高非線形光ファイバ及び高非線形光ファイバモジュール
【課題】 コンパクトであるとともに、例えば、検査機器接続用の光ファイバとの接続性を向上させた高非線形光ファイバを提供する。
【解決手段】 コア（１〜３、４１、４２）、クラッド（４、４３）及び被覆（５、４４）を有して、非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられる高非線形光ファイバにおいて、直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ−１ｋｍ−１以上であり、カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、被覆の径が、１２５μｍ±５％とする。
【解決手段】 コア（１〜３、４１、４２）、クラッド（４、４３）及び被覆（５、４４）を有して、非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられる高非線形光ファイバにおいて、直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ−１ｋｍ−１以上であり、カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、被覆の径が、１２５μｍ±５％とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高非線形光ファイバ及び高非線形光ファイバモジュールに関し、より詳しくは、非線形係数が大きく非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられ、特にコイル状に巻かれて高非線形デバイスとして使用される高非線形光ファイバ及に関するものである。また、コイル状に巻かれた高非線形光ファイバを収納した高非線形デバイスである高非線形光ファイバモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化されている光ファイバ通信の波長チャンネルあたりの伝送速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓであるが、大容量波長分割多重（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送においてシステムを過度に複雑化すること無く総伝送容量を増やすためには、チャネルあたりの伝送速度をより高速にすることが望ましい。このような背景のもとで、チャネルあたり４０Ｇｂｉｔ／ｓ、或いはそれ以上の超高速の光ファイバ伝送に関する研究が活発に進められている。
【０００３】
光ファイバ中の非線形現象（自己位相変調、相互位相変調、四波混合等）は、チャンネルあたりの伝送速度が速くなり、これに応じて信号のピーク電力が上昇するほど、大きく現れる。このような非線形現象は、伝送特性劣化をもたらす一方で、その高速応答性を超高速光信号処理に応用することができるという利点もある。
【０００４】
近年、高い非線形性をもつ高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：ｈｉｇｈ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）の開発が進んでおり、それに伴って高非線形光ファイバを利用した光信号処理が行われている。
【０００５】
高非線形光ファイバは、非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられ、線路としては使用されず、パッケージにされて伝送装置や光源に組み込まれて使用される。光ファイバをパッケージにする場合には、高非線形光ファイバをボビンに巻回されるか、或いはボビンを使用せずに環状に巻回されて使用される。
【０００６】
このようにしてコイル状に巻かれた光ファイバがパッケージ内で占有する体積は、光ファイバの体積と空隙率に依存する。この空隙率は、図６に示すボビンにおいて次式（１）で表される光ファイバが巻かれる部分の体積Ｖのうち、光ファイバ自体が占有する体積が占める割合であり、光ファイバの断面積、即ち光ファイバの外径（以下、被覆径という）が太いほど大きくなる。
【０００７】
［数１］
Ｖ＝Ｗ×｛（（ｄ1−ｄ2）／２）2−（ｄ2／２）2｝×π （１）
【０００８】
パッケージを小型化する目的で、光ファイバの巻径（ボビンの内径）を小さくすると、光ファイバにかかる巻き歪みが大きくなる。この巻き歪みは、光ファイバのクラッドの直径（以下、クラッド径という）に比例する。そのため、巻き歪みを小さくするためには、クラッド径を小さくする必要がある。
【０００９】
従来、細径化された高非線形光ファイバとして、クラッド径を１１０μｍ、被覆径を１５０μｍとした光ファイバや、クラッド径を８９μｍ、被覆径を１１５μｍとした光ファイバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
しかし、高非線形光ファイバのクラッド径を細くするとその巻径は小さくなるが、例えば、検査機器接続用の光ファイバ等の一般的なクラッド径を有する光ファイバとの接続が難しくなる。なお、光ファイバの最も一般的なクラッド径は約１２５μｍであり、被覆径は約２５０μｍである。
【００１１】
ところで、光ファイバは、品質を保証するため、製造後に、伝送損失、分散特性等、５〜１０程度の項目について検査が行われる。高非線形光ファイバに関しても同様である。
【００１２】
検査機器として例えば伝送損失を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）を用いる場合には、検査対象の光ファイバは、検査機器接続用の光ファイバを介してＯＴＤＲに接続される。
【００１３】
ところで、光ファイバ同士を接続する方法としては、融着接続法と突合接続法とがある。融着接続法は、検査対象の光ファイバと検査機器接続用の光ファイバの接続端の被覆を除去した状態で、互いの光軸を合わせながら双方のファイバ端面を加熱して融着する。この方法を用いることにより、接続損失を下げることが可能である。しかしながら、融着には時間と手間がかかる。
【００１４】
これに対して突合接続法は、双方の光ファイバの接続端の被覆を除去してガラス部を露出させ、ガラス部の端面同士をＶ溝上で突き合わせて接続する。この突合接続法は、接続を短時間で行うことができる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−２０７１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
細径の高非線形光ファイバと一般的な太さの検査機器接続用の光ファイバとは、クラッド径の違いによりＶ溝上で接続する際、容易ではない。
【００１７】
本発明の課題は、コンパクトにコイル化できるともに、例えば、検査機器接続用の光ファイバである一般的な太さの光ファイバとの接続性を向上させた高非線形光ファイバを提供することを目的とする。また、この高非線形光ファイバを用いた高非線形光ファイバモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、この発明にかかる高非線形光ファイバは、コアと該コアを取り囲むクラッドと該クラッドを覆う被覆とを有して、コイル状に巻かれて用いられる高非線形光ファイバにおいて、直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であり、カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、前記被覆の径が、１２５μｍ±５％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように、被覆の径を１２５μｍ±５％とすることで、コイル状に巻かれた際、コンパクトとすることができるとともに、例えば、被覆を剥いでクラッドを露呈させた径が１２５μｍの検査機器接続用の光ファイバとの接続性を向上させることができる高非線形光ファイバを提供することができる。また、この高非線形光ファイバを用いた高非線形光ファイバモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
高非線形ファイバの非線形特性を示すパラメータである非線形係数γは、（２）式で表される。但し、λは光の波長、ｎ２は光ファイバの非線形屈折率、Ａｅｆｆは有効断面積である。
【００２１】
[数２]
γ＝（２π／λ）×（ｎ2／Ａeff ） （２）
【００２２】
非線形係数γを大きくすることにより効率よく非線形現象を起こすことが可能になる。高非線形ファイバとして好適に機能するためには、γは１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であることが好ましい。γを大きくするには、（２）式から、ｎ２を大きくし、Ａｅｆｆを小さくすればよい。しかし、そのような方法でγを大きくすると、カットオフ波長が長波長側にシフトしてしまう。ここでカットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義されるファイバカットオフ波長λcをいう。
【００２３】
効率よく非線形現象を起こすためには、カットオフ波長は、ＥＤＦＡ（Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の増幅帯域よりも短波長とすることが重要である。従って、１５３０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、非線形現象を利用して波長変換を行おうとすると励起光の波長を光ファイバの零分散波長付近とする必要があるため、高非線形ファイバの零分散波長が１４００ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲にすることが好ましい。
【００２４】
十分な非線形性を確保しつつ、カットオフ波長を短く抑えることのできる高非線形ファイバを次に説明する。なお、以下の記載において特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの断面図と、その高非線形ファイバの径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。高非線形ファイバの断面図は、中心軸に対して垂直な断面構造であり、また、屈折率プロファイルの横軸は、スケールは異なるが光ファイバの断面図のＩ−Ｉ線に沿った位置に対応している。
【００２６】
図１において、高非線形ファイバ１０は、光軸中心を含んで直径がａμｍの第１コア１と、第１コア１の周囲を取り囲む直径がｂμｍの第２コア２と、第２コア２の周囲を取り囲み直径がｃμｍの第３コア３と、第３コア３の周囲を取り囲むクラッド４を有し、これら第１〜第３コア１，２，３及びクラッド４は、例えばシリカ（ＳｉＯ2）をベースとする材料から構成されている。ここで、クラッド４の直径、即ちクラッド径ｄは、高非線形ファイバ１０が巻かれるボビンの小径化を図るために例えば４０、５０、６０、７０、８０μｍと小さく作成されている。
【００２７】
第１コア１は、ＳｉＯ2に添加物としてＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc1となるように形成されている。また、第２コア２は、屈折率がクラッド４より低く、例えばＳｉＯ2にＦが所定量添加されて最小屈折率がｎc2となる材料から形成されている。さらに、第３コア３は、屈折率がクラッド４より高く且つ第１コア１より低く、例えばＳｉＯ2にＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc3となるように形成されている。なお、第１コア１はセンターコア部、第２コア２はディプレスト層、第３コア３はサイドコア層とも呼ばれる。
【００２８】
クラッド４は、その屈折率がｎcであり、一般的には実質的に純ＳｉＯ2から形成されているが、Ｆが添加されていてもよい。
【００２９】
なお、第１コア１、第２コア２、第３コア３及びクラッド４のそれぞれの屈折率ｎc1、ｎc2、ｎc3、ｎcは、ｎc1＞ｎc3＞ｎc＞ｎc2の関係となっている。このような高非線形ファイバ１０の屈折率プロファイルはＷ−セグメント型と呼ばれている。
【００３０】
図１に示したプロファイルにおける比屈折率差は次のように表される。クラッド４の屈折率ｎcを基準にすると、第１コア１の比屈折率差Δ１は（３）式で求められ、また、第２コア２の比屈折率差Δ２は（４）式で求められ、第３コア３の比屈折率差Δ３は（５）式で求められる。
【００３１】
[数３] Δ１＝｛（ｎc1−ｎc）/ｎc1｝×１００％ （３）
Δ２＝｛（ｎc2−ｎc）/ｎc2｝×１００％ （４）
Δ３＝｛（ｎc3−ｎc）/ｎc3｝×１００％ （５）
【００３２】
高非線形ファイバとして十分な特性を確保するためにはΔ１＝２．０％以上、Δ２＝−０．３％以下であることが望ましい。
【００３３】
一方、クラッド４の外周には、二層構造の被覆５として紫外線硬化樹脂層が形成され、内側の第１被覆５ａが外側の第２被覆５ｂよりもヤング率が低くなる材料から形成されている。その被覆５の外周の直径、即ち被覆径は、例えば１２５μｍ±５％と細径になっている。
【００３４】
次に、高非線形ファイバが収められるパッケージを小型化するために、高非線形ファイバのクラッド径、被覆径の最適化と、高非線形ファイバについての検査を行う際の処理効率の最適化について説明する。
【００３５】
まず、高非線形ファイバを収めるパッケージを小型化するためには、高非線形ファイバ１０をより小さなボビンに巻いてコイル状とするか、若しくは高非線形ファイバ１０をボビンを使用せずにより小さな径の環にコイル状に巻く必要がある。高非線形ファイバ１０をより小さな巻径に巻くためには、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくする必要がある。
【００３６】
１つのパッケージに対する高非線形ファイバの長さは、高非線形ファイバ１０の特性とアプリケーションの設計できまる。つまり、非線形係数γが大きければ短く、非線形係数γが小さければ長い。そして、例えば、非線形係数γが高いタイプの高非線形ファイバの長さは最長で４００ｍ程度である。
【００３７】
これをモジュール化してパッケージに収めるためには、高非線形ファイバ１０を例えばボビンに巻いて使用する。この時のボビンの寸法は高非線形ファイバ１０の体積と空隙率に依存する。例えば、高非線形ファイバ１０の被覆５の径を１００μｍ〜２５０μｍとした場合の空隙率はほぼ一定の６５％である。そのため、ボビン寸法は高非線形ファイバ１０の体積に依存する。さらに、高非線形ファイバ１０の長さが一定とすれば、ボビン寸法は高非線形ファイバ１０の被覆径に依存することになる。従って、ボビンサイズを小さくするには、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくすればよい。
【００３８】
また、高非線形ファイバ１０をボビンを使用せずにリングコイル状にする場合でも同じであって、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくすることはリングコイルの体積を小さくすることにつながる。
【００３９】
高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくするためには、高非線形ファイバ１０の被覆５を施す効果について考慮しなければならない。
【００４０】
被覆の目的は、第１に、第１〜第３コア１，２，３やクラッド４を構成するガラスに傷がついて強度が劣化することを防止することであり、第２に、高非線形ファイバ１０に加わる応力により生じる歪みにより伝送特性が劣化することを防止することである。
【００４１】
従って、第１の目的に対してはガラスに異物が接触するのを防ぐ厚みが被覆５に要求される。この厚みは、第２の目的である高非線形ファイバ１０の応力を緩和するための被覆５の厚さより薄くても十分効果が発揮できる。
【００４２】
従って、被覆５の厚みは、主に、第２の目的を発揮するための厚さによって決められる。第１〜第３コア１，２，３やクラッド４の歪みによる伝送特性の劣化を防止するためには、図１に示したように被覆５を二重構造とし、内側の第１被覆５ａを構成する樹脂のヤング率を低くし、外側の第２被覆５ｂを構成する樹脂のヤング率を高くすることにより、いわゆるシェル効果が生じて外力が第１〜第３コア１，２，３やクラッド４に伝搬することを防ぐ構造が好ましい。
【００４３】
一般的な光ファイバは、ケーブル化されて様々なフィールドにて使用されるために被覆５の外径が２５０μｍ程度になされている。これに対して、高非線形ファイバ１０は、上述のようにコイル状に加工されて機器内で使用されるため、加わる応力がケーブル化された光ファイバと比較すると小さく、その被覆５の厚みを一般的な光ファイバより薄く設計することができる。
【００４４】
また、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくするためには、外力による歪み防止の観点の他に、コア径、クラッド径を小さくすることが考えられる。
【００４５】
高非線形ファイバ１０のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、１５５０ｎｍの波長帯において通常４μｍ以下である。一般に、光の伝播が問題なく行われるためには、モードフィールド径に対して１０倍程度のクラッド径が必要である。
【００４６】
従って、高非線形ファイバ１０の場合には、少なくとも約４０μｍのクラッド径があれば、それ以上のクラッド径を持つ光ファイバと同様に光の伝播を行うことができる。
【００４７】
このように、高非線形ファイバ１０のクラッド４を細径化すると、被覆５の径方向の厚みを変えることなく被覆径を小さくできるので、被覆５の機能を従来と同じレベルに保っても、高非線形ファイバ１０の細径化を行うことができる。
【００４８】
以上のことから、高非線形ファイバ１０の被覆５の薄肉化を図ることに加えて、クラッド４の細径化により被覆径を更に小さくすることが可能であり、これら２つの観点からパッケージの小型化に有利になる。
【００４９】
一方、高非線形ファイバ１０の信頼性において、高非線形ファイバ１０にかかる歪みを小さく抑えることは重要である。即ち、高非線形ファイバ１０の巻き歪みはクラッド径に比例するため、高非線形ファイバ１０のクラッド径を小さくすることにより、高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みの増加を抑えつつ高非線形ファイバ１０を小さな巻き径にすることが可能になり、コイルのコンパクト化に有利になる。
【００５０】
次に、高非線形ファイバ１０の検査について説明する。図２は、ＯＴＤＲ装置を用いて光伝送損失特性等を検査するため測定状態を示す構成図である。
【００５１】
図２において、ＯＴＤＲ装置１１には、コネクタ付光ファイバ１２のコネクタ１２ａが接続されている。また、コネクタ付光ファイバ１２のうちコネクタの無い側の端部には、図２の破線で囲んだ部分に示すように、検査機器接続用のダミーファイバ１３の一端が融着接続されている。
【００５２】
コネクタ付光ファイバ１２とダミーファイバ１３は、それぞれ、クラッド径が１２５μｍ、被覆径が２５０μｍであるシングルモードの光ファイバから構成されている。ダミーファイバ１３は、コネクタ付光ファイバ１２の長さを補うためのものであって、ボビン１７に多重に巻かれ、また、種々の光ファイバと接続するために一般的な太さの光ファイバが使用されている。
【００５３】
また、ダミーファイバ１３の他端は、ボビン１６に巻かれた測定対象である高非線形ファイバ１０の一端にＶ溝装置１５により接続されている。
【００５４】
なお、以下の説明では、被覆径１２５μｍの高非線形ファイバ１０を使用するものとして説明する。
【００５５】
Ｖ溝装置１５は、図３に示すように、Ｖ溝１５ａを有する金属製のＶ溝座金１５ｂと、Ｖ溝１５ａに対向する部分に凸部１５ｃを持つアクリル製の押さえ板１５ｄとを有している。なお、図３は、ダミーファイバ１３の端部の被覆を除去して露出されたクラッド１３ａ及びコア１３ｃをＶ溝１５ａと押さえ板１５ｄの間に挟んだ状態を示している。
【００５６】
ところで、Ｖ溝座金１５ｂのＶ溝１５ａは同一幅、および同一深さで直線状に形成されているために、通常行われているようにダミーファイバ１３と細径の高非線形ファイバ１０のそれぞれの端部の被覆を除去した後に、Ｖ溝１５ａ上でそれらの端面を突合接続法により突き合わせると、それらのクラッド４，１３ａの径が大きく異なるために互いの第１コア１，１３ｃの位置がずれ、接続損失が大きくなり測定精度が低下する。
【００５７】
そこで、ダミーファイバ１３の端部の被覆を除去してクラッド１３ａの端面を露出させる一方、高非線形ファイバ１０の端部では被覆５を付けたままでその端面を露出させる。
【００５８】
その後に、図４に示すように、測定対象である高非線形ファイバ１０の被覆のある端面とダミーファイバ１３のガラス部分の端面とをＶ溝１５ａ上で突き合わせると、ダミーファイバ１３のコア１３ｃと高非線形ファイバ１０の第１コア１の位置がほぼ同じ位置になり、第１コア１，１３ａは良好に接続される。なお、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であるが、図３とは縮尺が異なって表されている。
【００５９】
次に、クラッド径が１２５μｍの通常のシングルモード光ファイバをダミーファイバ１３とし、さらに、高非線形ファイバ１０として被覆径の異なる複数の細径の高非線形ファイバを用意して、図４に示した接続状態にして、高非線形ファイバの被覆径の値に対する接続損失を測定したところ、図５に示す結果が得られた。
【００６０】
図５では、横軸として、ダミーファイバ１３の１２５μｍのクラッド径に対する高非線形ファイバの被覆径の比であるファイバ径比率を示し、また、縦軸として、ダミーファイバ１３と高非線形ファイバ１０の接続損失を示している。
【００６１】
図５によれば、ファイバ径比率が±５％以上になると、接続損失が急激に上がることがわかる。
【００６２】
従って、図４に示したようにＶ溝装置１５を用いて、細径の高非線形ファイバ１０とダミーファイバ１３とを接続する突合接続法を採用すれば、ダミーファイバ１３のクラッド径に対して９５〜１０５％の被覆径を持つ高非線形ファイバ１０を使用すると良好な接続が得られる。
【００６３】
細径の高非線形ファイバ１０の主な特性を表１〜表３に示す。これらの特性の測定を行うにあたっては、図３、図４に示すように、測定対象である細径の高非線形ファイバ１０の被覆を剥がさずにそのままＶ溝１５ａと押さえ板１５ｄによって把持することにより、汎用品であるクラッド径１２５μｍのダミーファイバ１３を用いて問題なく測定することができた。なお、表における曲げロスでのΦは曲げ直径を示している。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【表３】
【００６７】
ところで、高非線形ファイバ１０のモードフィールド径は、通常４μｍ前後であって通常のシングルモード光ファイバと比べて非常に小さい。そこで、接続性等を考慮して、パッケージ内で多重に巻かれる高非線形ファイバの端とシングルモード光ファイバの端とを融着接続法により接続し、そのシングルモード光ファイバを介してパッケージ外部の一般的な光ファイバと接続するのが一般的である。
【００６８】
そこで、クラッド径を細径化したシングルモードの光ファイバを作製し、細径の高非線形ファイバとの融着接続を行って、以下の例に示す高非線形ファイバの小型モジュールを作成した。
【００６９】
小型モジュールは、図６に示すボビン２０を用いて図７に示す構造に作製され、または、ボビンを使用しない場合には図８に示す構造に作製される。
【００７０】
（第１例）
まず、高非線形ファイバとして、図１に示した構造を有するクラッド径８０μｍ、被覆径１２５μｍの高非線形ファイバ１０を長さ４００ｍで図６に示すボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。この場合、ボビン２０での巻付け径、即ちボビン２０の内径ｄ2については、高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みを考慮して４５ｍｍとした。なお、ボビンの内径ｄ2は、ボビン２０の胴部２０ａの外径を指す。
【００７１】
この場合、高非線形ファイバ１０の被覆径を１２５μｍとしたことにより、２５０μｍの被覆径の光ファイバに比べて体積を１／４に減らせるため、ボビンの小型化につながる。
【００７２】
これらを考慮して、ボビン２０は、内径ｄ2を４５ｍｍ、鍔部２０ｂの外径ｄ1を６５ｍｍ、２つの鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を１ｍｍとした形状を有する。
【００７３】
そして、図７に示すように、コイル化した高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を融着接続し、シングルモード光ファイバ２１の他端にフェルール（コネクタ）２２をつけた状態でコイルを筐体２３に収納する。
【００７４】
これにより、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【００７５】
このように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を使用することにより、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができた。
【００７６】
また、光ファイバの使い易さを考慮し、クラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ２１と細径の高非線形ファイバ１０との融着接続を試みた。ここで、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバを使用した場合、そのシングルモード光ファイバ２１との接続損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができた。このモジュールにコネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモードファイバを接続して使用する事が可能である。
【００７７】
以上のようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦７０ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ１０ｍｍまで小型化することができた。
なお、ボビンの内径を２０〜６０ｍｍとし、内幅を５〜２０ｍｍとしてもよい。
【００７８】
（第２例）
次に、高非線形ファイバ１０として、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いて長さ４００ｍで図６に示したボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。この場合、巻付け径、即ちボビン内径ｄ2は高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みを考慮して３０ｍｍとした。また、ボビン２０での鍔部２０ｂの外径ｄ1を５５ｍｍ、鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を１ｍｍとした形状を有する。
【００７９】
このコイル化した高非線形ファイバ１０の両端に、図７に示したように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を融着接続し、シングルモード光ファイバ２１の他端にフェルール２２をつけた状態でコイルを筐体２３に収納する。
【００８０】
これにより、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【００８１】
このように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を使用することにより、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。
【００８２】
また、光ファイバの使い易さを考慮し、クラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ２１とクラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失を０．２ｄＢ以下に抑えることができた。このモジュールにコネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモードファイバを接続して使用することが可能である。なお、ボビンの内径を２０〜４０ｍｍとし、内幅を５〜１０ｍｍとしてもよい。
【００８３】
以上のようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦６０ｍｍ×横９０ｍｍ×高さ１０ｍｍまで小型化することができた。
【００８４】
上述した第１例、第２例において、高非線形ファイバ１０を巻き付けるボビン２０のサイズはモジュールの用途によって鍔径ｄ1と内幅Ｗのバランスを変え、サイズを変更することができる。
【００８５】
図６に示したボビン２０の寸法は光ファイバの体積と空隙率に依存する。ここで検討している光ファイバの被覆径を１００μｍ〜２５０μｍとした場合での空隙率はほぼ一定の６５％であるので、ボビン寸法はファイバ体積に依存する。
【００８６】
ファイバ体積（ファイバ長、被覆径）とボビンサイズの関係は（６）式で表される。但し、式（６）において、Ｌはファイバ長、ｄfは被覆径である。
【００８７】
［数４］
Ｌ＝６５０Ｗ×｛（ｄ1−ｄ2）2−ｄ22／ｄf2｝×π （６）
【００８８】
（６）式を整理すると（７）式が得られる。
【００８９】
［数５］
ｄ1＝√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝ （７）
【００９０】
なお、鍔径ｄ1と同じ径まで光ファイバが巻かれていると巻き崩れが生じるため、鍔径ｄ1とファイバが巻かれる径には多少差が必要である。この径の差をマージンｄsとする。マージンｄsは光ファイバの巻き崩れを防止するとともに、パッケージのコンパクト化を実現するために２〜１０ｍｍが好ましい。したがって、マージンｄsを考慮すると鍔径ｄ1は以下の式を満たすことが好ましい。
【００９１】
［数６］
√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋２≦ｄ1
ｄ1≦√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋１０ （８）
【００９２】
小型ボビンは、（８）式を用いると次に例示する大きさとなる。
例えば、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝５ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、５５．１≧ｄ1≧６３．１ｍｍとなり、ｄ1が６０ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。また、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝１０ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、４５．１≧ｄ1≧５３．１ｍｍとなり、ｄ1が５０ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。さらに、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝２０ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、３９．２≧ｄ1≧４７．２ｍｍとなり、ｄ1が４５ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。
【００９３】
また、被覆径が１２５μｍの光ファイバを４００ｍの長さで巻き付ける場合、内径４５ｍｍのボビンでは前記のサイズに対し内幅を１５ｍｍにし、鍔径を５ｍｍに小型化することが可能である。また、内径３０ｍｍのボビンでは、前記のサイズに対し内幅を１５ｍｍにし、鍔径を４５ｍｍに小型化することが可能である。
【００９４】
ところで、高非線形ファイバを使用したモジュールでは、光ファイバのパラメータやモジュールのアプリケーションに応じて使用するファイバ長を設定する。光ファイバを安定して固定する目的から、所定の長さの光ファイバを使用した場合は光ファイバをボビンに巻回して使用するが、光ファイバが短い場合は必ずしもボビンを使用する必要はない。そこで、ボビンを使用せずにリングコイル状に光ファイバを巻いて作製したモジュールを次に説明する。
【００９５】
（第３例）
図８は、ボビンを用いずに高非線形ファイバをリングコイル状に巻いて形成されたモジュールの構成図である。
【００９６】
まず、高非線形ファイバとして、図１に示したクラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０を長さ１００ｍで用いてリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。リングコイル３０の内径は信頼性を考慮して４５ｍｍとした。なお、リングコイル３０は結束具３１によりばらつきが防止されている。
【００９７】
そして、リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２の一端を融着接続法にて接続し、シングルモード光ファイバ３２の他端にフェルール（コネクタ）３３を付けた状態で環状に巻回して筐体３４に収納する。これにより、シングルモード光ファイバ３２のフェルール出しの高非線形モジュールを作製した。
【００９８】
クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用することにより、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。また、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０はクラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ３２にも良好に接続できるので、ここでクラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用しても良い。このモジュールに、コネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを接続して使用することが可能である。なお、環の内径を２０〜６０ｍｍとしてもよい。
【００９９】
（第４例）
まず、高非線形ファイバとして、図１に示したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０を用いて、これを長さ１００ｍでリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。リングコイルの内径は信頼性を考慮してから３０ｍｍとした。
【０１００】
リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２の一端を融着接続し、シングルモード光ファイバ３２の他端にフェルール３３をつけた状態でコイルを筐体に収納する事により、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュールを作製した。
【０１０１】
クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用することによりクラッド６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。また、このモジュールにコネクタ付きのシングルモード光ファイバを接続して使用することが可能である。なお、環の内径を２０〜４０ｍｍとしてもよい。
【０１０２】
（第５例）
高非線形ファイバ１０として、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いて長さ４００ｍで図６に示したボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。巻付け径即ちボビン内径ｄ2は１５ｍｍとした。また、ボビン２０での鍔部２０ｂの外径ｄ1を５０ｍｍ、鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを４．５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を０．５ｍｍとした形状を有する。
【０１０３】
このコイル化した高非線形ファイバ１０の両端に、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを融着接続し、シングルモード光ファイバの他端にコネクタをつけた状態でコイルを筐体に収納する。これにより、コネクタ付きシングルモード光ファイバが接続された高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【０１０４】
高非線形ファイバ１０のクラッド径が、通常のシングルモード光ファイバのクラッド径である１２５μｍに比べて差が大きくなると、融着接続における接続損失を下げるのが非常に困難になる。
【０１０５】
融着接続する際には、光ファイバ端面同士を突き合わせた状態でそれらの端面を加熱し、光ファイバを溶かして接続する。ここで、光ファイバのクラッド径が大きく違うと、それぞれの光ファイバの単位体積当たりに加わる熱量が違うため、光ファイバに加える熱をクラッド径の太い光ファイバに合わせるとクラッド径の細い光ファイバが完全に溶けて蒸発してしまう。これに対し、その熱を細い光ファイバの方に合わせると、太い光ファイバにかかる熱量が足りなくなりうまく溶けない。この結果、それらの光ファイバはうまく接続されなくなってしまう。
【０１０６】
（第５例）に示したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバと１２５μｍのシングルモードファイバではガラス体積が大きく違う為、通常の条件ではうまく接続できない。ここでは接続する際に６０μｍの光ファイバが蒸発しないように融着接続条件を以下のように調整して１２５μｍのシングルモードファイバとの接続を可能にしている。
【０１０７】
１）放電強度を低くする。
２）放電開始から光ファイバ同士が突き合うまでの時間を短くする。
３）光ファイバ同士が突き合った後の光ファイバの押し込み量を多くし、クラッド径６０μｍの光ファイバがくびれてしまうことを防ぐ。
４）放電時間を短くする。
【０１０８】
この融着接続において、（第５例）では接続損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができた。このようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦５５ｍｍ×横８５ｍｍ×高さ７．５ｍｍまで小型化することができた。
【０１０９】
（第６例）
高非線形ファイバとして、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０を用いて、これを長さ１００ｍでリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。環の内径は１５ｍｍとした。
【０１１０】
リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバの一端を融着接続し、シングルモード光ファイバの他端にコネクタをつけた状態でコイルを筐体に収納する事により、シングルモード光ファイバのコネクタ出しの高非線形モジュールを作製した。
【０１１１】
（第５例）に示した融着接続条件を用い、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバとクラッド６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができた。
【０１１２】
次に、光ファイバの巻き付け径について説明する。光ファイバのコイルの小型化には光ファイバの巻き付け径が、大きく影響を与えることは既に説明した。即ち、光ファイバにかかる巻き歪みはクラッド径に比例するために、クラッド径を小さくすることにより巻き歪みの増加を抑えつつ、光ファイバを小さな巻径にすることが可能になり、コイルのコンパクト化に有利になる。一般的に使用されるクラッド径１２５μｍの光ファイバを内径６０ｍｍに巻いたときの破断確率は約０．２５％／２０年である。この破断確率は以下の（１１）式で与えられる。
【０１１３】
［数７］
λ＝α×Ｎp×｛（Ｂp／Ｅ2）／（Ｂ／Ｅ2）β｝×｛（εn×ｔ）β／（εpnp×ｔp）｝
・・・・・・（１１）
ただし、
ｎp ：スクリーニング環境での光ファイバの疲労係数
ｎ ：使用環境での光ファイバの疲労
εp ：スクリーニング試験時の印加応力
ε ：使用環境での印加応力
ｔp ：印加応力εpが付加される時間
ｔ ：印加応力εが付加される時間
Ｎp ：スクリーニング試験時の単位長さあたりの破断回数
ｍ ：ワイブル分布係数
α ：ｍ／（ｎp−２）
β ：（ｎp−２）／（ｎ−２）
（Ｂp／Ｅ2）／（Ｂ／Ｅ2）β ：環境によって決定される定数
Ｅ ：光ファイバの弾性率
Ｂ ：定数
Ｂp ：スクリーニング試験雰囲気中でのＢ
λ ：光ファイバの破断率
である。
【０１１４】
この式に用いられる光ファイバの特性に関する主なパラメータはｍとｎPである。ここでは、ｎPは国際的に認知されているテルコーディアＧＲ−２０−ＣＯＲＥに記載されている最低規格である“２０”を用いて、ｍは３〜６程度である事が一般的である為“３”を用いて、εPは光ファイバが１％伸びる応力レベルを用いて算出した。
【０１１５】
これと同じパラメータを用いて計算すると、クラッド径６０μｍの光ファイバの場合には、内径３０ｍｍに巻いたときの破断率が約０．２５％／２０年であるため、上記した（第２例）、（第４例）ではこの径を採用している。ここで、（第２例）で使用したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバのｍとｎPを測定した結果それぞれ“１．２”と“２７”であった。εPを光ファイバが１％伸びる応力レベルとすると、この光ファイバは上記の信頼性を確保しつつ、内径２０ｍｍに巻くことが可能である。また、εPを光ファイバが２％伸びる応力レベルとすると内径１２ｍｍに、さらにεPを２．１％の応力レベルとすると内径１０ｍｍに巻く事が可能である。この結果をもとに、（第５例）、（第６例）では内径１５ｍｍを採用した。
【０１１６】
ところで、上述した実施形態では、高非線形ファイバとして図１に示すようなＷ−セグメント型プロファイルを有する光ファイバを使用しているが、これに限定されるものではない。その他に、図９に示すような屈折率がＷ型プロファイルを有する構造の光ファイバを用いてもよい。
【０１１７】
図９において、高非線形ファイバ４０は、光軸中心を含んで直径がａ1μｍの第１コア４１と、第１コア４１の周囲を取り囲む直径がｂ1μｍの第２コア４２と、第２コア４２の周囲を取り囲むクラッド４３を有し、これら第１、第２コア４１，４２及びクラッド４３は、例えばシリカ（ＳｉＯ2）をベースとする材料から構成されている。ここで、クラッド４３の直径、即ちクラッド径は、例えば４０〜７０μｍ、又は４０〜８０μｍと小径である。
【０１１８】
第１コア４１は、ＳｉＯ2に添加物としてＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc11となるように形成されている。また、第２コア４２は、屈折率をクラッド４３より低くする材料として、例えばＳｉＯ2にＦが所定量添加されて最小屈折率がｎc22となる材料から形成されている。
【０１１９】
クラッド４３は、その屈折率がｎc0であり、一般的には実質的に純ＳｉＯ2から形成されているが、Ｆが添加されていてもよい。
【０１２０】
なお、第１コア４１、第２コア４２及びクラッド４３のそれぞれの屈折率ｎc11、ｎc22、ｎc0は、ｎc11＞ｎc0＞ｎc22の関係となっている。このような光ファイバ４０の屈折率プロファイルはＷ型と呼ばれている。
【０１２１】
図９に示した比屈折率差は次のように表される。クラッド４の屈折率ｎc0を基準にすると、第１コア４１の比屈折率差Δ１１は（９）式で求められ、また、第２コア４２の比屈折率差Δ２２は（１０）式で求められる。
【０１２２】
［数８］
Δ１１＝｛（ｎc11−ｎc0）／ｎc11｝×１００％ （９）
Δ２２＝｛（ｎc22−ｎc0）／ｎc22｝×１００％ （１０）
【０１２３】
なお、図９に示した光ファイバを高非線形ファイバとして作製した場合の主な特性を表４〜表６に示す。
【０１２４】
【表４】
【０１２５】
【表５】
【０１２６】
【表６】
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本発明の実施形態の高非線形ファイバの一例を示す断面図と屈折率プロファイルである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの特性を測定するシステムを示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの特性を測定する際に用いられるＶ溝装置を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバとダミーファイバとをＶ溝装置を用いて接続している状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバと一般的な光ファイバとの接続ロスと光ファイバ径比率との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバを巻くために用いられるボビンを示す側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバをボビンに巻いて筐体に収めた高非線形ファイバモジュールを示す構成図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバをボビンを用いずに巻いて筐体に収めた高非線形ファイバモジュールを示す構成図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの他の例を示す断面図と屈折率プロファイルである。
【符号の説明】
【０１２８】
１、４１：第１コア
２、４２：第２コア
３：第３コア
４、４３：クラッド
５、４４：被覆
１０，４０：高非線形ファイバ
１１：ＯＴＤＲ装置
１２：コネクタ付光ファイバ
１３：ダミーファイバ
１５：Ｖ溝装置
１６、１７、２０：ボビン
２３、３２：筐体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高非線形光ファイバ及び高非線形光ファイバモジュールに関し、より詳しくは、非線形係数が大きく非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられ、特にコイル状に巻かれて高非線形デバイスとして使用される高非線形光ファイバ及に関するものである。また、コイル状に巻かれた高非線形光ファイバを収納した高非線形デバイスである高非線形光ファイバモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在実用化されている光ファイバ通信の波長チャンネルあたりの伝送速度は１０Ｇｂｉｔ／ｓであるが、大容量波長分割多重（ＷＤＭ：ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送においてシステムを過度に複雑化すること無く総伝送容量を増やすためには、チャネルあたりの伝送速度をより高速にすることが望ましい。このような背景のもとで、チャネルあたり４０Ｇｂｉｔ／ｓ、或いはそれ以上の超高速の光ファイバ伝送に関する研究が活発に進められている。
【０００３】
光ファイバ中の非線形現象（自己位相変調、相互位相変調、四波混合等）は、チャンネルあたりの伝送速度が速くなり、これに応じて信号のピーク電力が上昇するほど、大きく現れる。このような非線形現象は、伝送特性劣化をもたらす一方で、その高速応答性を超高速光信号処理に応用することができるという利点もある。
【０００４】
近年、高い非線形性をもつ高非線形光ファイバ（ＨＮＬＦ：ｈｉｇｈ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）の開発が進んでおり、それに伴って高非線形光ファイバを利用した光信号処理が行われている。
【０００５】
高非線形光ファイバは、非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられ、線路としては使用されず、パッケージにされて伝送装置や光源に組み込まれて使用される。光ファイバをパッケージにする場合には、高非線形光ファイバをボビンに巻回されるか、或いはボビンを使用せずに環状に巻回されて使用される。
【０００６】
このようにしてコイル状に巻かれた光ファイバがパッケージ内で占有する体積は、光ファイバの体積と空隙率に依存する。この空隙率は、図６に示すボビンにおいて次式（１）で表される光ファイバが巻かれる部分の体積Ｖのうち、光ファイバ自体が占有する体積が占める割合であり、光ファイバの断面積、即ち光ファイバの外径（以下、被覆径という）が太いほど大きくなる。
【０００７】
［数１］
Ｖ＝Ｗ×｛（（ｄ1−ｄ2）／２）2−（ｄ2／２）2｝×π （１）
【０００８】
パッケージを小型化する目的で、光ファイバの巻径（ボビンの内径）を小さくすると、光ファイバにかかる巻き歪みが大きくなる。この巻き歪みは、光ファイバのクラッドの直径（以下、クラッド径という）に比例する。そのため、巻き歪みを小さくするためには、クラッド径を小さくする必要がある。
【０００９】
従来、細径化された高非線形光ファイバとして、クラッド径を１１０μｍ、被覆径を１５０μｍとした光ファイバや、クラッド径を８９μｍ、被覆径を１１５μｍとした光ファイバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
しかし、高非線形光ファイバのクラッド径を細くするとその巻径は小さくなるが、例えば、検査機器接続用の光ファイバ等の一般的なクラッド径を有する光ファイバとの接続が難しくなる。なお、光ファイバの最も一般的なクラッド径は約１２５μｍであり、被覆径は約２５０μｍである。
【００１１】
ところで、光ファイバは、品質を保証するため、製造後に、伝送損失、分散特性等、５〜１０程度の項目について検査が行われる。高非線形光ファイバに関しても同様である。
【００１２】
検査機器として例えば伝送損失を測定するＯＴＤＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｍｅｔｅｒ）を用いる場合には、検査対象の光ファイバは、検査機器接続用の光ファイバを介してＯＴＤＲに接続される。
【００１３】
ところで、光ファイバ同士を接続する方法としては、融着接続法と突合接続法とがある。融着接続法は、検査対象の光ファイバと検査機器接続用の光ファイバの接続端の被覆を除去した状態で、互いの光軸を合わせながら双方のファイバ端面を加熱して融着する。この方法を用いることにより、接続損失を下げることが可能である。しかしながら、融着には時間と手間がかかる。
【００１４】
これに対して突合接続法は、双方の光ファイバの接続端の被覆を除去してガラス部を露出させ、ガラス部の端面同士をＶ溝上で突き合わせて接続する。この突合接続法は、接続を短時間で行うことができる。
【００１５】
【特許文献１】特開２００２−２０７１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
細径の高非線形光ファイバと一般的な太さの検査機器接続用の光ファイバとは、クラッド径の違いによりＶ溝上で接続する際、容易ではない。
【００１７】
本発明の課題は、コンパクトにコイル化できるともに、例えば、検査機器接続用の光ファイバである一般的な太さの光ファイバとの接続性を向上させた高非線形光ファイバを提供することを目的とする。また、この高非線形光ファイバを用いた高非線形光ファイバモジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、この発明にかかる高非線形光ファイバは、コアと該コアを取り囲むクラッドと該クラッドを覆う被覆とを有して、コイル状に巻かれて用いられる高非線形光ファイバにおいて、直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であり、カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、前記被覆の径が、１２５μｍ±５％であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
このように、被覆の径を１２５μｍ±５％とすることで、コイル状に巻かれた際、コンパクトとすることができるとともに、例えば、被覆を剥いでクラッドを露呈させた径が１２５μｍの検査機器接続用の光ファイバとの接続性を向上させることができる高非線形光ファイバを提供することができる。また、この高非線形光ファイバを用いた高非線形光ファイバモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
高非線形ファイバの非線形特性を示すパラメータである非線形係数γは、（２）式で表される。但し、λは光の波長、ｎ２は光ファイバの非線形屈折率、Ａｅｆｆは有効断面積である。
【００２１】
[数２]
γ＝（２π／λ）×（ｎ2／Ａeff ） （２）
【００２２】
非線形係数γを大きくすることにより効率よく非線形現象を起こすことが可能になる。高非線形ファイバとして好適に機能するためには、γは１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であることが好ましい。γを大きくするには、（２）式から、ｎ２を大きくし、Ａｅｆｆを小さくすればよい。しかし、そのような方法でγを大きくすると、カットオフ波長が長波長側にシフトしてしまう。ここでカットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義されるファイバカットオフ波長λcをいう。
【００２３】
効率よく非線形現象を起こすためには、カットオフ波長は、ＥＤＦＡ（Ｅｒ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の増幅帯域よりも短波長とすることが重要である。従って、１５３０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、非線形現象を利用して波長変換を行おうとすると励起光の波長を光ファイバの零分散波長付近とする必要があるため、高非線形ファイバの零分散波長が１４００ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲にすることが好ましい。
【００２４】
十分な非線形性を確保しつつ、カットオフ波長を短く抑えることのできる高非線形ファイバを次に説明する。なお、以下の記載において特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０における定義及び測定方法に従うものとする。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの断面図と、その高非線形ファイバの径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。高非線形ファイバの断面図は、中心軸に対して垂直な断面構造であり、また、屈折率プロファイルの横軸は、スケールは異なるが光ファイバの断面図のＩ−Ｉ線に沿った位置に対応している。
【００２６】
図１において、高非線形ファイバ１０は、光軸中心を含んで直径がａμｍの第１コア１と、第１コア１の周囲を取り囲む直径がｂμｍの第２コア２と、第２コア２の周囲を取り囲み直径がｃμｍの第３コア３と、第３コア３の周囲を取り囲むクラッド４を有し、これら第１〜第３コア１，２，３及びクラッド４は、例えばシリカ（ＳｉＯ2）をベースとする材料から構成されている。ここで、クラッド４の直径、即ちクラッド径ｄは、高非線形ファイバ１０が巻かれるボビンの小径化を図るために例えば４０、５０、６０、７０、８０μｍと小さく作成されている。
【００２７】
第１コア１は、ＳｉＯ2に添加物としてＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc1となるように形成されている。また、第２コア２は、屈折率がクラッド４より低く、例えばＳｉＯ2にＦが所定量添加されて最小屈折率がｎc2となる材料から形成されている。さらに、第３コア３は、屈折率がクラッド４より高く且つ第１コア１より低く、例えばＳｉＯ2にＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc3となるように形成されている。なお、第１コア１はセンターコア部、第２コア２はディプレスト層、第３コア３はサイドコア層とも呼ばれる。
【００２８】
クラッド４は、その屈折率がｎcであり、一般的には実質的に純ＳｉＯ2から形成されているが、Ｆが添加されていてもよい。
【００２９】
なお、第１コア１、第２コア２、第３コア３及びクラッド４のそれぞれの屈折率ｎc1、ｎc2、ｎc3、ｎcは、ｎc1＞ｎc3＞ｎc＞ｎc2の関係となっている。このような高非線形ファイバ１０の屈折率プロファイルはＷ−セグメント型と呼ばれている。
【００３０】
図１に示したプロファイルにおける比屈折率差は次のように表される。クラッド４の屈折率ｎcを基準にすると、第１コア１の比屈折率差Δ１は（３）式で求められ、また、第２コア２の比屈折率差Δ２は（４）式で求められ、第３コア３の比屈折率差Δ３は（５）式で求められる。
【００３１】
[数３] Δ１＝｛（ｎc1−ｎc）/ｎc1｝×１００％ （３）
Δ２＝｛（ｎc2−ｎc）/ｎc2｝×１００％ （４）
Δ３＝｛（ｎc3−ｎc）/ｎc3｝×１００％ （５）
【００３２】
高非線形ファイバとして十分な特性を確保するためにはΔ１＝２．０％以上、Δ２＝−０．３％以下であることが望ましい。
【００３３】
一方、クラッド４の外周には、二層構造の被覆５として紫外線硬化樹脂層が形成され、内側の第１被覆５ａが外側の第２被覆５ｂよりもヤング率が低くなる材料から形成されている。その被覆５の外周の直径、即ち被覆径は、例えば１２５μｍ±５％と細径になっている。
【００３４】
次に、高非線形ファイバが収められるパッケージを小型化するために、高非線形ファイバのクラッド径、被覆径の最適化と、高非線形ファイバについての検査を行う際の処理効率の最適化について説明する。
【００３５】
まず、高非線形ファイバを収めるパッケージを小型化するためには、高非線形ファイバ１０をより小さなボビンに巻いてコイル状とするか、若しくは高非線形ファイバ１０をボビンを使用せずにより小さな径の環にコイル状に巻く必要がある。高非線形ファイバ１０をより小さな巻径に巻くためには、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくする必要がある。
【００３６】
１つのパッケージに対する高非線形ファイバの長さは、高非線形ファイバ１０の特性とアプリケーションの設計できまる。つまり、非線形係数γが大きければ短く、非線形係数γが小さければ長い。そして、例えば、非線形係数γが高いタイプの高非線形ファイバの長さは最長で４００ｍ程度である。
【００３７】
これをモジュール化してパッケージに収めるためには、高非線形ファイバ１０を例えばボビンに巻いて使用する。この時のボビンの寸法は高非線形ファイバ１０の体積と空隙率に依存する。例えば、高非線形ファイバ１０の被覆５の径を１００μｍ〜２５０μｍとした場合の空隙率はほぼ一定の６５％である。そのため、ボビン寸法は高非線形ファイバ１０の体積に依存する。さらに、高非線形ファイバ１０の長さが一定とすれば、ボビン寸法は高非線形ファイバ１０の被覆径に依存することになる。従って、ボビンサイズを小さくするには、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくすればよい。
【００３８】
また、高非線形ファイバ１０をボビンを使用せずにリングコイル状にする場合でも同じであって、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくすることはリングコイルの体積を小さくすることにつながる。
【００３９】
高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくするためには、高非線形ファイバ１０の被覆５を施す効果について考慮しなければならない。
【００４０】
被覆の目的は、第１に、第１〜第３コア１，２，３やクラッド４を構成するガラスに傷がついて強度が劣化することを防止することであり、第２に、高非線形ファイバ１０に加わる応力により生じる歪みにより伝送特性が劣化することを防止することである。
【００４１】
従って、第１の目的に対してはガラスに異物が接触するのを防ぐ厚みが被覆５に要求される。この厚みは、第２の目的である高非線形ファイバ１０の応力を緩和するための被覆５の厚さより薄くても十分効果が発揮できる。
【００４２】
従って、被覆５の厚みは、主に、第２の目的を発揮するための厚さによって決められる。第１〜第３コア１，２，３やクラッド４の歪みによる伝送特性の劣化を防止するためには、図１に示したように被覆５を二重構造とし、内側の第１被覆５ａを構成する樹脂のヤング率を低くし、外側の第２被覆５ｂを構成する樹脂のヤング率を高くすることにより、いわゆるシェル効果が生じて外力が第１〜第３コア１，２，３やクラッド４に伝搬することを防ぐ構造が好ましい。
【００４３】
一般的な光ファイバは、ケーブル化されて様々なフィールドにて使用されるために被覆５の外径が２５０μｍ程度になされている。これに対して、高非線形ファイバ１０は、上述のようにコイル状に加工されて機器内で使用されるため、加わる応力がケーブル化された光ファイバと比較すると小さく、その被覆５の厚みを一般的な光ファイバより薄く設計することができる。
【００４４】
また、高非線形ファイバ１０の被覆径を小さくするためには、外力による歪み防止の観点の他に、コア径、クラッド径を小さくすることが考えられる。
【００４５】
高非線形ファイバ１０のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、１５５０ｎｍの波長帯において通常４μｍ以下である。一般に、光の伝播が問題なく行われるためには、モードフィールド径に対して１０倍程度のクラッド径が必要である。
【００４６】
従って、高非線形ファイバ１０の場合には、少なくとも約４０μｍのクラッド径があれば、それ以上のクラッド径を持つ光ファイバと同様に光の伝播を行うことができる。
【００４７】
このように、高非線形ファイバ１０のクラッド４を細径化すると、被覆５の径方向の厚みを変えることなく被覆径を小さくできるので、被覆５の機能を従来と同じレベルに保っても、高非線形ファイバ１０の細径化を行うことができる。
【００４８】
以上のことから、高非線形ファイバ１０の被覆５の薄肉化を図ることに加えて、クラッド４の細径化により被覆径を更に小さくすることが可能であり、これら２つの観点からパッケージの小型化に有利になる。
【００４９】
一方、高非線形ファイバ１０の信頼性において、高非線形ファイバ１０にかかる歪みを小さく抑えることは重要である。即ち、高非線形ファイバ１０の巻き歪みはクラッド径に比例するため、高非線形ファイバ１０のクラッド径を小さくすることにより、高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みの増加を抑えつつ高非線形ファイバ１０を小さな巻き径にすることが可能になり、コイルのコンパクト化に有利になる。
【００５０】
次に、高非線形ファイバ１０の検査について説明する。図２は、ＯＴＤＲ装置を用いて光伝送損失特性等を検査するため測定状態を示す構成図である。
【００５１】
図２において、ＯＴＤＲ装置１１には、コネクタ付光ファイバ１２のコネクタ１２ａが接続されている。また、コネクタ付光ファイバ１２のうちコネクタの無い側の端部には、図２の破線で囲んだ部分に示すように、検査機器接続用のダミーファイバ１３の一端が融着接続されている。
【００５２】
コネクタ付光ファイバ１２とダミーファイバ１３は、それぞれ、クラッド径が１２５μｍ、被覆径が２５０μｍであるシングルモードの光ファイバから構成されている。ダミーファイバ１３は、コネクタ付光ファイバ１２の長さを補うためのものであって、ボビン１７に多重に巻かれ、また、種々の光ファイバと接続するために一般的な太さの光ファイバが使用されている。
【００５３】
また、ダミーファイバ１３の他端は、ボビン１６に巻かれた測定対象である高非線形ファイバ１０の一端にＶ溝装置１５により接続されている。
【００５４】
なお、以下の説明では、被覆径１２５μｍの高非線形ファイバ１０を使用するものとして説明する。
【００５５】
Ｖ溝装置１５は、図３に示すように、Ｖ溝１５ａを有する金属製のＶ溝座金１５ｂと、Ｖ溝１５ａに対向する部分に凸部１５ｃを持つアクリル製の押さえ板１５ｄとを有している。なお、図３は、ダミーファイバ１３の端部の被覆を除去して露出されたクラッド１３ａ及びコア１３ｃをＶ溝１５ａと押さえ板１５ｄの間に挟んだ状態を示している。
【００５６】
ところで、Ｖ溝座金１５ｂのＶ溝１５ａは同一幅、および同一深さで直線状に形成されているために、通常行われているようにダミーファイバ１３と細径の高非線形ファイバ１０のそれぞれの端部の被覆を除去した後に、Ｖ溝１５ａ上でそれらの端面を突合接続法により突き合わせると、それらのクラッド４，１３ａの径が大きく異なるために互いの第１コア１，１３ｃの位置がずれ、接続損失が大きくなり測定精度が低下する。
【００５７】
そこで、ダミーファイバ１３の端部の被覆を除去してクラッド１３ａの端面を露出させる一方、高非線形ファイバ１０の端部では被覆５を付けたままでその端面を露出させる。
【００５８】
その後に、図４に示すように、測定対象である高非線形ファイバ１０の被覆のある端面とダミーファイバ１３のガラス部分の端面とをＶ溝１５ａ上で突き合わせると、ダミーファイバ１３のコア１３ｃと高非線形ファイバ１０の第１コア１の位置がほぼ同じ位置になり、第１コア１，１３ａは良好に接続される。なお、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であるが、図３とは縮尺が異なって表されている。
【００５９】
次に、クラッド径が１２５μｍの通常のシングルモード光ファイバをダミーファイバ１３とし、さらに、高非線形ファイバ１０として被覆径の異なる複数の細径の高非線形ファイバを用意して、図４に示した接続状態にして、高非線形ファイバの被覆径の値に対する接続損失を測定したところ、図５に示す結果が得られた。
【００６０】
図５では、横軸として、ダミーファイバ１３の１２５μｍのクラッド径に対する高非線形ファイバの被覆径の比であるファイバ径比率を示し、また、縦軸として、ダミーファイバ１３と高非線形ファイバ１０の接続損失を示している。
【００６１】
図５によれば、ファイバ径比率が±５％以上になると、接続損失が急激に上がることがわかる。
【００６２】
従って、図４に示したようにＶ溝装置１５を用いて、細径の高非線形ファイバ１０とダミーファイバ１３とを接続する突合接続法を採用すれば、ダミーファイバ１３のクラッド径に対して９５〜１０５％の被覆径を持つ高非線形ファイバ１０を使用すると良好な接続が得られる。
【００６３】
細径の高非線形ファイバ１０の主な特性を表１〜表３に示す。これらの特性の測定を行うにあたっては、図３、図４に示すように、測定対象である細径の高非線形ファイバ１０の被覆を剥がさずにそのままＶ溝１５ａと押さえ板１５ｄによって把持することにより、汎用品であるクラッド径１２５μｍのダミーファイバ１３を用いて問題なく測定することができた。なお、表における曲げロスでのΦは曲げ直径を示している。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【表３】
【００６７】
ところで、高非線形ファイバ１０のモードフィールド径は、通常４μｍ前後であって通常のシングルモード光ファイバと比べて非常に小さい。そこで、接続性等を考慮して、パッケージ内で多重に巻かれる高非線形ファイバの端とシングルモード光ファイバの端とを融着接続法により接続し、そのシングルモード光ファイバを介してパッケージ外部の一般的な光ファイバと接続するのが一般的である。
【００６８】
そこで、クラッド径を細径化したシングルモードの光ファイバを作製し、細径の高非線形ファイバとの融着接続を行って、以下の例に示す高非線形ファイバの小型モジュールを作成した。
【００６９】
小型モジュールは、図６に示すボビン２０を用いて図７に示す構造に作製され、または、ボビンを使用しない場合には図８に示す構造に作製される。
【００７０】
（第１例）
まず、高非線形ファイバとして、図１に示した構造を有するクラッド径８０μｍ、被覆径１２５μｍの高非線形ファイバ１０を長さ４００ｍで図６に示すボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。この場合、ボビン２０での巻付け径、即ちボビン２０の内径ｄ2については、高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みを考慮して４５ｍｍとした。なお、ボビンの内径ｄ2は、ボビン２０の胴部２０ａの外径を指す。
【００７１】
この場合、高非線形ファイバ１０の被覆径を１２５μｍとしたことにより、２５０μｍの被覆径の光ファイバに比べて体積を１／４に減らせるため、ボビンの小型化につながる。
【００７２】
これらを考慮して、ボビン２０は、内径ｄ2を４５ｍｍ、鍔部２０ｂの外径ｄ1を６５ｍｍ、２つの鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を１ｍｍとした形状を有する。
【００７３】
そして、図７に示すように、コイル化した高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を融着接続し、シングルモード光ファイバ２１の他端にフェルール（コネクタ）２２をつけた状態でコイルを筐体２３に収納する。
【００７４】
これにより、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【００７５】
このように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を使用することにより、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができた。
【００７６】
また、光ファイバの使い易さを考慮し、クラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ２１と細径の高非線形ファイバ１０との融着接続を試みた。ここで、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバを使用した場合、そのシングルモード光ファイバ２１との接続損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができた。このモジュールにコネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモードファイバを接続して使用する事が可能である。
【００７７】
以上のようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦７０ｍｍ×横１００ｍｍ×高さ１０ｍｍまで小型化することができた。
なお、ボビンの内径を２０〜６０ｍｍとし、内幅を５〜２０ｍｍとしてもよい。
【００７８】
（第２例）
次に、高非線形ファイバ１０として、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いて長さ４００ｍで図６に示したボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。この場合、巻付け径、即ちボビン内径ｄ2は高非線形ファイバ１０にかかる巻き歪みを考慮して３０ｍｍとした。また、ボビン２０での鍔部２０ｂの外径ｄ1を５５ｍｍ、鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を１ｍｍとした形状を有する。
【００７９】
このコイル化した高非線形ファイバ１０の両端に、図７に示したように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を融着接続し、シングルモード光ファイバ２１の他端にフェルール２２をつけた状態でコイルを筐体２３に収納する。
【００８０】
これにより、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【００８１】
このように、クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ２１を使用することにより、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。
【００８２】
また、光ファイバの使い易さを考慮し、クラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ２１とクラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との融着接続での接続損失を０．２ｄＢ以下に抑えることができた。このモジュールにコネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモードファイバを接続して使用することが可能である。なお、ボビンの内径を２０〜４０ｍｍとし、内幅を５〜１０ｍｍとしてもよい。
【００８３】
以上のようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦６０ｍｍ×横９０ｍｍ×高さ１０ｍｍまで小型化することができた。
【００８４】
上述した第１例、第２例において、高非線形ファイバ１０を巻き付けるボビン２０のサイズはモジュールの用途によって鍔径ｄ1と内幅Ｗのバランスを変え、サイズを変更することができる。
【００８５】
図６に示したボビン２０の寸法は光ファイバの体積と空隙率に依存する。ここで検討している光ファイバの被覆径を１００μｍ〜２５０μｍとした場合での空隙率はほぼ一定の６５％であるので、ボビン寸法はファイバ体積に依存する。
【００８６】
ファイバ体積（ファイバ長、被覆径）とボビンサイズの関係は（６）式で表される。但し、式（６）において、Ｌはファイバ長、ｄfは被覆径である。
【００８７】
［数４］
Ｌ＝６５０Ｗ×｛（ｄ1−ｄ2）2−ｄ22／ｄf2｝×π （６）
【００８８】
（６）式を整理すると（７）式が得られる。
【００８９】
［数５］
ｄ1＝√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝ （７）
【００９０】
なお、鍔径ｄ1と同じ径まで光ファイバが巻かれていると巻き崩れが生じるため、鍔径ｄ1とファイバが巻かれる径には多少差が必要である。この径の差をマージンｄsとする。マージンｄsは光ファイバの巻き崩れを防止するとともに、パッケージのコンパクト化を実現するために２〜１０ｍｍが好ましい。したがって、マージンｄsを考慮すると鍔径ｄ1は以下の式を満たすことが好ましい。
【００９１】
［数６］
√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋２≦ｄ1
ｄ1≦√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋１０ （８）
【００９２】
小型ボビンは、（８）式を用いると次に例示する大きさとなる。
例えば、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝５ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、５５．１≧ｄ1≧６３．１ｍｍとなり、ｄ1が６０ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。また、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝１０ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、４５．１≧ｄ1≧５３．１ｍｍとなり、ｄ1が５０ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。さらに、Ｌ＝４００ｍ、ｄ2＝３０ｍｍ、Ｗ＝２０ｍｍ、ｄf＝１２５μｍの場合、３９．２≧ｄ1≧４７．２ｍｍとなり、ｄ1が４５ｍｍより小さいボビンとすることが可能となる。
【００９３】
また、被覆径が１２５μｍの光ファイバを４００ｍの長さで巻き付ける場合、内径４５ｍｍのボビンでは前記のサイズに対し内幅を１５ｍｍにし、鍔径を５ｍｍに小型化することが可能である。また、内径３０ｍｍのボビンでは、前記のサイズに対し内幅を１５ｍｍにし、鍔径を４５ｍｍに小型化することが可能である。
【００９４】
ところで、高非線形ファイバを使用したモジュールでは、光ファイバのパラメータやモジュールのアプリケーションに応じて使用するファイバ長を設定する。光ファイバを安定して固定する目的から、所定の長さの光ファイバを使用した場合は光ファイバをボビンに巻回して使用するが、光ファイバが短い場合は必ずしもボビンを使用する必要はない。そこで、ボビンを使用せずにリングコイル状に光ファイバを巻いて作製したモジュールを次に説明する。
【００９５】
（第３例）
図８は、ボビンを用いずに高非線形ファイバをリングコイル状に巻いて形成されたモジュールの構成図である。
【００９６】
まず、高非線形ファイバとして、図１に示したクラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０を長さ１００ｍで用いてリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。リングコイル３０の内径は信頼性を考慮して４５ｍｍとした。なお、リングコイル３０は結束具３１によりばらつきが防止されている。
【００９７】
そして、リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２の一端を融着接続法にて接続し、シングルモード光ファイバ３２の他端にフェルール（コネクタ）３３を付けた状態で環状に巻回して筐体３４に収納する。これにより、シングルモード光ファイバ３２のフェルール出しの高非線形モジュールを作製した。
【００９８】
クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用することにより、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。また、クラッド径８０μｍの高非線形ファイバ１０はクラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ３２にも良好に接続できるので、ここでクラッド径１０５μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用しても良い。このモジュールに、コネクタ付きのクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを接続して使用することが可能である。なお、環の内径を２０〜６０ｍｍとしてもよい。
【００９９】
（第４例）
まず、高非線形ファイバとして、図１に示したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０を用いて、これを長さ１００ｍでリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。リングコイルの内径は信頼性を考慮してから３０ｍｍとした。
【０１００】
リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２の一端を融着接続し、シングルモード光ファイバ３２の他端にフェルール３３をつけた状態でコイルを筐体に収納する事により、シングルモード光ファイバのフェルール出しの高非線形モジュールを作製した。
【０１０１】
クラッド径８０μｍのシングルモード光ファイバ３２を使用することによりクラッド６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失は０．１ｄＢ以下に抑えることができた。また、このモジュールにコネクタ付きのシングルモード光ファイバを接続して使用することが可能である。なお、環の内径を２０〜４０ｍｍとしてもよい。
【０１０２】
（第５例）
高非線形ファイバ１０として、クラッド径６０μｍの光ファイバを用いて長さ４００ｍで図６に示したボビン２０に巻付けてモジュールを作製した。巻付け径即ちボビン内径ｄ2は１５ｍｍとした。また、ボビン２０での鍔部２０ｂの外径ｄ1を５０ｍｍ、鍔部２０ｂ間の内幅Ｗを４．５ｍｍ、鍔部２０ｂの厚みＷ1を０．５ｍｍとした形状を有する。
【０１０３】
このコイル化した高非線形ファイバ１０の両端に、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバを融着接続し、シングルモード光ファイバの他端にコネクタをつけた状態でコイルを筐体に収納する。これにより、コネクタ付きシングルモード光ファイバが接続された高非線形モジュール（ＨＮＬＭ）が作製された。
【０１０４】
高非線形ファイバ１０のクラッド径が、通常のシングルモード光ファイバのクラッド径である１２５μｍに比べて差が大きくなると、融着接続における接続損失を下げるのが非常に困難になる。
【０１０５】
融着接続する際には、光ファイバ端面同士を突き合わせた状態でそれらの端面を加熱し、光ファイバを溶かして接続する。ここで、光ファイバのクラッド径が大きく違うと、それぞれの光ファイバの単位体積当たりに加わる熱量が違うため、光ファイバに加える熱をクラッド径の太い光ファイバに合わせるとクラッド径の細い光ファイバが完全に溶けて蒸発してしまう。これに対し、その熱を細い光ファイバの方に合わせると、太い光ファイバにかかる熱量が足りなくなりうまく溶けない。この結果、それらの光ファイバはうまく接続されなくなってしまう。
【０１０６】
（第５例）に示したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバと１２５μｍのシングルモードファイバではガラス体積が大きく違う為、通常の条件ではうまく接続できない。ここでは接続する際に６０μｍの光ファイバが蒸発しないように融着接続条件を以下のように調整して１２５μｍのシングルモードファイバとの接続を可能にしている。
【０１０７】
１）放電強度を低くする。
２）放電開始から光ファイバ同士が突き合うまでの時間を短くする。
３）光ファイバ同士が突き合った後の光ファイバの押し込み量を多くし、クラッド径６０μｍの光ファイバがくびれてしまうことを防ぐ。
４）放電時間を短くする。
【０１０８】
この融着接続において、（第５例）では接続損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができた。このようにボビン２０を小型化したため、モジュールのサイズを縦５５ｍｍ×横８５ｍｍ×高さ７．５ｍｍまで小型化することができた。
【０１０９】
（第６例）
高非線形ファイバとして、クラッド径６０μｍの高非線形ファイバ１０を用いて、これを長さ１００ｍでリングコイル状に巻いてモジュールを作製した。環の内径は１５ｍｍとした。
【０１１０】
リングコイル状に巻いた高非線形ファイバ１０の両端にクラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバの一端を融着接続し、シングルモード光ファイバの他端にコネクタをつけた状態でコイルを筐体に収納する事により、シングルモード光ファイバのコネクタ出しの高非線形モジュールを作製した。
【０１１１】
（第５例）に示した融着接続条件を用い、クラッド径１２５μｍのシングルモード光ファイバとクラッド６０μｍの高非線形ファイバ１０との接続損失を０．３ｄＢ以下に抑えることができた。
【０１１２】
次に、光ファイバの巻き付け径について説明する。光ファイバのコイルの小型化には光ファイバの巻き付け径が、大きく影響を与えることは既に説明した。即ち、光ファイバにかかる巻き歪みはクラッド径に比例するために、クラッド径を小さくすることにより巻き歪みの増加を抑えつつ、光ファイバを小さな巻径にすることが可能になり、コイルのコンパクト化に有利になる。一般的に使用されるクラッド径１２５μｍの光ファイバを内径６０ｍｍに巻いたときの破断確率は約０．２５％／２０年である。この破断確率は以下の（１１）式で与えられる。
【０１１３】
［数７］
λ＝α×Ｎp×｛（Ｂp／Ｅ2）／（Ｂ／Ｅ2）β｝×｛（εn×ｔ）β／（εpnp×ｔp）｝
・・・・・・（１１）
ただし、
ｎp ：スクリーニング環境での光ファイバの疲労係数
ｎ ：使用環境での光ファイバの疲労
εp ：スクリーニング試験時の印加応力
ε ：使用環境での印加応力
ｔp ：印加応力εpが付加される時間
ｔ ：印加応力εが付加される時間
Ｎp ：スクリーニング試験時の単位長さあたりの破断回数
ｍ ：ワイブル分布係数
α ：ｍ／（ｎp−２）
β ：（ｎp−２）／（ｎ−２）
（Ｂp／Ｅ2）／（Ｂ／Ｅ2）β ：環境によって決定される定数
Ｅ ：光ファイバの弾性率
Ｂ ：定数
Ｂp ：スクリーニング試験雰囲気中でのＢ
λ ：光ファイバの破断率
である。
【０１１４】
この式に用いられる光ファイバの特性に関する主なパラメータはｍとｎPである。ここでは、ｎPは国際的に認知されているテルコーディアＧＲ−２０−ＣＯＲＥに記載されている最低規格である“２０”を用いて、ｍは３〜６程度である事が一般的である為“３”を用いて、εPは光ファイバが１％伸びる応力レベルを用いて算出した。
【０１１５】
これと同じパラメータを用いて計算すると、クラッド径６０μｍの光ファイバの場合には、内径３０ｍｍに巻いたときの破断率が約０．２５％／２０年であるため、上記した（第２例）、（第４例）ではこの径を採用している。ここで、（第２例）で使用したクラッド径６０μｍの高非線形ファイバのｍとｎPを測定した結果それぞれ“１．２”と“２７”であった。εPを光ファイバが１％伸びる応力レベルとすると、この光ファイバは上記の信頼性を確保しつつ、内径２０ｍｍに巻くことが可能である。また、εPを光ファイバが２％伸びる応力レベルとすると内径１２ｍｍに、さらにεPを２．１％の応力レベルとすると内径１０ｍｍに巻く事が可能である。この結果をもとに、（第５例）、（第６例）では内径１５ｍｍを採用した。
【０１１６】
ところで、上述した実施形態では、高非線形ファイバとして図１に示すようなＷ−セグメント型プロファイルを有する光ファイバを使用しているが、これに限定されるものではない。その他に、図９に示すような屈折率がＷ型プロファイルを有する構造の光ファイバを用いてもよい。
【０１１７】
図９において、高非線形ファイバ４０は、光軸中心を含んで直径がａ1μｍの第１コア４１と、第１コア４１の周囲を取り囲む直径がｂ1μｍの第２コア４２と、第２コア４２の周囲を取り囲むクラッド４３を有し、これら第１、第２コア４１，４２及びクラッド４３は、例えばシリカ（ＳｉＯ2）をベースとする材料から構成されている。ここで、クラッド４３の直径、即ちクラッド径は、例えば４０〜７０μｍ、又は４０〜８０μｍと小径である。
【０１１８】
第１コア４１は、ＳｉＯ2に添加物としてＧｅＯ2が所定量添加されて最大屈折率がｎc11となるように形成されている。また、第２コア４２は、屈折率をクラッド４３より低くする材料として、例えばＳｉＯ2にＦが所定量添加されて最小屈折率がｎc22となる材料から形成されている。
【０１１９】
クラッド４３は、その屈折率がｎc0であり、一般的には実質的に純ＳｉＯ2から形成されているが、Ｆが添加されていてもよい。
【０１２０】
なお、第１コア４１、第２コア４２及びクラッド４３のそれぞれの屈折率ｎc11、ｎc22、ｎc0は、ｎc11＞ｎc0＞ｎc22の関係となっている。このような光ファイバ４０の屈折率プロファイルはＷ型と呼ばれている。
【０１２１】
図９に示した比屈折率差は次のように表される。クラッド４の屈折率ｎc0を基準にすると、第１コア４１の比屈折率差Δ１１は（９）式で求められ、また、第２コア４２の比屈折率差Δ２２は（１０）式で求められる。
【０１２２】
［数８］
Δ１１＝｛（ｎc11−ｎc0）／ｎc11｝×１００％ （９）
Δ２２＝｛（ｎc22−ｎc0）／ｎc22｝×１００％ （１０）
【０１２３】
なお、図９に示した光ファイバを高非線形ファイバとして作製した場合の主な特性を表４〜表６に示す。
【０１２４】
【表４】
【０１２５】
【表５】
【０１２６】
【表６】
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、本発明の実施形態の高非線形ファイバの一例を示す断面図と屈折率プロファイルである。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの特性を測定するシステムを示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの特性を測定する際に用いられるＶ溝装置を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバとダミーファイバとをＶ溝装置を用いて接続している状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバと一般的な光ファイバとの接続ロスと光ファイバ径比率との関係を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバを巻くために用いられるボビンを示す側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバをボビンに巻いて筐体に収めた高非線形ファイバモジュールを示す構成図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバをボビンを用いずに巻いて筐体に収めた高非線形ファイバモジュールを示す構成図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係る高非線形ファイバの他の例を示す断面図と屈折率プロファイルである。
【符号の説明】
【０１２８】
１、４１：第１コア
２、４２：第２コア
３：第３コア
４、４３：クラッド
５、４４：被覆
１０，４０：高非線形ファイバ
１１：ＯＴＤＲ装置
１２：コネクタ付光ファイバ
１３：ダミーファイバ
１５：Ｖ溝装置
１６、１７、２０：ボビン
２３、３２：筐体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと該コアを取り囲むクラッドと該クラッドを覆う被覆とを有して、
非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられる高非線形光ファイバにおいて、
直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であり、
カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、
零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、
前記被覆の径が、１２５μｍ±５％である
ことを特徴とする高非線形光ファイバ。
【請求項２】
前記被覆の径が、検査機器接続に用いる光ファイバのクラッド径とほぼ等しい
ことを特徴とする請求項１に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッドの径が、４０μｍ以上、７０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッドの径が、４０μｍ以上、８０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項５】
前記コアは、第１コアと前記第１コアを取り囲む第２コアを含み、
前記クラッドの屈折率は、前記第１コアの屈折率より低く、前記第２コアの屈折率より高く、且つ前記第２コアの前記クラッドに対する比屈折率差が−０．３％以下である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項６】
前記コアは、前記第２コアと前記クラッドの間に、前記第１のコアの屈折率より低く、且つ前記クラッドの屈折率より高い屈折率を有する第３コアをさらに含む
ことを特徴とする請求項５に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバを用いてなる
ことを特徴とする高非線形光ファイバモジュール。
【請求項８】
前記高非線形光ファイバの両端に、８０μｍ以上、１３０μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項９】
前記高非線形光ファイバの両端に、１２０μｍ以上、１３０μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１０】
前記高非線形光ファイバの両端に、８０μｍ以上、１０５μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１１】
前記高非線形光ファイバは、ボビンに巻かれており、
前記ボビンに巻かれる高非線形光ファイバ長をＬ、
前記ボビンの両鍔間の内幅をＷ、
前記ボビンの内径をｄ2、
前記高非線形光ファイバの被覆径をｄfとするとき、
前記ボビンの鍔径ｄ1が、
√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋２以上、√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋１０以下である
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１２】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のボビンに巻かれていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１３】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下のボビンに巻かれていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１４】
前記高非線形光ファイバは、鍔部の内幅が４ｍｍ以上、２０ｍｍ以下のボビンに巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１５】
前記高非線形光ファイバは、鍔部の内幅が４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下のボビンに巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１６】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のリングコイル状に巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１７】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下のリングコイル状に巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１】
コアと該コアを取り囲むクラッドと該クラッドを覆う被覆とを有して、
非線形現象を利用した光信号処理を行う際に用いられる高非線形光ファイバにおいて、
直径２０ｍｍにて曲げたときの波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失が、０．０１ｄＢ／ｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおける非線形係数γが、１０Ｗ-1ｋｍ-1以上であり、
カットオフ波長λｃが、１５３０ｎｍ以下であり、
零分散波長が、１４００ｎｍ以上、１６５０ｎｍ以下であり、
前記被覆の径が、１２５μｍ±５％である
ことを特徴とする高非線形光ファイバ。
【請求項２】
前記被覆の径が、検査機器接続に用いる光ファイバのクラッド径とほぼ等しい
ことを特徴とする請求項１に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッドの径が、４０μｍ以上、７０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッドの径が、４０μｍ以上、８０μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項５】
前記コアは、第１コアと前記第１コアを取り囲む第２コアを含み、
前記クラッドの屈折率は、前記第１コアの屈折率より低く、前記第２コアの屈折率より高く、且つ前記第２コアの前記クラッドに対する比屈折率差が−０．３％以下である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項６】
前記コアは、前記第２コアと前記クラッドの間に、前記第１のコアの屈折率より低く、且つ前記クラッドの屈折率より高い屈折率を有する第３コアをさらに含む
ことを特徴とする請求項５に記載の高非線形光ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバを用いてなる
ことを特徴とする高非線形光ファイバモジュール。
【請求項８】
前記高非線形光ファイバの両端に、８０μｍ以上、１３０μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項９】
前記高非線形光ファイバの両端に、１２０μｍ以上、１３０μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１０】
前記高非線形光ファイバの両端に、８０μｍ以上、１０５μｍ以下のクラッド径のシングルモードファイバが接続されている
ことを特徴とする請求項７に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１１】
前記高非線形光ファイバは、ボビンに巻かれており、
前記ボビンに巻かれる高非線形光ファイバ長をＬ、
前記ボビンの両鍔間の内幅をＷ、
前記ボビンの内径をｄ2、
前記高非線形光ファイバの被覆径をｄfとするとき、
前記ボビンの鍔径ｄ1が、
√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋２以上、√｛（Ｌ／６５０Ｗ）＋ｄ22／ｄf2｝＋１０以下である
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１２】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のボビンに巻かれていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１３】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下のボビンに巻かれていることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１４】
前記高非線形光ファイバは、鍔部の内幅が４ｍｍ以上、２０ｍｍ以下のボビンに巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１５】
前記高非線形光ファイバは、鍔部の内幅が４ｍｍ以上、１０ｍｍ以下のボビンに巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１６】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、６０ｍｍ以下のリングコイル状に巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【請求項１７】
前記高非線形光ファイバは、内径が１０ｍｍ以上、４０ｍｍ以下のリングコイル状に巻かれている
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれか１項に記載の高非線形光ファイバモジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−３５０２６５（Ｐ２００６−３５０２６５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９２８７７（Ｐ２００５−１９２８７７）
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月３０日（２００５．６．３０）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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