度)的光時，媒質(zhì)中產(chǎn)生誘發(fā)喇曼效應、四光波混合等各種非線性光學現(xiàn)象。這些非線性光學現(xiàn)象也產(chǎn)生在光在光纖中傳輸時，這種光纖中的非線性光學現(xiàn)象用于光放大、波長變換等(例如參考公開號為WO99/10770的國際申請)。
光纖的非線性由下式的非線性系數(shù)γ表示γ＝(2π/λ)×(N2/Aeff)。
這里，λ是光波長，N2是波長λ在光纖中的非線性折射率，Aeff是波長λ在光纖中的有效截面面積。通過該式，為增大非線性系數(shù)γ，在提高向光纖的芯部內(nèi)添加的GeO2的添加濃度來提高非線性折射率N2的同時，還可增大芯部與包層的比折射率差而減小有效截面面積Aeff。
但是，使用上述構成條件來增大非線性系數(shù)γ時，出現(xiàn)光纖的截止波長λc加長的問題。尤其，使用光纖中產(chǎn)生的四光波混合進行波長變換時，有必要使激勵光的波長處在光纖的零色散波長附近。與此相反，上述結(jié)構中截止波長λc比零色散波長長，由于不是單模式，波長變換效率降低。
近年來，為擴大光傳輸系總體用的信號光的波帶，研究了通常用作光放大器的EDFA放大帶域，還研究了利用作為短波長側(cè)的波長的1.45μm～1.53μm的S波帶。對于該S波帶，從放大波帶偏離而難以使用EDFA，因此幾乎沒有有效的光放大器。使用喇曼放大器時，高非線性的光纖中，截止波長λc比波長1.3μm～1.5μm的激勵光波長長，降低喇曼放大效率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決以上問題而作出的，其目的是提供一種具有充分的非線性的同時縮短截止波長的光纖、非線性光纖、使用其的光放大器、波長變換器以及光纖的制造方法。
為達到這種目的，本發(fā)明的光纖的特征在于，(1)、至少具有折射率最大值為n1的芯部區(qū)域、在所述芯部區(qū)域的外周上設置的折射率的最小值為n2(其中n2＜n1)的第一包層區(qū)域、在所述第一包層區(qū)域的外周上設置的、折射率的最大值為n3(其中n2＜n3＜n1)的第二包層區(qū)域，同時(2)、作為相對波長1.55μm的光的各種特性，具有11μm2以下的有效截面面積；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；18/W/km以上的非線性系數(shù)。
在光纖中，不使用單包層結(jié)構，而使用在芯部區(qū)域的外周上設置第一和第二包層區(qū)域的雙包層結(jié)構。由此，即使在為了增大非線性系數(shù)γ，提高在芯部中添加的GeO2的添加濃度從而提高非線性折射率，另外增大芯部與包層的比折射率差從而減小有效截面面積Aeff時，可充分縮短截止波長λc。該結(jié)構中，使色散斜率為負。
對于包層結(jié)構，在上述第一包層區(qū)域和第二包層區(qū)域中間還可設置具有規(guī)定折射率和寬度的1層或多層另外的包層區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的非線性光纖的特征在于，在上述光纖中利用通過輸入規(guī)定波長的光而顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象。通過積極利用該光纖的高非線性，得到可用于各種用途并且具有良好特性的非線性光纖。
本發(fā)明的光放大器的特征在于，具有(a)、截止波長為λc的上述非線性光纖；以及(b)、對輸入到非線性光纖的波長λs的信號光，將規(guī)定波長λp(其中λc＜λp)的激勵光供給非線性光纖的激勵光源，同時(c)、利用非線性光纖中顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象光學放大信號光。
如此構成的光放大器可用作利用非線性光纖中產(chǎn)生的誘發(fā)喇曼效應的喇曼放大器。另外，根據(jù)上述結(jié)構的非線性光纖，可使截止波長λc比激勵光(泵浦光)的波長λp短，以單模式進行高效的光放大。
本發(fā)明的波長變換器的特征在于，具有(a)、截止波長為λc的上述非線性光纖；以及(b)、對輸入到非線性光纖的波長λs(其中λc＜λs)的信號光，將規(guī)定波長λp(其中λc＜λp)的激勵光供給非線性光纖的激勵光源，同時(c)、利用非線性光纖中發(fā)現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象對信號光進行波長變換，輸出波長λs’(其中λc＜λs’)的變換光。
這樣構成的波長變換器可用作使用非線性光纖中產(chǎn)生的四光波混合的波長變換器。根據(jù)上述結(jié)構的非線性光纖，使截止波長λc比信號光、變換光以及激勵光的波長短，在單模式下可高效地進行波長變換。信號光也不受到模式色散的影響，保持良好的傳輸特性。
根據(jù)本發(fā)明的光纖制造方法，其特征在于包括(1)用VAD法或OVD法合成由添加規(guī)定量的GeO2的SiO2構成且成為芯部區(qū)域的芯部用玻璃棒的同時，將其延伸制作以形成規(guī)定的外徑的第一工序；(2)用VAD法或OVD法合成由添加規(guī)定量的F的SiO2構成且成為第一包層區(qū)域的第一包層用玻璃管的同時，將其延伸制作以形成規(guī)定的內(nèi)徑和外徑的第二工序；(3)在第一包層用玻璃管的內(nèi)面上流過規(guī)定的氣體的同時加熱，進行以使該內(nèi)周表面平滑的蝕刻的第三工序；(4)將芯部用玻璃棒插入第一包層用玻璃管內(nèi)，并在1300℃以上的規(guī)定溫度下空燒后，加熱一體化而產(chǎn)生中間玻璃棒的第四工序；(5)在中間玻璃棒中調(diào)整芯部區(qū)域和第一包層區(qū)域的外徑比后，在中間玻璃棒的外周上形成成為第二包層區(qū)域的玻璃體并制作光纖預成形件的第五工序；(6)加熱光纖預成形件并拉絲，制作至少包括折射率最大值為n1的芯部區(qū)域、在芯部區(qū)域的外周上設置的折射率的最小值為n2(其中n2＜n1)的第一包層區(qū)域、在第一包層區(qū)域的外周上設置的折射率的最大值為n3(其中n2＜n3＜n1)的第二包層區(qū)域的光纖的第六工序，(7)第四工序中的芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管的加熱一體化是在其加熱溫度在1800℃以下、芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度為5μm以下、第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度為5μm以下、從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的GeO2的濃度的最大值為5mol％以下的條件下進行，同時，(8)第六工序中制作的光纖，作為對波長1.55μm的光的各種特性，包括11μm2以下的有效截面面積；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；18/W/km以上的非線性系數(shù)。
根據(jù)這樣的光纖制造方法，通過傳輸損失被降低等良好傳輸特性可制作具有高非線性的雙包層結(jié)構的光纖。
圖1是模式地表示光纖的第一實施例的剖面結(jié)構和折射率輪廓的圖；圖2是表示氣泡的產(chǎn)生個數(shù)對加熱溫度的依賴性的表；圖3是表示氣泡的產(chǎn)生個數(shù)對空燒溫度的依賴性的表；圖4是表示氣泡的產(chǎn)生個數(shù)對第一包層用玻璃管的表面粗糙度的依賴性的表；圖5是表示氣泡的產(chǎn)生個數(shù)對芯部用玻璃棒的表面粗糙度的依賴性的表；圖6是表示氣泡的產(chǎn)生個數(shù)對從芯部用玻璃棒的外周表面的厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2濃度的依賴性的表；圖7是模式地表示光纖的第二實施例的剖面結(jié)構和折射率輪廓的圖；圖8A和8B是表示光纖A1、A2的折射率輪廓的圖；
圖9是表示圖8A和8B所示的光纖在波長為1550nm下的各種特性的表；圖10A和10B是表示光纖B1、B2、C1、C2的折射率輪廓的圖；圖11是表示光纖D1～D5的折射率輪廓的圖；圖12是表示圖10A和10B所示的光纖在波長為1550nm下的各種特性的表；圖13是表示圖11所示的光纖在波長為1550nm下的各種特性的表；圖14是表示光纖E1～E8在波長為1550nm下的各種特性的表；圖15是表示光纖的其他實施例的剖面結(jié)構的圖；圖16是表示光纖F1～F3在波長為1550nm下的各種特性的表；圖17是表示光纖的傳輸損失對波長的依賴性的曲線；圖18是模式地表示光纖線圈結(jié)構的圖；圖19是表示光纖的傳輸損失對波長的依賴性的曲線；圖20是表示喇曼放大器的一個實施例的結(jié)構圖；圖21是表示喇曼放大器的另一個實施例的結(jié)構圖；圖22是表示光纖的有效截面面積對波長的依賴性的曲線；圖23是表示波長變換器的一個實施例的結(jié)構圖；圖24A～24C是模式地表示圖23所示的波長變換器的波長變換的圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的光纖、非線性光纖、使用其的光放大器、波長變換器以及光纖的制造方法的最佳實施例。圖中相同部件附加相同標號，省略重復說明。附圖的尺寸比例未必與說明的一致。
圖1是模式地表示本發(fā)明的光纖的第一實施例的剖面結(jié)構以及光纖徑向(圖中的線L所示的方向)的折射率輪廓的圖。圖1所示的折射率輪廓的橫軸雖然分度不同，但都相當于沿著圖中的剖面結(jié)構中所示的線L的、與光纖中心軸垂直的剖面上的各位置。為了作比較，折射率輪廓的縱軸以虛線表示純SiO2的折射率。對于折射率輪廓的各區(qū)域，附加與光纖的剖面結(jié)構的各區(qū)域相同的標號。
該光纖是以SiO2(石英玻璃)為主成分的光導波路，具有包含光纖的中心軸的芯部區(qū)域10和芯部區(qū)域10的外周上設置的第一包層區(qū)域20以及在第一包層區(qū)域20的外周上設置的第二包層區(qū)域30。
芯部區(qū)域10形成為外徑(直徑)為2r1，并且純SiO2玻璃中添加規(guī)定量的作為提高折射率的添加物的GeO2，而且折射率的最大值為n1(其中n1＞n0，n0是純SiO2的折射率)。本實施例的芯部區(qū)域10，如圖1所示，具有在光纖中心軸附近GeO2的添加量和折射率都為最大的緩變型折射率分布。
另一方面，第一包層區(qū)域20形成為其外徑為2r2，并且純SiO2玻璃中添加規(guī)定量的作為降低折射率的添加物的F，而且折射率的最小值為n2(其中n2＜n0，n2＜n1)。第二包層區(qū)域30形成為其外徑為2r3，并且純SiO2玻璃或純SiO2玻璃中添規(guī)定量的作為降低折射率的添加物的F，而且折射率的最小值為n3(其中n3≤n0，n2＜n3＜n1)。
這里，各部分中的比折射率差以第二包層區(qū)域30中的折射率n3為基準來定義。此時，如圖1所示，與芯部區(qū)域10的折射率n1對應的比折射率差定義為Δ+＝(n1-n3)/n3×100(％)，另外與第一包層區(qū)域20中的折射率n2對應的比折射率差定義為Δ-＝(n2-n3)/n3×100(％)。
本實施例的光纖中，并非單包層結(jié)構，使用在芯部區(qū)域10的外周上設置第一包層區(qū)域20和第二包層區(qū)域30的雙包層結(jié)構。具有雙包層結(jié)構的光纖中，非線性系數(shù)γ增大時，出現(xiàn)截止波長λc加長的問題。
針對此，如上所述，通過采用雙包層結(jié)構，即使在為了使非線性系數(shù)γ增大，提高向芯部內(nèi)添加的GeO2的添加濃度從而提高非線性折射率，另外增大芯部與包層的比折射率差從而減小有效截面面積Aeff的情況下，可充分縮短截止波長λc。該結(jié)構中，色散斜率為負。
包層結(jié)構中，在上述第一包層區(qū)域和第二包層區(qū)域的中間還可設置具有規(guī)定折射率和寬度的1層或多層另外的包層區(qū)域。
本實施例的光纖通過利用輸入規(guī)定波長(規(guī)定的波帶內(nèi))的光而顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)像，可用于各種用途，同時可用作具有良好特性的非線性光纖。尤其，增大非線性系數(shù)γ的同時充分縮短截止波長λc，因此，可實現(xiàn)利用非線性光學顯像的高效率的光纖。對于光纖的具體的各種特性，后面詳細說明。
對用于制作具有圖1所示的結(jié)構的光纖(非線性光纖)的光纖制造方法，說明其一個例子。本制造方法中，芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20并非通過VAD法或OVD法中的附加斯斯(スス)而進行總體合成，而是使用在分別制作芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管后，將其加熱一體化的方法。
首先，制作構成上述光纖的芯部區(qū)域10的芯部用玻璃棒(第一工序)。這里，通過VAD法或OVD法合成以SiO2為主成分并添加規(guī)定量的作為提高折射率的添加物的GeO2的玻璃棒后，將其延伸到規(guī)定外徑，作為芯部用玻璃棒。
制作成為光纖的第一包層區(qū)域20的第一包層用玻璃管(第二工序)。這里，通過VAD法或OVD法合成以SiO2為主成分并添加規(guī)定量的作為降低折射率的添加物的F的玻璃管后，將其延伸到規(guī)定內(nèi)徑和外徑，作為第一包層用玻璃管。
對所得到的第一包層用玻璃管進行氣相蝕刻，使得玻璃管的內(nèi)周表面平滑(第三工序)。這里，使SF6等規(guī)定氣體流過第一包層用玻璃管的內(nèi)面(例如SF6+Cl2的環(huán)境氣氛)的同時加熱，蝕刻管內(nèi)表面。
接著，將所得到的芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管加熱一體化(第四工序)。第一包層用玻璃管內(nèi)插入芯部用玻璃棒，根據(jù)后述的程序和條件加熱一體化，制作中間玻璃棒。
接著，在中間玻璃棒的芯部區(qū)域和第一包層區(qū)域的外徑比調(diào)整到規(guī)定比后，在中間玻璃棒的外周上形成成為第二包層區(qū)域30的玻璃體，制作光纖預成形件(第五工序)。
這里，關于中間玻璃體的外徑比的調(diào)整，例如通過HF溶液等磨削其外周部進行。該磨削的目的是在加熱一體化或其延伸工序中將氫氧焰等火焰用作熱源，在玻璃表面不與該氫氧焰接觸的情況下，需要除去在玻璃表面附著的OH基和金屬等的火焰中的雜質(zhì)。
對于成為第二包層區(qū)域30的玻璃體的合成，例如可通過VAD法或OVD法合成。或者通過棒內(nèi)破裂(ロッドィンコラプス)形成或棒內(nèi)破裂后再用VAD法或OVD法合成。
之后，加熱得到的光纖預成形件并拉絲，制作光纖(第六工序)。通過以上工序，得到具有圖1所示雙包層結(jié)構的光纖。
對于加熱一體化芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管的第四工序，說明其程序和條件。
在具有雙包層結(jié)構的光纖的制造方法中，芯部區(qū)域和第一包層區(qū)域總體合成時，除芯部區(qū)域的GeO2添加濃度高外，第一包層區(qū)域的F添加濃度也高，因此在添加物容易擴散的玻璃微粒體(斯斯體(スス體))內(nèi)相互擴散。此時，GeF4、GeO等缺陷產(chǎn)生，傳輸損失惡化。MCVD法合成添加高濃度GeO2的SiO2玻璃時，有傳輸損失大大惡化的問題。
針對此，在上述制造方法中，芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20分別合成(第一、第二工序)后，加熱一體化(第四工序)。但是，即使這種情況下，加熱一體化時，GeO2和F反應產(chǎn)生GeO等氣體，芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20的界面上殘留氣泡。此時，由殘留的氣泡惡化光纖的傳輸損失、機械強度等特性。
為抑制這種氣泡產(chǎn)生，本制造方法中，進行加熱一體化的第四工序中，根據(jù)下面的5個條件之一或其組合來進行加熱一體化，即(1)在1800℃以下的加熱溫度下進行一體化。(2)加熱一體化前，在Cl2環(huán)境氣中在1300℃以上的規(guī)定溫度下空燒。(3)第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度為5μm以下。(4)芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度為5μm以下。(5)從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值為5mol％以下。通過采用以上條件之一或其組合進行加熱一體化，可抑制氣泡產(chǎn)生。
關于上述制造條件的效果，通過改變條件實施加熱一體化來進行確認。這里，對于芯部用玻璃棒，將芯部內(nèi)的折射率分布形狀設置成大致拋物線狀，將GeO2添加濃度設置為最大30mol％。加熱一體化時的芯部用玻璃棒的外徑(下面將外徑和內(nèi)徑全部表示為直徑)為6mm。另一方面，對于第一包層用玻璃管，將第一包層內(nèi)的折射率分布形狀設置成大致臺階狀，將F添加濃度設置為最大1.5mol％。
加熱一體化時的第一包層用玻璃管的外徑為32mm、內(nèi)徑為9mm。得到的第一包層用玻璃管在300cm3/min的SF6、200cm3/min的Cl2、1500℃(用測高溫計測定的玻璃表面的最高溫度)的加熱溫度下進行蝕刻，平滑表面。加熱一體化時的管內(nèi)的環(huán)境氣體是鹵素200cm3/min、氧300cm3/min、管內(nèi)的減壓度為1kPa。
首先，(1)對于在1800℃以下的加熱溫度下進行一體化的條件，確認氣泡產(chǎn)生的抑制效果。這里，使加熱一體化的加熱溫度在1950℃～1800℃的范圍內(nèi)變化，進行芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管的加熱一體化。對于除此以外的條件，在1300℃進行空燒的同時，將第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度設為5μm，將芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度設為5μm，將從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值設為5mol％。
此時，芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管20的界面上產(chǎn)生的氣泡的個數(shù)如圖2所示。這里，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過破裂后每10mm(玻璃棒)的長度上產(chǎn)生的氣泡個數(shù)來評價。如圖2的表所示，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過降低加熱溫度而減少，加熱溫度在1800℃下氣泡幾乎不產(chǎn)生。這是由于通過降低加熱一體化的溫度，抑制化學反應的進行。
接著(2)對加熱一體化前在Cl2環(huán)境氣中在1300℃以上的規(guī)定溫度下空燒的條件，確認氣泡產(chǎn)生的抑制效果。這里，使空燒的溫度在1000℃～1300℃的范圍內(nèi)變化，進行加熱一體化。對于除此以外的條件，設加熱溫度在1800℃，將第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度設為5μm，將芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度設為5μm，將從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值設為5mol％。
此時，芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管的界面上產(chǎn)生的氣泡的個數(shù)如圖3所示。這里，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過升高空燒溫度而減少，空燒溫度在1300℃下氣泡幾乎不產(chǎn)生。這是由于通過在充分的溫度下空燒，表層的不穩(wěn)定的Ge化合物和F化合物被除去的同時，其表面狀態(tài)變得平滑的原故。
接著(3)對第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度為5μm以下的條件，確認氣泡產(chǎn)生的抑制效果。這里，使玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度在10μm～5μm的范圍內(nèi)變化，進行加熱一體化。對于除此以外的條件，在1300℃進行空燒的同時，設加熱溫度在1800℃，將芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度設為5μm，將從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值設為5mol％。
此時，芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管的界面上產(chǎn)生的氣泡的個數(shù)如圖4所示。如圖4的表所示，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過降低第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度而減少，表面的粗糙度為5μm時氣泡幾乎不產(chǎn)生。這是由于通過充分平滑表面粗糙度，防止了粗糙的表面部分成為氣泡產(chǎn)生的核。
接著(4)對芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度為5μm以下的條件，確認氣泡產(chǎn)生的抑制效果。這里，使玻璃棒的外周表面的粗糙度在10μm～5μm的范圍內(nèi)變化，進行加熱一體化。對于除此以外的條件，在1300℃進行空燒的同時，設加熱溫度在1800℃，將第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度設為5μm，將從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值設為5mol％。
此時，芯部區(qū)域和第一包層區(qū)域的界面上產(chǎn)生的氣泡的個數(shù)如圖5所示。如圖5的表所示，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過降低芯部用玻璃管的外周表面的粗糙度而減少，表面的粗糙度為5μm時氣泡幾乎不產(chǎn)生。這與玻璃管的情況下一樣，是由于通過充分平滑表面粗糙度，防止了粗糙的表面部分成為氣泡產(chǎn)生的核。
接著(5)對從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值為5mol％以下的條件，確認氣泡產(chǎn)生的抑制效果。這里，使上述區(qū)域的GeO2的濃度的最大值在10mol％～5mol％的范圍內(nèi)變化，進行加熱一體化。對于除此以外的條件，在1300℃進行空燒的同時，設加熱溫度在1800℃，將第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度設為5μm，將將芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度設為5μm。
此時，芯部區(qū)域和第一包層區(qū)域的界面上產(chǎn)生的氣泡的個數(shù)如圖6所示。如圖6的表所示，氣泡的產(chǎn)生個數(shù)通過降低GeO2的濃度的最大值而減少，GeO2的濃度的最大值為5mol％時氣泡幾乎不產(chǎn)生。這是由于表層的GeO2的濃度降低，難以產(chǎn)生氣泡。
采用以上條件，即在1300℃進行空燒的同時，設加熱溫度在1800℃，將第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度設為5μm，將將芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度設為5μm，將從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的區(qū)域的GeO2的濃度的最大值設為5mol％的條件下進行加熱一體化，得到?jīng)]有氣泡的外徑為30mm的中間玻璃棒(第一中間玻璃棒)。
之后，將該第一中間玻璃棒延伸至外徑為8mm后，通過HF溶液磨削其外周部至外徑5.4mm，調(diào)整成(芯部直徑)/(第一包層直徑)＝0.30。在將該第一中間玻璃棒之外，制作成為第二包層區(qū)域30的內(nèi)周側(cè)部分的第二包層用玻璃管。該第二包層用玻璃管是F添加濃度為0.7mol％、外徑為32mm、內(nèi)徑為8mm的SiO2玻璃管。之后，將第一中間玻璃棒插入第二包層用玻璃管，進行加熱一體化，得到外徑30mm的第二中間玻璃棒。
接著，在所得到的第二中間玻璃棒的外周上通過VAD法或OVD法合成成為第二包層區(qū)域30的外周側(cè)部分的玻璃體，其為與第二包層用玻璃管一樣的F添加濃度為0.7mol％的SiO2玻璃管，從而制作光纖預成形件。這里，(第二包層直徑)/(第一包層直徑)＝7.8。
上述的第二包層區(qū)域30的合成方法中，其內(nèi)周側(cè)部分通過加熱一體化玻璃管而形成。這是為了降低形成光纖時的OH基的混入量。通過VAD法或OVD法，形成其外周側(cè)部分。這是為了大型化光纖預成形件。
對于這樣的第二包層區(qū)域30的合成方法，根據(jù)各個條件可使用各種方法。例如，光功率區(qū)分布不那么寬而忽視根據(jù)熏黑(ス一ト)法的第二包層合成中混入的OH基的影響時，不進行玻璃管的加熱一體化也可以?；蛘卟贿M行ス一ト法的合成，僅通過加熱一體化玻璃管來合成第二包層。
拉絲根據(jù)以上制造方法和制造條件制作的光纖預成形件，得到圖1所示的雙包層結(jié)構的光纖。其結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝4.8μm、比折射率差Δ+＝3.3％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝16μm、比折射率差Δ-＝-0.25％，第二包層區(qū)域30的外徑2r3＝125μm。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝+0.22ps/km/nm色散斜率＝+0.045ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.4μm2截止波長λc＝1510nm零色散波長＝1545nm傳輸損失＝0.46dB/km模場直徑＝3.69μm非線性系數(shù)γ＝20.8/W/km偏振模式色散PMD=0.05pskm]]>從而得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
上述的光纖的各種特性對波長1.55μm的光滿足以下特性條件11μm2以下的有效截面面積Aeff；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；18/W/km以上的非線性系數(shù)。
還滿足對波長1.55μm的光的傳輸損失為3.0dB/km以下或者1.0dB/km以下的特性條件。
這樣，通過采用雙包層結(jié)構，即使在提高芯部的GeO2濃度的同時減小有效截面面積Aeff從而增大非線性系數(shù)γ場合，也可得到具有適當?shù)慕刂共ㄩLλc的高非線性光纖。
對于芯部區(qū)域10、第二包層區(qū)域30的比折射率差Δ+，為充分減小有效截面面積Aeff，Δ+最好為2.7％以上。這樣大的比折射率差的情況下，單包層結(jié)構中截止波長λc加長，但根據(jù)雙包層結(jié)構，如上所述，可充分縮短截止波長λc。
圖7是模式地表示本發(fā)明的光纖的第二實施例的剖面結(jié)構以及光纖徑向(圖中的線路L所示的方向)的折射率輪廓的圖。
該光纖是以SiO2(石英玻璃)為主成分的光導波路，具有包含光纖的中心軸的芯部區(qū)域10和芯部區(qū)域10的外周上設置的第一包層區(qū)域20以及在第一包層區(qū)域20的外周上設置的第二包層區(qū)域30。這里第一包層區(qū)域20和第二包層區(qū)域30的結(jié)構與第一實施例相同。
另一方面，芯部區(qū)域10形成為外徑(直徑)為2r1，并且純SiO2玻璃中添加規(guī)定量的作為提高折射率的添加物的GeO2，而且折射率的最大值為n1(其中n1＞n0)。本實施例的芯部區(qū)域10，如圖7所示，具有在光纖中心軸附近GeO2的添加量和折射率都為最大的緩變型折射率分布。
另外，芯部區(qū)域10的外周側(cè)的規(guī)定范圍內(nèi)在芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20夾持的位置上設置中間區(qū)域15。該中間區(qū)域15上如圖7所示稍稍添加高濃度的GeO2來形成角狀突出的折射率分布(添加濃度分布)。這里，中間區(qū)域15的折射率的最大值為n5(其中n5＞n0)，其比折射率差為Δ5＝(n5-n3)/n3。
本實施例的光纖與第一實施例的光纖一樣，不是單包層結(jié)構，使用在芯部區(qū)域10的外周上設置第一包層區(qū)域20和第二包層區(qū)域30的雙包層結(jié)構。由此，即使在為了增大非線性系數(shù)γ，提高在芯部內(nèi)添加的GeO2的添加濃度來增大非線性折射率，另外增大芯部和包層的比折射率差來減小有效截面面積Aeff的場合，也可充分縮短截止波長λc。在該結(jié)構中，可使色散斜率為負。對于中間區(qū)域15的效果以及光纖的制造方法在后面說明。
本實施例的光纖也通過利用輸入規(guī)定波長(規(guī)定的波帶內(nèi))的光顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象，用于各種用途，同時用作具有良好特性的非線性光纖。
對于制作具有圖7所示結(jié)構的光纖(非線性光纖)的光纖制造方法，舉出一例說明。
首先，合成由成為包含中間區(qū)域15的芯部區(qū)域10的區(qū)域、以及成為第一包層區(qū)域20的前驅(qū)區(qū)域組成的玻璃微粒體(斯斯體(スス體))。這里，成為芯部區(qū)域10的區(qū)域是添加了最大為30mol％的GeO2的SiO2玻璃，是其周圍部分且相當于中間區(qū)域15的區(qū)域是添加了GeO2以成為如上所述的角狀并在峰值下的添加濃度為5mol％的SiO2玻璃。第一包層區(qū)域20的前驅(qū)區(qū)域在其外周上，作為純SiO2玻璃合成。
得到的玻璃微粒體(玻璃多孔體)放入燒結(jié)爐中，在鹵素和氦氣的混合環(huán)境氣體中在1300℃的加熱溫度下進行加熱脫水處理后，在氦氣的環(huán)境氣體中在1400℃的加熱溫度下加熱，有選擇地高密度化(透明化)由中間區(qū)域15和芯部區(qū)域10構成的區(qū)域。
此時，由該中間區(qū)域15和芯部區(qū)域10構成的區(qū)域添加了高濃度的GeO2而降低高密度化溫度，因此可充分得到加熱產(chǎn)生的高密度化效果。另一方面，第一包層區(qū)域20的前驅(qū)區(qū)域由于是純SiO2玻璃而使高密度化溫度增高，在1400℃加熱中也不進行高密度化，而仍為玻璃微粒體。
這種狀態(tài)下，在1400℃的加熱溫度下在添加了氦氣和F的C2F6、SiF4、CF4等的氣體的混合環(huán)境氣體中加熱玻璃體，在未高密度化的第一包層區(qū)域20的前驅(qū)區(qū)域中添加1mol％的添加濃度的F而形成第一包層區(qū)域20。
這里，加熱燒結(jié)這樣的玻璃微粒體時添加F的情況下，在通常的方法中，添加到包層的F也浸入到芯部區(qū)域中。此時，芯部區(qū)域的折射率降低，同時產(chǎn)生GeO，Ge-F化合物等雜質(zhì)，出現(xiàn)惡化傳輸損失的問題。針對此，本制造方法中，在芯部區(qū)域10的外周部分上形成高濃度添加GeO2的中間區(qū)域15，通過低溫下的加熱所選擇地高密度化這些區(qū)域。之后，通過添加F，可僅將F有選擇地添加在第一包層區(qū)域20的前驅(qū)區(qū)域中。
所得到的玻璃體外周上形成成為第二包層區(qū)域30的玻璃體，制作光纖預成形件。這里，對于第二包層區(qū)域30，是以0.3mol％的添加濃度添加F的SiO2玻璃。各區(qū)域的外徑比為(芯部直徑)/(第一包層直徑)＝0.40、(第二包層直徑)/(第一包層直徑)＝11.6。
對根據(jù)以上制造方法和制造條件制作的光纖預成形件拉絲，得到圖7所示的雙包層結(jié)構的光纖。該結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝4.3μm、比折射率差Δ+＝3.1％，中間區(qū)域15的比折射率差Δ5＝1.0％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝10.8μm、比折射率差Δ-＝-0.26％，第二包層區(qū)域30的外徑2r3＝125μm。芯部區(qū)域10的折射率分布(GeO2的添加濃度分布)是近似乘以α～3.0的分布。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝+0.98ps/km/nm色散斜率＝+0.035ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.2μm2截止波長λc＝1465nm零色散波長＝1520nm傳輸損失＝0.49dB/km模式場直徑＝3.64μm非線性系數(shù)γ＝21.5/W/km從而得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
上述的光纖的各種特性對波長1.55μm的光滿足以下特性條件11μm2以下的有效截面面積Aeff；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；
18/W/km以上的非線性系數(shù)γ。
還滿足對波長1.55μm的光的傳輸損失為3.0dB/km以下或1.0dB/km以下的特性條件。
這樣，通過采用雙包層結(jié)構，即使在提高芯部的GeO2濃度的同時減小有效截面面積Aeff從而增大非線性系數(shù)γ的場合，也可得到具有適當?shù)慕刂共ㄩLλc的高非線性光纖。
對于芯部區(qū)域10、第二包層區(qū)域30的比折射率差Δ+，為充分減小有效截面面積Aeff，Δ+最好為2.7％以上。這樣大的比折射率差的情況下，單包層結(jié)構中截止波長λc加長，但根據(jù)雙包層結(jié)構，如上所述，可充分縮短截止波長λc。
進一步研究本發(fā)明的光纖(非線性光纖)的最佳構成條件及各種特性。下面表示的光纖的各種特性中，對于依賴于波長者，只要是沒有預先說明，就表示對波長1.55μm的光的特性。
首先，討論上述結(jié)構的光纖的傳輸損失。具有高的非線性的光纖中，為了增大非線性折射率而提高非線性，向芯部中添加高濃度GeO2。此時，拉絲時的加熱容易產(chǎn)生傳輸損失的惡化。這種傳輸損失惡化通過降低拉絲時的加熱溫度來抑制，但在低溫下的拉絲中，光纖的拉絲中需施加過大的張力，因此出現(xiàn)光纖斷裂的問題。
針對此，在圖1和圖7所示的雙包層結(jié)構的光纖中，占據(jù)光纖的大部分體積的第二包層區(qū)域30中最好添加F(氟)。由此，可降低第二包層區(qū)域30中的軟化溫度，可降低拉絲溫度，抑制傳輸損失的惡化。
對于這種傳輸損失的降低，試制作具有圖8A和8B所示的折射率輪廓所示的結(jié)構的2種光纖A1和A2。
光纖A1使用圖8A所示的折射率輪廓，把芯部區(qū)域10用添加具有拋物線形狀分布的GeO2的SiO2(最大添加濃度為30mol％)、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2(最大添加濃度為1.6mol％)、將第二包層區(qū)域30用添加F的SiO2(最大添加濃度為0.9mol％)來制作。
光纖A2使用圖8B所示的折射率輪廓，把芯部區(qū)域10用添加具有拋物線形狀分布的GeO2的SiO2(最大添加濃度為30mol％)、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2(最大添加濃度為1.6mol％)、將第二包層區(qū)域30用純SiO2來制作。
光纖A1，A2都是在拉絲時的線速度為300m/min、張力為4N(400gw)下拉絲。這里，光纖A1的玻璃表面的最高溫度為1900℃、光纖A2的玻璃表面的最高溫度為2000℃時，光纖A1可在低溫拉絲。
所得到的光纖A1，A2的各種特性如圖9所示，從圖9的表中可知，在第二包層區(qū)域30中添加F的光纖A1比光纖A2的傳輸損失小，非線性系數(shù)γ大。
接著，討論光纖的截止波長λc、有效截面面積Aeff以及非線性系數(shù)γ。具有高非線性的光纖中，如上所述，最好在芯部中添加高濃度GeO2從而增大非線性折射率的同時，減小有效截面面積Aeff。此時，非線性系數(shù)γ增大，但截止波長λc加長了。針對此，使用雙包層結(jié)構的光纖，在非線性系數(shù)γ增大同時可充分縮短截止波長λc。
使用四光波混合的波長變換中采用非線性光纖的情況下，必須整合相位，因此需要波長變換的激勵光在波長λp的色散值基本為0。因此，希望λp在零色散波長附近。對于波長λs的信號光，，波長變換了的變換光的波長λs’為λs’＝λp-(λs-λp)例如，將波長1530nm～1565nm的WDM信號光，通過波長1525nm的激勵光總體作波長變換時，變換光的波長為波長1520nm～1490nm的范圍。截止波長λc需要考慮這些信號光、變換光或激勵光、放大光等的波長并取適當值。
對于該截止波長λc、有效截面面積Aeff以及非線性系數(shù)γ，試制作具有圖10A和10B所示的折射率輪廓所示的結(jié)構的4種光纖B1，B2，C1和C2。
光纖B1，B2使用圖10A所示的折射率輪廓，把芯部區(qū)域10用添加臺階狀分布的GeO2的SiO2、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2(添加濃度為2.1mol％)、將第二包層區(qū)域30用添加F的SiO2(添加濃度為0.9mol％)來制作。芯部區(qū)域10的GeO2添加濃度分別取不同的值。
光纖C1，C2使用圖10B所示的折射率輪廓，把芯部區(qū)域10用添加具有臺階形狀分布的GeO2的SiO2、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2(添加濃度為2.1mol％)、將第二包層區(qū)域30用純SiO2來制作。芯部區(qū)域10的GeO2添加濃度分別取不同的值。
為比較起見，制作單包層結(jié)構的光纖D1～D5。這些光纖D1～D5根據(jù)圖11所示的折射率輪廓制作。這里標號60表示芯部區(qū)域。標號70表示單包層結(jié)構的包層區(qū)域。
光纖D1～D5使用圖11所示的折射率輪廓，把芯部區(qū)域60用添加具有臺階形狀分布的GeO2的SiO2、將包層區(qū)域70用添加F的SiO2(添加濃度為0.9mol％)來制作。芯部區(qū)域60的GeO2添加濃度分別取不同的值。芯部區(qū)域60的比折射率差Δ+以包層區(qū)域70為基準。
所得到的光纖B1，B2，C1，C2的比折射率差Δ+、Δ-和波長1550nm下的各種特性如圖12所示，比較用的光纖D1～D5的比折射率差Δ+和各種特性如圖13所示。從圖13的表中可知，在單包層結(jié)構的光纖D1～D5中，芯部中的GeO2的添加濃度低、Δ+小的時候，有效截面面積Aeff增大從而非線性系數(shù)γ的值減小。Δ+為2.7％以上時，截止波長λc比波長1530nm～1565nm的WDM信號光的、在根據(jù)波長1525nm的激勵光的總體變換下的波長的變換光的波長更長。
針對此，從圖12的表可知，在雙包層光纖B1，B2，C1，C2中，可得到有效面積Aeff減小，非線性系數(shù)γ增大者。例如，即使Δ+為4.5％，截止波長為1469nm(光纖C2)等，有效截面面積Aeff減小到11μm2以下，并且即使非線性系數(shù)γ的值大至18w/W/km以上時，也可實現(xiàn)短的截止波長。
接著討論光纖的耐氧化性。芯部中的GeO2為高濃度時，其耐氧化性容易降低。針對此，在成為光纖的最外層的第二包層區(qū)域30的外周部上設置以不定形碳、碳化硅等對水分子和氧分子有屏蔽性的物質(zhì)為主成分的氣密涂層(參考圖1和圖7所示的氣密涂層50)。
此時，可阻斷氧氣向光纖的芯部區(qū)域和包層區(qū)域內(nèi)的擴散。靜疲勞系數(shù)為100～160，斷裂概率極低。這樣，可提高光纖的長期可靠性。
基于以上討論的光纖(非線性光纖)的結(jié)構、制造方法以及適當?shù)闹圃鞐l件試制作本發(fā)明的光纖的光纖E1～E8共8種光纖。
這些光纖E1～E8將芯部區(qū)域10用添加具有近似乘以α～3.0的折射率分布的GeO2的SiO2、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2、將第二包層區(qū)域30用添加F的SiO2或純SiO2來制作。所得到的光纖E1～E8的比折射率差Δ+、Δ-和第二包層區(qū)域30的F添加濃度、芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20的外徑2r1、2r2以及其各種特性表示在圖14的表中。所示的特性中OH吸收傳輸損失表示因OH基吸收導致的在波長1.38μm下的傳輸損失的增加部分(過剩吸收損失)。
圖14的表所示的光纖E1～E8的各種特性都滿足對波長1.55μm的光的下述特性條件11μm2以下的有效截面面積Aeff；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；1.0dB/km以下的傳輸損失； 以下的偏振模式色散PMD；18/W/km以上的非線性系數(shù)γ。
這樣，通過采樣雙包層結(jié)構，即使在提高芯部的GeO2濃度的同時減小有效截面面積Aeff從而增大非線性系數(shù)γ的場合，也可得到具有適當?shù)慕刂共ㄩLλc的高非線性光纖?？傻玫狡衲Ｊ缴⑿〔⑶覀鬏敁p失低的高非線性光纖。
這里對由波長1.38μm的光的OH基帶來的過剩吸收損失，最好在0.2dB/km以下。圖14所示的光纖E1～E8都滿足該特性條件。
例如在光纖內(nèi)的規(guī)定位置設置應力提供部時，可得到偏振面保持光纖。圖15表示作為這種偏振面保持光纖的光纖的其他實施例的剖面結(jié)構。該光纖中，夾持芯部區(qū)域10的左右兩側(cè)分別形成由添加B2O3的SiO2構成的應力提供部40。這種結(jié)構的偏振面保持光纖中，有應力提供部40成為損失要素而惡化傳輸損失的情況，但可抑制正交偏振間的隨機耦合。這樣，可良好地保持傳輸?shù)男盘柟獾钠焚|(zhì)。
這樣結(jié)構的光纖的制造方法與圖1所示結(jié)構的光纖的上述制造方法幾乎相同。在第五工序中，將在中間玻璃棒的外周上形成的成為第二包層區(qū)域30的玻璃體，并沒有按原樣作為光纖預成形件，而將其作為第三中間玻璃體進行進一步的加工。
即，所得到的第三中間玻璃體的第一包層區(qū)域或第二包層區(qū)域中開孔，形成開孔部。之后，在該開孔部內(nèi)插入成為應力提供部40的玻璃棒，形成光纖預成形件。對該光纖預成形件進行加熱拉絲，得到具有應力提供部40的結(jié)構的光纖。
對上述制造方法，說明一個例子。這里，芯部用玻璃棒中，將芯部內(nèi)的折射率分布形狀設為大致拋物線狀，將GeO2添加濃度最大設為30mol％。在加熱一體化時的芯部用玻璃棒的外徑為8mm。另一方面，對于第一包層用玻璃管，將第一包層內(nèi)的折射率分布形狀設為大致臺階狀，將F添加濃度最大設為1.5mol％。
另外，在加熱一體化時的第一包層用玻璃管的外徑為32mm、內(nèi)徑為9mm。所得到的第一包層用玻璃管在300cm3/min的SF6、200cm3/min的Cl2、1500℃(用測高溫計測定的玻璃表面的最高溫度)的加熱溫度下進行蝕刻，平滑表面。
對于加熱一體化前的空燒，在500cm3/min的Cl2、1500℃的加熱溫度下進行。在加熱一體化時的管內(nèi)的環(huán)境氣體是鹵素200cm3/min、氧300cm3/min、管內(nèi)的減壓度為1kPa。
對于加熱一體化，是采用加熱溫度在1700℃、第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度為3μm以下、芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度為2μm以下、從芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的GeO2的濃度的最大值為3mol％以下的條件下進行加熱一體化，得到?jīng)]有氣泡的外徑30mm的中間玻璃棒(第一中間玻璃棒)。
之后，將該第一中間玻璃棒延伸至外徑為9mm后，由HF溶液磨削其外周部至外徑6mm，調(diào)整成(芯部直徑)/(第一包層直徑)＝0.40。另外，在將該第一中間玻璃棒之外，制作成為第二包層區(qū)域30的內(nèi)周側(cè)部分的第二包層用玻璃管。該第二包層用玻璃管是外徑為32mm、內(nèi)徑為9mm的、基本上是純SiO2的SiO2玻璃管。之后，將第一中間玻璃棒插入第二包層用玻璃管，進行加熱一體化，得到外徑30mm的第二中間玻璃棒。
接著，在得到的第二中間玻璃棒的外周上通過VAD法或OVD法合成成為第二包層區(qū)域30的外周側(cè)部分的玻璃體，而其是與第二包層用玻璃管一樣的純SiO2的SiO2玻璃管，制作第三中間玻璃體。這里，(第二包層直徑)/(第一包層直徑)＝10.8。
進而，將該第三中間玻璃體延伸至外徑為36mm。此時，延伸后的第四中間玻璃體的芯部區(qū)域10部分的外徑為1.3mm、第一包層區(qū)域20部分的外徑為3.3mm。該第三中間玻璃體的第二包層區(qū)域30部分中形成成為圖15所示的應力提供部40的2個開孔部。這些開孔部使兩個開孔部的中心彼此之間的距離為15.2mm、使各個開孔部的外徑為 10mm。使2個開孔部的各個中心、芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20的中心大致在一條直線上。
所形成的開孔部的內(nèi)周表面的粗糙度研磨到2μm以下，用水、乙醇、王水洗滌以除去研磨材料、研磨屑等異物。之后，作為成為應力提供部40的玻璃棒，在開孔部中插入封裝外徑9mm的添加B2O3的SiO2玻璃棒，制作光纖預成形件。
對根據(jù)以上制造方法和制造條件制作的光纖預成形件進行加熱并拉絲，得到圖15所示結(jié)構的光纖。這里，開孔部中插入的玻璃棒通過拉絲時的加熱與包層區(qū)域一體化，成為應力提供部40。得到的光纖結(jié)構為芯部區(qū)域10的外徑2r1＝4.6μm、比折射率差Δ+＝3.0％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝1.6μm、比折射率差Δ-＝-0.5％，第二包層區(qū)域30的外徑2r3＝125μm。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝+0.01ps/km/nm色散斜率＝+0.042ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.6μm2
截止波長λc＝1349nm零色散波長＝1550nm傳輸損失＝1.5dB/km模式場直徑＝3.75μm非線性系數(shù)γ＝20.2/W/km偏振間的干擾＝-20dB(光纖長1km)從而得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
作為具有上述結(jié)構的光纖，試制作本發(fā)明的光纖的光纖F1～F3的3種光纖。
這些光纖F1～F3與光纖E1～E8一樣，將芯部區(qū)域10用添加具有具有近似乘以α～3.0的折射率分布的GeO2的SiO2、將第一包層區(qū)域20用添加F的SiO2、將第二包層區(qū)域30用添加F的SiO2或純SiO2來制作。得到的光纖F1～F3的比折射率差Δ+、Δ-和第二包層區(qū)域30的F添加濃度、芯部區(qū)域10和第一包層區(qū)域20的外徑2r1、2r2以及其各種特性表示在圖16的表中。所示的特性中OH吸收傳輸損失表示因OH基吸收導致的在波長1.38μm下的傳輸損失的增加部分(過剩吸收損失)。
圖16的表所示的光纖F1～F3的各種特性對波長1.55μm的光都滿足以下條件11μm2以下的有效截面面積Aeff；2m的光纖長度中0.7μm以上1.6μm以下的截止波長λc；3.0dB/km以下的傳輸損失；-15dB以下的偏振件的干擾；18/W/km以上的非線性系數(shù)γ。
這樣，通過采用雙包層結(jié)構，即使在提高芯部的GeO2濃度的同時減小有效截面面積Aeff從而增大非線性系數(shù)γ的場合，也可得到具有適當?shù)慕刂共ㄩLλc的高非線性光纖。得到高非線性的偏振面保持光纖。
這里，對波長1.38μm的光的、由OH基帶來的過剩吸收損失最好在0.2dB/km以下。圖16所示的光纖F1～F3都滿足該特性條件。
具有上述結(jié)構和各種特性的光纖中，通過利用通過輸入規(guī)定波長的光而顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象，可積極利用該光纖的高非線性，并且可得到對截止波長λc等具有良好特性的非線性光纖。這種非線性光纖可用于利用非線性光學現(xiàn)象的各種光纖。
這里，在將上述結(jié)構的光纖作為非線性光纖而使用的光放大器、波長變換器等光設備中，有時通過把光纖制作線圈來容納，可使用將光元件模塊化的光模塊(例如光放大器模塊、波長變換模塊)的結(jié)構。這種情況下，對于包含光纖抗彎曲強度、彎曲損失的變化的彎曲特性等的各種特性，需要保持光纖特性，以適合于模塊化。
針對此，光纖結(jié)構中，將光纖的玻璃部的外徑設置在100μm以下較好?；蛘撸ＡР康耐鈴礁檬窃?0μm以下。這樣，通過使玻璃部的外徑成為細徑，即使玻璃部外周上設置的覆蓋部制作為細徑的情況下，包含抗彎曲強度，作出有充分強度的光纖。
例如，若考慮光纖抗彎曲強度，為通過線圈化而容納在光模塊中而彎曲光纖時，在光纖的玻璃部內(nèi)的各部上產(chǎn)生彎曲應力。該彎曲應力由于光纖的抗彎曲強度而成為光纖斷裂等的原因。
具體說，將光纖彎曲成線圈狀時，光纖的玻璃部的中心部位(中心軸附近)產(chǎn)生的彎曲應力幾乎為0。針對此，在光纖線圈徑向上成為內(nèi)側(cè)的部位上，與中心部位相比，由于直徑變小而在玻璃部內(nèi)產(chǎn)生壓縮應力。另一方面，在光纖線圈徑向上成為外側(cè)的部位上，與中心部位相比，由于直徑變大而在玻璃部內(nèi)產(chǎn)生拉伸應力。并且，這些壓縮應力和拉伸應力大小都根據(jù)離開玻璃部中心部位的距離增大而增大。
針對此，根據(jù)使玻璃部的外徑變細的上述結(jié)構的光纖，在線圈徑向上位于最內(nèi)側(cè)或最外側(cè)的玻璃部的部位離開中心部位的距離減小，降低光纖的玻璃部內(nèi)產(chǎn)生的應力大小。由此，提高光纖的抗彎曲強度，防止在進行線圈化時因光纖的應力而產(chǎn)生斷裂。
具有上述高非線性的雙包層結(jié)構的光纖中，通過減小其有效截面面積Aeff等，減小經(jīng)過玻璃部的光的電磁場分布寬度。這樣的光纖中，一般地，數(shù)值孔徑NA大。因此，上述光纖中，彎曲損失小，而且使玻璃部的外徑成為細徑而對傳輸損失的影響小。因此，具有充分的抗彎曲強度，并且彎曲損失小，得到具有良好彎曲特性的光纖。
光纖的玻璃部是指除了光纖的外周上設置的樹脂制的覆蓋部等之外的、包含芯部區(qū)域、第一包層區(qū)域和第二包層區(qū)域的部分。例如，圖1和圖7所示的光纖中，由芯部區(qū)域10、第一包層區(qū)域20和第二包層區(qū)域30構成的部分為玻璃部。第二包層區(qū)域的外周上還設置玻璃制的其他包層區(qū)域時，還包含該包層區(qū)域的部分成為玻璃部。
玻璃部的外周上設置的覆蓋部最好是覆蓋部的外徑為150μm以下。或者，覆蓋部的外徑為120μm以下。這樣，通過使覆蓋部的外徑為細徑，如上所述，對光纖進行線圈化并容納在光模塊中時，可使光模塊小型化。若是同一尺寸的光模塊，則可對更長的光纖進行線圈化并容納在光模塊中。
考慮作為非線性光纖用于光元件中的情況下的光纖的特性，則對于波長1.00μm的光的特性最好是傳輸損失在5.0dB/km以下。或者傳輸損失在3.0dB/km以下。
通過降低這樣的短波長側(cè)的傳輸損失，可制作具有喇曼放大時的在激勵波長中的傳輸損失降低等，作為非線性光纖用在光設備上時良好特性的光纖。
例如，用MCVD法合成添加高濃度的GeO2的SiO2玻璃、制作比折射率差Δn大的光纖時，由于玻璃缺陷多，傳輸損失惡化。這種傾向尤其在短波長側(cè)更顯著。針對此，根據(jù)上述的光纖結(jié)構及其制造方法，得到短波長側(cè)的傳輸損失充分降低的光纖。這種光纖中，由于瑞利(レィリ一)散射系數(shù)降低，可抑制喇曼放大時產(chǎn)生的二重瑞利(レィリ一)散射帶來的信號的噪聲。
考慮以上條件，制作具有圖1所示的雙包層結(jié)構的光纖。該結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝4.6μm、比折射率差Δ+＝3.2％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝13.1μm、比折射率差Δ-＝-0.50％，第二包層區(qū)域30的外徑(光纖的玻璃部的外徑)2r3＝110μm。這里，向第二包層區(qū)域30的F的添加濃度為0.6mol％。從外周覆蓋光纖的覆蓋部的外徑是150μm。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝-0.64ps/km/nm色散斜率＝+0.042ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.0μm2截止波長λc＝1396nm零色散波長＝1565nm傳輸損失＝0.70dB/km非線性系數(shù)γ＝22.2/W/km偏振模式色散PMD=0.05ps/km]]>從而得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
將長為1.0km的本實施例的光纖卷繞在直徑φ60mm的線圈架上而線圈化、模塊化。這種光纖的傳輸損失對波長的依賴性表示于圖17中。這里，圖17的曲線中，橫軸表示在光纖中傳輸?shù)墓獾牟ㄩLλ(nm)，縱軸表示各波長下的傳輸損失(dB/km)。
如該曲線所示，通過使用該光纖，即使在長波長區(qū)域中也可制作傳輸損失不惡化的良好的光模塊。這種光纖例如供給波長1565nm的激勵光，在將波帶為C帶的信號光波長變換為L帶或?qū)⒉◣長帶的信號光波長變換為C帶的波長變換器模塊中使用?；蛘?，在通過供給比信號光波長短的激勵光來光放大信號光的喇曼放大器模塊中使用。
該光纖基于相對圖1所示的光纖的制造方法制成，但對波長1.00μm的光的傳輸損失為3.4dB/km。這是滿足5.0dB/km以下的條件的低值。這樣，根據(jù)短波長側(cè)的傳輸損失低的光纖，降低比信號光還靠短波長側(cè)的、喇曼放大時的激勵波長的傳輸損失。這種光纖中，由于瑞利(レィリ一)散射系數(shù)降低，可抑制二重瑞利(レィリ一)散射產(chǎn)生的噪聲。
作為其他光纖，制作具有圖1所示的雙包層結(jié)構的光纖。該結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝2.5μm、比折射率差Δ+＝2.9％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝10.0μm、比折射率差Δ-＝-0.50％，第二包層區(qū)域30的外徑(光纖的玻璃部的外徑)2r3＝89μm。這里，向第二包層區(qū)域30的F的添加濃度為0.6mol％。從外周覆蓋光纖的覆蓋部的外徑是115μm。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝-110.6ps/km/nm色散斜率＝-0.408ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.6μm2截止波長λc＝729nm傳輸損失＝0.52dB/km非線性系數(shù)γ＝20.0/W/km偏振模式色散PMD=0.03pskm]]>從而得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
該光纖具有負的色散和色散斜率。由此，該光纖成為在1.55μm帶中可補償1.3μm帶中有零色散波長的單模式光纖的色散和色散斜率二者的高非線性光纖。
該光纖中，玻璃部的外徑設置成滿足100μm以下或進一步90μm以下的條件的、細徑的外徑值89μm。覆蓋部的外徑設置成滿足150μm或進一步120μm以下的條件的、細徑的外徑值115μm。由此，成為在線圈化時的彎曲特性良好的光纖。
將長為7.7km的本實施例的光纖線圈化、模塊化。其中在光纖的線圈化中，不把光纖卷繞在線圈架上，而是如圖18所示的光纖線圈結(jié)構那樣，使用不將光纖F卷繞在線圈架上而制作成為線圈狀，其線圈形狀的光纖束用覆蓋樹脂R覆蓋的結(jié)構。
根據(jù)這種結(jié)構，沒有卷繞光纖的線圈架，故不產(chǎn)生卷張力，光纖束整體用樹脂覆蓋，沒有光纖自重產(chǎn)生的變形問題。因此，可大幅度抑制微帶中的傳輸損失。
這種光纖的傳輸損失對波長的依賴性表示于圖19中。這里，圖19的曲線中，橫軸表示在光纖中傳輸?shù)墓獾牟ㄩLλ(nm)，縱軸表示各波長下的傳輸損失(dB/km)。
如該曲線所示，通過使用該光纖和上述的光纖線圈結(jié)構，可制作即使在長波長區(qū)域中傳輸損失也不惡化的良好的光模塊。關于光纖的溫度特性，可得到對于傳輸特性最受到溫度變動影響的波長1620nm的光而言，在-40℃到+80℃的溫度范圍中，傳輸損失的變動在±0.01dB/km以下的良好溫度特性。另一方面，在原來的卷繞在線圈架上的形狀中，由于因線圈架熱膨脹施加給光纖的卷張力變化，容易在長波長側(cè)的溫度特性中產(chǎn)生不良。
該光纖是基于相對圖1所述的光纖的制造方法制作的，但對波長1.00μm的光的傳輸損失為2.1dB/km。這是滿足5.0dB/km以下或者3.0dB/km以下的條件的低值。這樣，根據(jù)短波長側(cè)的傳輸損失低的光纖，降低比信號光還靠短波長側(cè)的喇曼放大的激勵光波長的傳輸損失。這種光纖中，由于瑞利(レィリ一)散射系數(shù)降低，可抑制因二重瑞利(レィリ一)散射而產(chǎn)生的噪聲。
根據(jù)實施例，在1.55μm帶中可補償1.3μm帶中有零色散波長的、光纖長為5.0km的單模式光纖的色散和色散斜率。
作為其他光纖，制作具有圖1所示的雙包層結(jié)構的光纖。該結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝2.2μm、比折射率差Δ+＝3.2％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝8.8μm、比折射率差Δ-＝-0.60％。這里，向第二包層區(qū)域30的F的添加濃度為0.6mol％。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝-205.7ps/km/nm色散斜率＝-1.35ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝10.1μm2截止波長λc＝707nm傳輸損失＝0.51dB/km非線性系數(shù)γ＝21.7/W/km
偏振模式色散PMD=0.01pskm]]>從而可得到良好特性的光纖(非線性光纖)。
該光纖對于波長1.50μm的光的各種特性為色散＝-147.4ps/km/nm色散斜率＝-0.696s/km/nm2有效截面面積Aeff＝8.6μm2傳輸損失＝0.58dB/km非線性系數(shù)γ＝24.0/W/km偏振模式色散PMD=0.01ps/km]]>該光纖具有負的色散和色散斜率。由此，該光纖成為在1.55μm帶中可補償1.3μm帶中有零色散波長的單模式光纖的色散和色散斜率二者的高非線性光纖。因此，例如供給1.40μm帶的波長的激勵光，可用作喇曼放大用光纖。
接著作為將具有上述結(jié)構和各種特性的光纖用作非線性光纖的光設備(或?qū)⑵淠K化的光模塊)的例子，說明作為光放大器的喇曼放大器和波長變換器。
圖20是表示根據(jù)本發(fā)明的喇曼放大器的一實施例的結(jié)構圖。該喇曼放大器100對輸入的波長λs的信號光進行光放大，并包括將上述光纖用作非線性光纖的喇曼放大用光纖110(截止波長λc)和將規(guī)定波長λp的激勵光供給喇曼放大用光纖110的激勵光源150。
激勵光源150經(jīng)安裝在喇曼放大用光纖110的下游側(cè)的光合成部160連接于喇曼放大器100內(nèi)的光傳輸路徑。由此，喇曼放大器100構成為后面激勵(反向激勵)的光放大器。這樣，輸入的信號光利用作為在喇曼放大用光纖110中顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象的誘發(fā)喇曼效應而光放大，并作為放大光輸出。
這樣的喇曼放大器與EDFA等光放大器不同，不選擇放大的波帶，若是SiO2系光纖，放大波帶可寬100nm左右，因此適合于寬帶的WDM傳輸中的光放大。作為激勵光的波長λp，使用比信號光波在λs的波長短的波長。例如，光放大波長1.55μm帶的信號光，使用波長1.45μm的激勵光。
適用于喇曼放大器100的喇曼放大用光纖110中，總體光放大WDM信號時，為了不產(chǎn)生四光波混合，最好是將對波長λs的信號光的色散值設置在+2ps/km/nm以s上或-2ps/km/nm以下。例如，對于波長1.55μm帶的信號光，使用圖14的光纖E1，E2等。
色散值為正的情況下，需要芯部區(qū)域10的外徑2r1增大，因此截止波長λc稍稍加長。針對此，在雙包層結(jié)構的上述光纖中，使截止波長λc比1.45μm左右的激勵光波長λp短(λc＜λp)。這樣，通過使λc＜λp，可在單模式下高效進行光放大。
組合色散值為正和負的非線性光纖，可構成整體上色散為零的喇曼放大器。這樣的喇曼放大器的結(jié)構如圖21所示。
該喇曼放大器200具有圖20所示的喇曼放大器100同樣的結(jié)構，但使喇曼放大用光纖110成為色散值為負(例如-2ps/km/nm以下)的非線性光纖，同時在喇曼放大用光纖110和光波合成部160之間串聯(lián)連接色散值為正(例如+2ps/km/nm以上)的喇曼放大用光纖120。根據(jù)這種結(jié)構，輸出的放大光的色散基本為零。
叫作S帶的波長1.45μm～1.53μm帶的信號光不能用EDFA光放大，但若是不選擇激勵的波帶的喇曼放大器，則可對波長λs在1.45μm以上1.53μm以下的信號光進行光放大。如上所述，在雙包層結(jié)構中，例如，圖14所示的光纖E5，由于可縮短截止波長λc，可適用于S帶的信號光的光放大。光纖E5在波長1.40μm下的色散值在與-6.1ps/km/nm相適的范圍中。
光傳輸路徑的色散值在使用的信號光波帶中為正的情況下，若喇曼放大器中使用的喇曼放大用光纖的色散值為負，則可與光放大器同時用作具有正色散值的傳輸路徑的色散補償器。此時，對于波長λs的信號光的色散值為-10ps/km/nm以下，則色散補償量大，也特別適合于用作色散補償器。此時，有效截面面積Aeff最好為10μm2以下。
具有雙包層結(jié)構的非線性光纖中，例如圖14的光纖E3，E4和圖16的光纖F1，可使信號光的波長中色散斜率為負值(小于0ps/km/nm的值)。此時，與具有正色散和正色散斜率的傳輸路徑的色散同時，也可補償色散斜率。因此，適用于WDM傳輸。
這里，為高效的實現(xiàn)喇曼放大，在喇曼放大器中使用的非線性光纖中，激勵光的波長λp的非線性高者較好。為防止非線性效果產(chǎn)生的傳輸品質(zhì)惡化，信號光的波長λs的非線性低較好。
為實現(xiàn)非線性的這種特性條件，在喇曼放大器中使用的非線性光纖中激勵光在波長λp的有效截面面積Aeff，p和在波長λp+0.1μm的有效截面面積Aeff，s滿足下面的關系式(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100≥10％為Aeff，s比Aeff，p大10％的結(jié)構較好。
對激勵光的波長λp加上0.1μm的波長λp+0.1μm與喇曼放大器中光放大的信號光的波長λs相當。因此，根據(jù)滿足上述關系式的特性條件，通過減小Aeff，p，提高波長λp對激勵光的非線性，提高光放大的效率。通過增大Aeff，s提高對信號光的波長λp+0.1μm下的非線性，抑制信號光的傳輸品質(zhì)惡化。
例如，根據(jù)自身相位調(diào)制的相移量與有效截面面積的倒數(shù)成比例。因此，信號光在波長λs～λp+0.1μm下的有效截面面積Aeff，s比激勵光在波長λp的有效截面面積Aeff，p大10％時，使相移量低10％。
考慮該有效截面面積Aeff的特性條件，制作具有圖1所示的雙包層結(jié)構的光纖。該結(jié)構是芯部區(qū)域10的外徑2r1＝3.1μm、比折射率差Δ+＝3.4％，第一包層區(qū)域20的外徑2r2＝8.8μm、比折射率差Δ-＝-0.15％。這里，向第二包層區(qū)域30添加F的濃度為1.1mol％。
對于波長1.55μm的光的各種特性為色散＝-49.0ps/km/nm色散斜率＝+0.005ps/km/nm2有效截面面積Aeff＝8.4μm2截止波長λc＝1060nm傳輸損失＝0.54dB/km非線性系數(shù)γ＝23.4/W/km
偏振模式色散PMD=0.02ps/km]]>圖22表示本實施例的光纖的有效截面面積Aeff對波長的依賴性。這里，在圖22的曲線中，橫軸表示在光纖中傳輸?shù)墓獾牟ㄩLλ(nm)、縱軸表示各波長下的有效截面面積Aeff(μm2)。如該曲線所示，該光纖中，在波長λ加長時有效截面面積Aeff增大。
例如，對于信號光的波長λs＝1.50μm，使用波長λp＝1.40μm的激勵光時，對信號光和激勵光的有效截面面積分別為信號光Aeff，s＝7.85μm2激勵光Aeff，p＝6.93μm2此時波長λs、λp下的有效截面面積之差為(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100＝13.3％對于信號光的波長λs＝1.55μm，使用波長λp＝1.45μm的激勵光時，對信號光和激勵光的有效截面面積分別為信號光Aeff，s＝8.37μm2激勵光Aeff，p＝7.37μm2此時波長λs、λp下的有效截面面積之差為(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100＝13.6％。
對于信號光的波長λs＝1.60μm，使用波長λp＝1.50μm的激勵光時，對信號光和激勵光的有效截面面積分別為信號光Aeff，s＝8.93μm2激勵光Aeff，p＝7.85μm2此時波長λs、λp下的有效截面面積之差為(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100＝13.8％。
這樣，在該光纖中，對于波長λs＝1.50μm、1.55μm、1.60μm的信號光的任何一個，最佳特性條件滿足(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100≥10％。因此對于包含這些波長的波長范圍的光，可實現(xiàn)提高光放大效率的同時，還抑制信號光的傳輸品質(zhì)惡化的非線性光纖和光纖放大器。
圖23是表示根據(jù)本發(fā)明的波長變換器的一實施例的結(jié)構圖。該波長變換器300對輸入的波長λs的信號光進行波長變換，并包括將上述光纖用作非線性光纖的波長變換用光纖310(截止波長λc)和將規(guī)定波長λp的激勵光供給波長變換用光纖310的激勵光源350。
激勵光源350經(jīng)安裝在波長變換用光纖310的上游側(cè)的光合成部360連接于波長變換器300內(nèi)的光傳輸路徑。由此，輸入的波長λs的信號光利用作為波長變換用光纖310中顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象的四光波混合而進行波長變換，經(jīng)波長選擇部370作為波長λs’的變換光而輸出(參考圖24A)，這里λs’＝λp-(λs-λp)。
作為輸入波長變換器300的信號光，也可同時輸入波長彼此不同的多個信號光。此時，對于多個信號光的每一個都可得到對應于其波長的變換光。
這種波長變換器可獨立或總體波長變換每信道的傳輸速度高的WDM信號。具有雙包層結(jié)構的非線性光纖中，例如圖14的光纖E6，E8和圖16的光纖F3，保持截止波長λc短的情況下，充分增大非線性系數(shù)γ，可高效地進行波長變換。尤其，若使截止波長λc比信號光、變換光以及激勵光的波長λs、λs’、λp短(λc＜λs、λs’、λp)，則單模式下可高效進行波長變換。
這里，在信號光、激勵光、變換光的相位整合時容易產(chǎn)生四光波混合，因此需要將波長為λp的激勵光的色散值在-0.2ps/km/nm以上到+0.2ps/km/nm以下的范圍中。特別是激勵波長λp和零色散波長大致一致更好。若提高激勵光的功率，可使輸出的變換光的光功率比輸入的信號光的光功率大，此時，可將波長變換器用作參數(shù)放大器。
從C帶向S帶的波長變換中，最好零色散波長為1.53μm附近，并且截止波長λc比變換光的波長λs’短，但具有雙包層結(jié)構的非線性光纖中，例如圖14的光纖E7，可實現(xiàn)這種特性條件。
將激勵光源350作為波長可變的光源，變化激勵光的波長λp時，可得到任意波長變換。例如圖24B的例子中，相對波長λs的信號光，設激勵光波長為λp1，得到波長λs1’的變換光λs1’＝λp1-(λs-λp1)。針對此，如圖24C所示，將激勵光波長變化為λp2，則得到與波長λs1’不同的波長λs2’的變換光λs2’＝λp2-(λs-λp2)。此時，為整合相位，對激勵光波長的色散值最好在-0.2ps/km/nm以上到+0.2ps/km/nm以下的范圍中。
進行C帶的喇曼放大時，激勵光在波長1.45μm附近，進行S帶的喇曼放大時，激勵光在波長1.3～1.4μm附近，信號光為1.45～1.53μm。進行到S帶的波長變換或從S帶向C、L帶的波長變換時，信號光、變換光波長為1.45～1.53μm。這些情況下，容易受到由OH基產(chǎn)生的在波長1.38μm的吸收損失影響。針對此，圖14的光纖E1～E8和圖16的光纖F1～F3如上所述，在波長1.38μm下由OH基吸收產(chǎn)生的傳輸損失的增加部分(過剩吸收損失)全部在0.2dB/km以下，這種情況下也適用。
本發(fā)明的光纖、非線性光纖、使用其的光放大器、波長變換器及光纖制造方法如以上詳細說明所示，得到下面的效果。即，根據(jù)不使用單包層結(jié)構而使用雙包層結(jié)構的上述結(jié)構的光纖、及非線性光纖，即使在為了提高非線性系數(shù)γ，提高在向芯部內(nèi)添加的GeO2的添加濃度從而提高非線性折射率，另外增大芯部和包層的比折射率差從而減小有效截面面積Aeff的情況下，也可充分縮短截止波長λc。該結(jié)構中，可使色散斜率為負。另外，減小高非線性的偏振面保持光纖、偏振模式色散的同時，得到傳輸損失低的高非線性光纖。光纖的玻璃部或覆蓋部的外徑為細徑，則得到適合于光纖的模塊化的光纖。
根據(jù)將芯部用玻璃棒和第一包層用玻璃管在規(guī)定條件下加熱一體化的上述光纖的制造方法，可根據(jù)低傳輸損失等良好的特性來制作具有高非線性的雙包層結(jié)構的光纖。
這種光纖為高非線性光纖，并且作為在截止波長λc等方面具有適當?shù)奶匦缘姆蔷€性光纖，可適用于光放大器、波長變換器等利用非線性光學現(xiàn)象的光元件中。尤其，通過使截止波長λc為短波長，可以單模式高效地進行光放大和波長變換。
權利要求
1.一種光纖，其特征在于至少具有折射率最大值為n1的芯部區(qū)域、在所述芯部區(qū)域的外周上設置的、折射率的最小值為n2的第一包層區(qū)域、在所述第一包層區(qū)域的外周上設置的、折射率的最大值為n3的第二包層區(qū)域，其中n2＜n1、n2＜n3＜n1，同時作為相對波長1.55μm的光的各種特性，具有11μm2以下的有效截面面積；2m的光纖長度中0.7μm以上、1.6μm以下的截止波長λc；18/W/km以上的非線性系數(shù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于作為相對波長1.55μm的光的各種特性，還具有3.0dB/km以下的傳輸損失和-15dB以下的偏振波之間的串擾。
3.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于作為相對波長1.55μm的光的各種特性，還具有1.0dB/km以下的傳輸損失和 以下的偏振模式色散。
4.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于所述芯部區(qū)域和所述第二包層區(qū)域的比折射率差Δ+以所述第二包層區(qū)域為基準時為2.7％以上。
5.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于所述第二包層區(qū)域的外周上設置密封涂層。
6.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于由OH基對波長1.38μm的光的過剩吸收損失為0.2dB/km以下。
7.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于所述第二包層區(qū)域被添加氟。
8.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于包含所述芯部區(qū)域、所述第一包層區(qū)域和所述第二包層區(qū)域的玻璃部的外徑為100μm以下。
9.根據(jù)權利要求8所述的光纖，其特征在于所述玻璃部的外徑進一步為90μm以下。
10.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于包含所述芯部區(qū)域、所述第一包層區(qū)域和所述第二包層區(qū)域的玻璃部的外周上設置的覆蓋部的外徑為150μm以下。
11.根據(jù)權利要求10所述的光纖，其特征在于所述覆蓋部的外徑進一步為120μm以下。
12.根據(jù)權利要求1所述的光纖，其特征在于在對波長1.00μm的光的特性中，傳輸損失為5.0dB/km以下。
13.根據(jù)權利要求12所述的光纖，其特征在于在對波長1.00μm的光的特性中，所述傳輸損失進一步為3.0dB/km以下。
14.一種非線性光纖，其特征在于在權利要求1所述的光纖中，利用通過輸入規(guī)定波長的光而顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象。
15.一種光放大器，其特征在于具有截止波長為λc的權利要求14所述的非線性光纖；對輸入到所述非線性光纖的波長λs的信號光，將規(guī)定波長λp的激勵光供給所述非線性光纖的激勵光源，其中λc＜λp，同時利用所述非線性光纖中顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象光學放大所述信號光。
16.根據(jù)權利要求15所述的光放大器，其特征在于所述非線性光纖對波長λs的所述信號光的色散值為+2ps/km/nm以上、或-2ps/km/nm以下。
17.根據(jù)權利要求15所述的光放大器，其特征在于所述非線性光纖對波長λs的所述信號光的色散值為-10ps/km/nm以下，并且其有效截面積為10μm2以下。
18.根據(jù)權利要求17所述的光放大器，其特征在于所述非線性光纖對所述信號光的色散斜率值小于0ps/km/nm2。
19.根據(jù)權利要求15所述的光放大器，其特征在于所述信號光的波長λs為1.45μm以上、1.53μm以下。
20.根據(jù)權利要求15所述的光放大器，其特征在于所述非線性光纖的所述激勵光的波長λp處的有效截面積Aeff，p與波長λp+0.1μm處的有效截面積Aeff，s滿足關系式(Aeff，s-Aeff，p)/Aeff，p×100≥10％。
21.一種波長變換器，其特征在于具有截止波長為λc的權利要求14所述的非線性光纖；對輸入到所述非線性光纖的波長λs的信號光，將規(guī)定波長λp的激勵光供給所述非線性光纖的激勵光源，其中λc＜λs、λc＜λp，同時利用所述非線性光纖中顯現(xiàn)的非線性光學現(xiàn)象對所述信號光進行波長變換，輸出波長λs’的變換光，其中λc＜λs’。
22.根據(jù)權利要求21所述的波長變換器，其特征在于輸出的所述變換光的光功率大于輸入的所述信號光的光功率。
23.根據(jù)權利要求21所述的波長變換器，其特征在于所述非線性光纖對波長λp的所述激勵光的色散值為-0.2ps/km/nm以上、+0.2ps/km/nm以下。
24.根據(jù)權利要求21所述的波長變換器，其特征在于所述變換光的波長λs’為1.45μm以上、1.53μm以下。
25.一種光纖制造方法，其特征在于包括用VAD法或OVD法合成由添加規(guī)定量的GeO2的SiO2構成的、成為芯部區(qū)域的芯部用玻璃棒的同時，將其延伸制作以形成規(guī)定的外徑的第一工序；用VAD法或OVD法合成由添加規(guī)定量的F的SiO2構成的、成為第一包層區(qū)域的第一包層用玻璃管的同時，將其延伸制作以形成規(guī)定的內(nèi)徑和外徑的第二工序；在所述第一包層用玻璃管的內(nèi)面上流過規(guī)定的氣體的同時加熱，進行以使該內(nèi)周表面平滑的蝕刻的第三工序；將所述芯部用玻璃棒插入所述第一包層用玻璃管內(nèi)，在1300℃以上的規(guī)定溫度下空燒后加熱一體化從而產(chǎn)生中間玻璃棒的第四工序；在所述中間玻璃棒中調(diào)整所述芯部區(qū)域和所述第一包層區(qū)域的外徑之比后，在所述中間玻璃棒的外周上形成成為第二包層區(qū)域的玻璃體并制作光纖預成形件的第五工序；加熱所述光纖預成形件并拉絲，制作至少包括折射率最大值為n1的所述芯部區(qū)域、在所述芯部區(qū)域的外周上設置的、折射率的最小值為n2的所述第一包層區(qū)域、在所述第一包層區(qū)域的外周上設置的、折射率的最大值為n3的所述第二包層區(qū)域的光纖的第六工序，其中n2＜n1、n2＜n3＜n1，所述第四工序中的所述芯部用玻璃棒和所述第一包層用玻璃管的加熱一體化是在其加熱溫度在1800℃以下、所述芯部用玻璃棒的外周表面的粗糙度為5μm以下、所述第一包層用玻璃管的內(nèi)周表面的粗糙度為5μm以下、從所述芯部用玻璃棒的外周表面開始厚度為2μm以內(nèi)的GeO2的濃度的最大值為5mol％以下的條件下進行，同時，所述第六工序中制作的光纖，作為對波長1.55μm的光的各種特性，包括11μm2以下的有效截面面積；2m的光纖長度中0.7μm以上、1.6μm以下的截止波長λc；18/W/km以上的非線性系數(shù)。
26.根據(jù)權利要求25所述的光纖制造方法，其特征在于所述第六工序中制作的所述光纖，作為對波長1.55μm的光的各種特性，還包括1.0dB/km以下的傳輸損失和 以下的偏振模式色散。
27.根據(jù)權利要求25所述的光纖制造方法，其特征在于所述第五工序和所述第六工序之間還備有第七工序，即將所述第五工序中得到的光纖預成形件作為第三中間玻璃體，在所述第三中間玻璃體的所述第一包層區(qū)域或所述第二包層區(qū)域中形成開孔部后，在所述開孔部中插入成為應力提供部的玻璃棒，制作光纖預成形件，在所述第六工序中，加熱所述第七工序中制作的所述光纖預成形件并拉絲，制作所述光纖，該光纖至少具有所述芯部區(qū)域、所述第一包層區(qū)域、所述第二包層區(qū)域和向所述芯部區(qū)域施加應力的所述應力提供部，同時作為對波長1.55μm的光的各種特性，包括3.0dB/km以下的傳輸損失、以及-15dB以下的偏振波間的串擾。
全文摘要
作為具有高非線性的光纖(非線性光纖)結(jié)構，使用在芯部區(qū)域(10)的外周上設置第一包層區(qū)域(20)和第二包層區(qū)域(30)的雙包層結(jié)構。通過采用雙包層結(jié)構，即使在為了增大非線性系數(shù)γ，提高芯部內(nèi)添加的GeO
文檔編號G02F1/35GK1651945SQ20051000794
公開日2005年8月10日 申請日期2001年11月13日 優(yōu)先權日2000年11月13日
發(fā)明者平野正晃, 大西正志, 奧野俊明 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社