專利名稱：非線性光纖及采用了該光纖的光信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非線性出色的光纖及采用了該光纖的光信號處理裝置。
背景技術(shù)：
近幾年，越來越要求光信號傳送的高速化、大容量化、長距離傳送，因而需要找到實現(xiàn)光信號的處理速度的高速化和長距離傳送的信號處理技術(shù)。
作為一種光信號處理技術(shù)，可以舉出用于把光信號變換為電信號，對變換出的電信號進(jìn)行信號處理，使其再次恢復(fù)為光信號的方法?？墒牵摲椒ㄖ邪橛刑匾獍压庑盘栕?yōu)殡娦盘?，再將其恢?fù)為光信號的處理，因而不適合高速信號處理。
相比之下，還有在光的狀態(tài)下處理光信號的全光信號處理技術(shù)。該處理技術(shù)不把光信號變?yōu)殡娦盘?，而是把光信號直接作為光信號進(jìn)行處理，因而可以進(jìn)行高速光信號處理。
全光信號處理技術(shù)中，有利用在傳送光信號的光纖內(nèi)產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象的方法，或是利用由非線性高的物質(zhì)構(gòu)成的光波導(dǎo)中產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象的方法等。
利用在前者的光纖內(nèi)產(chǎn)生的非線性光學(xué)現(xiàn)象的全光信號處理技術(shù)可進(jìn)行高速處理，同時還能夠減小傳輸損耗，因而近幾年特別受關(guān)注。作為在該光纖內(nèi)產(chǎn)生的非線性現(xiàn)象，可以舉出四波混合、自相位調(diào)制、交叉相位調(diào)制、瑞利(ブリュリァン)散射等。其中已經(jīng)公開了利用四波混合的波長變換，以及利用自相位調(diào)制的脈沖壓縮、波形整形等光信號處理技術(shù)。
四波混合是光纖中導(dǎo)入了2波長以上的光時，由于非線性現(xiàn)象，按照特定的規(guī)則，新的波長的光產(chǎn)生的現(xiàn)象。上述光信號處理技術(shù)是要在波長變換中利用該新的波長的光產(chǎn)生的現(xiàn)象。還有，利用了該四波混合的波長變換具有能夠?qū)Χ鄠€信號波長一并進(jìn)行波長變換的優(yōu)點。
還有，利用自相位調(diào)制或交叉相位調(diào)制，使得對在傳送中變差了的波形進(jìn)行整形、可長距離傳送的全光信號處理成為可能。
不過，為了應(yīng)用利用了這種在光纖內(nèi)的所謂四光混合或自相位調(diào)制的非線性現(xiàn)象的所謂波長變換、波形整形的光信號處理技術(shù)，作為光纖，就必須是能顯著引起非線性現(xiàn)象的光纖，即具有高非線性的光纖。
作為具有高非線性的光纖，有由特開2002-207136號公報(專利文獻(xiàn)1)提出的光纖。
上述專利文獻(xiàn)1的圖14和圖16詳細(xì)給出了該光纖的波長1550nm處的諸特性。

發(fā)明內(nèi)容
色散值可是，對于上述專利文獻(xiàn)1公開的光纖，波長1550nm處的色散斜率為-0.267ps/nm2/km～+0.047ps/nm2/km的話，其偏差很大，而且色散值也為-103.2ps/nm/km～+3.3ps/nm/km，其下限值達(dá)絕對值為103.2ps/nm/km的極大的值。
即，對于波長1550nm，不能提供穩(wěn)定且色散值和色散斜率小的光纖。因此，不能提供在波長1550nm近旁寬波長區(qū)域中色散值低的光纖。
對此，本發(fā)明的第1目的在于提供在波長1550nm近旁寬波長區(qū)域中具有高非線性特性且穩(wěn)定、色散值低的光纖。還在于提供使用該光纖的光信號處理裝置。
偏振波保持性利用高非線性特性以及非線性現(xiàn)象的光信號處理受偏振波狀態(tài)的顯著影響。因此，使用的光纖的偏振波保持特性也是重要的。
作為具有高的非線性且具有偏振波保持特性的光纖，有由上述專利文獻(xiàn)1提出的偏振波保持光纖。
對于該偏振波保持光纖，上述專利文獻(xiàn)1的圖15表示其橫截面圖，圖16表示其特性值。
對于上述專利文獻(xiàn)1中公開的偏振波保持光纖，設(shè)在芯子兩側(cè)的應(yīng)力付與部件的位置，具體而言，兩應(yīng)力付與部件對芯子的位置或兩者的間隔，為何種程度就可以了等，未明確給出。因此，在制作該偏振波保持光纖時，偏振波串音(クロスト一ク)及差拍長(ビ一ト長)的調(diào)整就很難，這是存在的問題。具體而言，存在難以使偏振波串音成為希望的容許值的問題。
對此，本發(fā)明的第2目的在于容易地制造、提供偏振波串音為希望的小值，且非線性出色，適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的偏振波保持光纖。還在于提供使用該偏振波保持光纖的光波長變換器。
傳輸損耗能顯著引起非線性現(xiàn)象的光纖可通過增大光纖的非線性常數(shù)n2/Aeff(n2非線性折射率系數(shù)，Aeff有效截面積)來獲得。增大非線性常數(shù)可通過使用非線性折射率的高的材料作為光纖構(gòu)成材料，或是減小光纖的模式場(モ一ドフィ一ルド)，或是提高傳送的光的密度來實現(xiàn)。
以石英玻璃為主要成分的光纖的基本構(gòu)造包括由通過摻雜鍺而提高了折射率的硅石玻璃構(gòu)成的芯子和設(shè)在芯子外周、由比芯子折射率低的硅石玻璃構(gòu)成的包層。
硅石玻璃中摻雜的鍺的量越多，硅石玻璃的非線性折射率就越高，且折射率也越高。還有，增大芯子和包層的折射率差，就能夠減小模式場徑。因此，在芯子中高摻雜鍺，就能夠提高芯子的非線性折射率并減小模式場徑，因而能夠獲得具有高的非線性常數(shù)的光纖。
但是，要通過在芯子中高摻雜鍺而提高其非線性折射率并減小模式場徑來獲得非線性常數(shù)高的光纖的話，光纖的傳輸損耗就會顯著變高，這是產(chǎn)生的問題。一般而言，在光纖中摻雜鍺的話，在波長1550nm帶的光纖的傳輸損耗就會變大，而特別是在芯子中高摻雜了鍺時，光纖的傳輸損耗的增加是顯著的。
光纖的傳輸損耗變高的話，即使非線性常數(shù)高，由于大的傳輸損耗，非線性現(xiàn)象的表現(xiàn)效率也會變差。這一點根據(jù)下式(1)、(2)加以說明。
作為表示非線性的參數(shù)的自相位調(diào)制中的非線性相位偏移ΦNL由下式(1)表示。
ΦNL＝(2π/λ)·(n2/Aeff)·I·Leff (1)
式中，n2是光纖的非線性折射率，Aeff是光纖的有效截面積，I是光的強度，Leff是光纖的有效長度。
在上述式中，n2/Aeff是非線性常數(shù)。
還有，有效長度Leff，由下式(2)來表示。
Leff＝[1-exp(-aL)]/a (2)式中，L是光纖的長度，a是光纖的傳輸損耗。
由上述式(1)、(2)可知，光纖的傳輸損耗變大的話，光纖的有效長度就變短，非線性相位偏移也變小。
因此，作為利用光纖中的非線性現(xiàn)象的光信號處理中使用的光纖，要有高的非線性常數(shù)，且必須傳輸損耗低?？墒?，這種具有高的非線性常數(shù)且傳輸損耗低的光纖，至今沒找到。
鑒于上述情況，本發(fā)明的第3目的在于提供同時具有高的非線性常數(shù)和低的傳輸損耗的光纖。
效率再有，為有效進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的光信號處理，必須考慮波長色散值的絕對值、彎曲損耗、傳輸損耗、光纖的長度、非線性常數(shù)、波長及其相互關(guān)系?？紤]它們的相互關(guān)系，提供能夠有效進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的光信號處理的光纖，是本發(fā)明的第4目的。
本發(fā)明的總的目的在于，綜合考慮上述幾個特性，提供適于利用非線性現(xiàn)象的光信號處理的光纖和使用該光纖的光信號處理裝置。
發(fā)明的公開本發(fā)明的第1側(cè)面的光纖，特征在于，波長1550nm處的色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km，優(yōu)選的是-0.005～0.005ps/nm2/km，波長1550nm處的色散的絕對值為10ps/nm/km以下，且波長1550nm處的非線性常數(shù)為30×10-10/W以上，優(yōu)選的是40×10-10/W以上。
按照這樣構(gòu)成的光纖，就可以在包括波長1550nm的寬波長區(qū)域，例如，在S波段(1460～1530nm)、C波段(1530～1565nm)、L波段(1565～1625nm)中提供色散值的變動減小，且色散的絕對值小的光纖。
還有，對寬波長區(qū)域的使用波長，色散值不會顯著變動，可進(jìn)行1根光纖中各種波長的光信號處理。還有，色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km，優(yōu)選的是-0.005～0.005ps/nm2/km，在寬波長區(qū)域中色散值的變動小，可進(jìn)行利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的良好的光信號處理。
順便說一下，色散斜率的絕對值為0.01ps/nm2/km以上的話，對波長1550nm近旁的不同波長，色散值的變動相對變大，就不再適于在寬波長區(qū)域的WDM傳送。
還有，非線性常數(shù)為30×10-10/W以上，優(yōu)選的是40×10-10/W以上，就能夠獲得具有高的非線性的光纖。
還有，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，截止波長λc為1450nm以下，有效截面積Aeff為12μm2以下，優(yōu)選的是10μm2以下。
按照這樣構(gòu)成的光纖，能使光纖作為單模光纖來工作。這樣，由于截止波長λc為1450nm以下，因而本發(fā)明的光纖可用于包括S波段、C波段以及L波段的寬帶域。
還有，由于有效截面積Aeff為12μm2以下，更優(yōu)選的是10μm2以下，因而可獲得高的非線性常數(shù)。
此處，非線性常數(shù)由下式(1)表示。
另外，在下式(1)中，λ表示測量波長，n2表示光纖中的非線性折射率，Aeff表示光纖的有效截面積。
非線性常數(shù)＝n2/Aeff (1)根據(jù)上式(1)，為增大光纖的非線性常數(shù)，必須增大非線性折射率n2，或減小有效截面積Aeff。
此處，n2是由材料決定的值，不容易增大。因而盡可能減小光纖的有效截面積Aeff的值是現(xiàn)實的。
對此，按照本發(fā)明的權(quán)利要求4或權(quán)利要求5記載的光纖，使光纖的有效截面積Aeff為12μm2以下，優(yōu)選的是10μm2以下，就可獲得更高的非線性常數(shù)。具體而言，能夠獲得波長1550nm處的非線性常數(shù)為30×10-10/W以上，甚至40×10-10/W以上的值的光纖。
還有，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，波長1550nm處的色散的絕對值為5ps/nm/km以下。
按照這樣構(gòu)成的光纖，能更確實獲得在使用波長中具有更高的非線性的光纖。
再有，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，在波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖的較長方向的色散值的變動幅度(最大值和最小值的差)在1根光纖的使用長的全長中為1ps/nm/km以下，優(yōu)選的是0.2ps/nm/km以下，這樣就能夠有效地用于波長變換器等。
可是，在本發(fā)明中，上述色散值的變動幅度是指對于實用長度的光纖全長，由色散分布測量儀測量出的色散值的變動幅度。光纖的色散值的分布測量，可由利用例如Mollenauer所研究出的方式的色散分布測量儀來測量。
還有，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，具有第1芯子，具有比純硅石高的折射率；第2芯子，設(shè)在該第1芯子的外周，具有比純硅石低的折射率；以及包層，在該第2芯子的外周，比第1芯子折射率低，比第2芯子折射率高，上述第1芯子的外徑D1為2～5μm，上述第1芯子的外徑D1和上述第2芯子的外徑D2的比D1/D2＝Da為0.3以上、0.8以下，更優(yōu)選的是0.4以上，0.7以下。此處，純硅石是指不含氟及鍺等折射率調(diào)整用的摻雜劑的硅石。
按照這樣構(gòu)成的光纖，通過調(diào)整上述第1芯子的外徑D1和上述第2芯子的外徑D2的比D1/D2＝Da，就能夠獲得色散斜率低的光纖。即，把光纖做成這種構(gòu)造，就能夠獲得有效截面積Aeff小，截止波長λc也低，且色散斜率的值小的光纖。
再有，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述第1芯子和包層的比折射率差Δ1為2.0～5.0％，優(yōu)選的是2.4～4.0％，上述第2芯子和包層的比折射率差Δ2為-1.4～-0.7％，優(yōu)選的是-1.2～-0.8％。
按照這樣構(gòu)成的光纖，就能夠穩(wěn)定制造高的非線性、低的色散斜率且截止波長λc為1450nm以下的光纖，并維持高生產(chǎn)性。
此外，上述第1側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述第1芯子的折射率分布形狀為α次曲線，α為3.0以上，優(yōu)選的是6.0以上。
按照這樣構(gòu)成的光纖，就能夠獲得可減小色散斜率、且可減小有效截面積Aeff、非線性高的光纖。
本發(fā)明的光信號處理裝置，特征在于，采用了上述第1側(cè)面的光纖。
按照這種光信號處理裝置，可在寬波長范圍進(jìn)行性能穩(wěn)定的光信號處理。
再有，上述光信號處理裝置的實施例中，特征在于，為光波長變換器。按照這種光波長變換器，就能夠提供波長變換特性出色的光波長變換器。
此外，光信號處理裝置的實施例中，特征在于，光信號處理裝置為脈沖壓縮器。按照這種脈沖壓縮器，就能夠提供脈沖壓縮性出色的脈沖壓縮器。
從而就能夠提供在包括波長1550nm的寬波長區(qū)域中穩(wěn)定且色散值低的光纖。還能夠提供采用了該光纖的光信號處理裝置，具體為性能出色的光波長變換器及脈沖壓縮器。
本發(fā)明的第2側(cè)面的光纖是具有芯子、設(shè)在該芯子的外周的包層、以及設(shè)在上述芯子的兩側(cè)的2個應(yīng)力付與部件的石英玻璃類的偏振波保持光纖，其特征在于，波長1550nm處的非線性系數(shù)為15/W/Km以上，截止波長為1500nm以下，波長1550nm處的色散為-9ps/nm/km至9ps/nm/km，波長1550nm處的色散斜率為0.029ps/nm2/km以下，且波長1550nm處的偏振波串音為-20dB/100m以下。
按照這樣構(gòu)成的偏振波保持光纖，就能夠容易地制造偏振波串音在希望的容許范圍內(nèi)的偏振波保持光纖，而且能夠提供非線性出色、適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的光纖。
上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，上述芯子由位于中心部的第1芯子和設(shè)在該第1芯子的外周的第2芯子構(gòu)成，上述第2芯子具有比上述第1芯子低的折射率，上述包層具有比上述第2芯子高且比上述第1芯子低的折射率，上述第1芯子對上述包層的比折射率差Δ1為1.8％以上，上述第2芯子對上述包層的比折射率差Δ2為-0.1％以下，上述應(yīng)力付與部件的間隔R和上述第1芯子的直徑D1的比R/D1為2.5至10，上述第1芯子的直徑D1和上述第2芯子的直徑D2的比D1/D2為0.3至0.8。
還有，上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述應(yīng)力付與部件的間隔R和上述第1芯子的直徑D1的比R/D1為2.5至3.7。
這樣，R/D1為2.5至3.7的話，就能夠更確實地獲得在希望值內(nèi)的充分小的偏振波串音，是優(yōu)選的。
上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述應(yīng)力付與部件的間隔R為7μm至17μm。
這樣規(guī)定位于芯子兩側(cè)的兩應(yīng)力付與部件的間隔R，就能夠更確實且容易地制造在希望值內(nèi)的偏振波串音小的光纖。
上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，截止波長為1400nm以下，波長1550nm處的色散斜率為0.019ps/nm2/km以下，波長1550nm處的差拍長為5mm以下，且波長1550nm處的直徑10mm的彎曲損耗為0.1dB/m以下。
按照這樣構(gòu)成的光纖，就能夠容易地制造不但偏振波串音而且差拍長也在希望的容許范圍內(nèi)的偏振波保持光纖，而且能夠提供非線性出色、適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的光纖。
還有，上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述第1芯子的直徑D1和上述第2芯子的直徑D2的比D1/D2為0.4至0.7，波長1550nm處的非線性系數(shù)為20/W/Km以上，波長1550nm處的色散為-1ps/nm/km至1ps/nm/km，上述第1芯子對上述包層的比折射率差Δ1和上述第2芯子對包層的比折射率差Δ2滿足下列關(guān)系。
(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1按照這樣構(gòu)成的偏振波保持光纖，就能夠減小偏振波保持光纖的色散的絕對值，而且能夠容易地制造可使截止波長為1400nm以下的非線性出色、適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的光纖。
再有，上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述第2芯子對上述包層的比折射率差Δ2為-0.8％以下，上述第1芯子對上述第2芯子的比折射率差Δ3為3.5％以上。
按照這樣構(gòu)成的偏振波保持光纖，就能夠提供偏振波保持光纖的色散斜率小，而且可使截止波長為1400nm以下的非線性出色、適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的光纖。
上述第2側(cè)面的光纖的實施例中，特征在于，上述應(yīng)力付與部件是添加了硼的石英玻璃，上述包層是添加了氟的石英玻璃，上述應(yīng)力付與部件對上述包層的比折射率差Δ4為-0.1％以下或0.1％以上。
按照這樣構(gòu)成的偏振波保持光纖，如在連接光纖彼此時，應(yīng)力付與部件的位置確認(rèn)就變得容易，連接就變得容易。
本發(fā)明的光波長變換器，特征在于使用了上述光纖。
按照這樣構(gòu)成的光波長變換器，就能夠提供波長變換性出色的光波長變換器。
如上所述，按照本發(fā)明的偏振波保持光纖，就能夠使偏振波串音為希望的小值，而且能夠容易地制造非線性出色、適于利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的偏振波保持光纖。還有，能夠提供光波長變換特性出色的光波長變換器。
本發(fā)明的第3側(cè)面的光纖，在由芯子和包層構(gòu)成的光纖中，特征在于，非線性常數(shù)n2/Aeff為20×10-10/W以上，波長1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下，波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗為0.1dB/m以下，上述包層的外徑為70～110μm。
在上述構(gòu)成的本發(fā)明的光纖中，非線性常數(shù)n2/Aeff為20×10-10/W以上，因而能獲得高的非線性，可進(jìn)行利用效率好的非線性現(xiàn)象的光信號處理。優(yōu)選的是，非線性常數(shù)n2/Aeff為40×10-10/W以上。
還有，1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下，因而能夠適用于利用非線性現(xiàn)象的波長變換以及光2R、光3R等波形整形。優(yōu)選的是，1550nm處的波長色散的絕對值可以為2ps/nm/km以下。
再有，波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗為0.1dB/m以下，因而可緊湊卷曲。優(yōu)選的是，彎曲損耗可以為0.05dB/m以下。
并且，包層外徑為70～110μm，因而能實現(xiàn)低傳輸損耗。
包層外徑超過110μm的話，傳輸損耗就會變大；而低于70μm的話，光纖的強度就會下降，可靠性就會降低，并且傳輸損耗再次變大，不是優(yōu)選的。
另外，包層外徑125μm的光纖正在廣泛使用，不過，在位于光纖中心部的第1芯子中高濃度地?fù)诫s鍺，使非線性常數(shù)為20×10-10/W以上，并使1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下時，在包層外徑為125μm的光纖中，傳輸損耗就會變高。相比之下，例如把包層外徑減小到90μm的程度的話，就能夠在不損壞非線性常數(shù)的大小的情況下減小傳輸損耗，這一點已經(jīng)明白。本發(fā)明正是根據(jù)這種見解而做出的。
這樣，在第1芯子中高濃度摻雜鍺，且使1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下，使包層徑從125μm減小到90μm，使傳輸損耗下降，對這一機(jī)理不太理解大概是由于產(chǎn)生了以下現(xiàn)象。
即，硅石玻璃中越摻雜鍺，折射率越變高，并且，硅石玻璃的軟化溫度下降。因此，高濃度地?fù)诫s鍺，顯著增高了第1芯子的折射率的高非線性光纖，與通常的傳輸線用光纖的情況相比，第1芯子的軟化溫度比由純硅石玻璃構(gòu)成的包層的軟化溫度低得多。
可是，光纖是通過合成具有與目的光纖相同的截面折射率分布構(gòu)造的大口徑的玻璃母材，對其進(jìn)行加熱熔融、拉絲，將其拉成規(guī)定的外徑來制造的。在該拉絲的工序中，經(jīng)過先是玻璃母材的軟化，接著是玻璃母材外徑到光纖徑為止的縮徑，再接著是對光纖徑的冷卻硬化的各工序。
可以認(rèn)為，軟化玻璃母材時，為獲得使包層軟化的程度的高溫度，高濃度地?fù)诫s鍺而降低了軟化溫度的第1芯子要經(jīng)受必要以上高的溫度，由于該高溫和拉絲時的張力，芯子中就會產(chǎn)生缺陷，由此增加了傳輸損耗。相比之下，可以認(rèn)為，通過減小包層外徑，包層的厚變薄，第1芯子就能快點冷卻，第1芯子經(jīng)受高溫的時間變短，因而缺陷就會減少，傳輸損耗就會降低。
還有，考慮冷卻硬化工序的話，就在高濃度地?fù)诫s鍺而降低了軟化溫度的第1芯子之前，由軟化溫度高的硅石玻璃構(gòu)成的包層先硬化，接著芯子硬化。因此可以推測，在芯子和包層兩者之間產(chǎn)生大的變形，它就成為傳輸損耗增加的原因。
可以認(rèn)為，特別是為獲得高非線性，在第1芯子中高濃度摻雜了鍺時，由于這種作用，傳輸損耗就會變大。此處，可以認(rèn)為，減小包層的外徑的話，包層的厚度變薄，相對于包層，第1芯子的冷卻比包層徑大時相對快些，第1芯子和包層硬化的時間差變小。還有，可以認(rèn)為，由于減小了包層的體積，冷卻時的包層的總體積變化就會變小。因此，可以認(rèn)為，第1芯子和包層間的變形量就會減少，傳輸損耗就會降低。
另外，提高第1芯子的折射率，且使波長1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下，再使波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗為0.1dB/m以下的本發(fā)明的光纖，與提高第1芯子的折射率，且使波長1550nm處的波長色散的絕對值向負(fù)增大為-60ps/nm/km以下的色散補償光纖(DCF)相比，具有光強度的分布集中在第1芯子內(nèi)的這種特征。因此可以認(rèn)為，作為本發(fā)明的對象的高非線性光纖，與色散補償光纖相比，摻雜了鍺的第1芯子中產(chǎn)生的缺陷等的影響增大，通過降低它來提高傳輸損耗是極其重要的。
本發(fā)明所涉及的光纖由具有提高折射率的作用，同時還具有降低軟化溫度的作用的摻雜劑高濃度地?fù)诫s在第1芯子中而獲得的硅石類玻璃構(gòu)成，從而能夠做成非線性常數(shù)大，且1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下的光纖。作為這種摻雜劑，特別優(yōu)選的是鍺。
還有，上述第3側(cè)面的光纖的實施例中，優(yōu)選的是，截止波長為1350nm以下。截止波長為1350nm以下，就可用于包括S波段、C波段的寬帶域。
再有，上述第3側(cè)面的光纖的實施例中，優(yōu)選的是，波長1550nm處的波長色散斜率為0.019ps/nm2/km以下。波長色散斜率為0.019ps/nm2/km以下，就能夠提供在波長1550nm帶處波長色散的值的變化小的光纖，就能夠在寬帶域進(jìn)行利用良好的非線性現(xiàn)象的光信號處理。
波長1550nm處的光纖的較長方向的波長色散的變動幅度，優(yōu)選的是在1根光纖的使用長的全長中為3ps/nm/km以下。光纖的較長方向的波長色散的變動幅度為3ps/nm/km以下，就能夠很好地進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的光信號處理。
還有，為了均衡實現(xiàn)獲得高的非線性常數(shù)以及使包層徑處于特定范圍而降低損耗，芯子具有位于其中心部的第1芯子時，優(yōu)選的是第1芯子對包層的比折射率差為1.5％以上。更優(yōu)選的是第1芯子對包層的比折射率差為2.5％以上。
這樣，第1芯子對包層的比折射率差為2.5％以上，就能夠同時獲得1350nm以下的短的截止波長、20×10-10/W以上的高的非線性常數(shù)、以及0.019ps/nm2/km以下的波長色散斜率，因而是特別優(yōu)選的。
特別是，芯子由位于其中心部的第1芯子及其周圍的第2芯子構(gòu)成，包層為純硅石或具有接近純硅石的折射率的硅石類玻璃，第2芯子對包層的比折射率差為-1.2～-0.4％，就能夠獲得非線性常數(shù)大、且色散斜率小的光纖。
在這種情況下，優(yōu)選的是第1芯子對第2芯子的比折射率差為3％以上。
還有，第2芯子的外徑為D2，第1芯子外徑為D1時，使D1/D2＝Da為0.3～0.7，就能夠獲得色散斜率更小的高非線性的光纖。
上述第3側(cè)面的光纖的實施例中，也可以做成在高非線性光纖的一端或兩端熔接外徑120～130μm的單模光纖或色散偏移光纖，并對該熔接部實施加熱處理而成的光纖。
包層外徑為70～110μm的話，跟其它光纖在現(xiàn)場連接就很困難，且連接損耗變大，而本發(fā)明所涉及的高非線性光纖中，預(yù)先使外徑120～130μm的單模光纖或色散偏移光纖對準(zhǔn)各自的中心而熔接，對熔接部進(jìn)行加熱處理，熔接連接好色散偏移光纖，這樣就能夠做成容易跟其它光纖在現(xiàn)場連接的光纖。
優(yōu)選的是，使本發(fā)明所涉及的高非線性光纖和要熔接的外徑120～130μm的光纖對準(zhǔn)各自的中心。對準(zhǔn)各自的中心就能夠降低連接損耗。還有，優(yōu)選的是熔接之后對熔接部進(jìn)行加熱處理。熔接之后進(jìn)行加熱處理，連接部的芯子的摻雜劑就會擴(kuò)散，模式場徑就會擴(kuò)大，這樣就能夠減小熔接部的連接損耗。
還有，本發(fā)明所涉及的光纖中，由于包層徑為70～110μm，因而能夠減小包括樹脂涂層的外徑，能夠緊湊地卷成卷狀。把本發(fā)明所涉及的光纖卷成最大卷徑20cm以下，優(yōu)選的是18cm以下，裝有它的例如光2R用、光3R用、波長變換用的子系統(tǒng)裝置可進(jìn)行利用高非線性現(xiàn)象的光信號處理，同時還有緊湊的優(yōu)點。
做成使用本發(fā)明的該第3側(cè)面的光纖的光信號處理裝置。
本發(fā)明的第4側(cè)面的光纖，特征在于，n2/Aeff為非線性常數(shù)，a為傳輸損耗，λ為波長，L為光纖的長度時，λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值滿足1/W以上，波長1550nm處的波長色散的絕對值為30ps/nm/km以下，波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗為0.5dB/m以下。
本發(fā)明的光纖中，有波長1550nm處的波長色散的絕對值必須為30ps/nm/km以下。這是由于進(jìn)行在波長1550nm帶的信號處理時，波長色散的絕對值超過30ps/nm/km的話，就不能進(jìn)行有效的光信號處理。
還有，波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗必須為0.5dB/m以下。這是由于彎曲損耗超過0.5dB/m的話，把光纖卷起來裝入光信號裝置內(nèi)后，傳輸損耗就會變大。傳輸損耗變大的話，就像后述一樣，光纖的有效長度變短，不能進(jìn)行有效的光信號處理。
再有，n2/Aeff為非線性常數(shù)，a為傳輸損耗，λ為波長，L為光纖的長度時，波長λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值必須滿足1/W以上。這是由于(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值不到1/W，就不能進(jìn)行有效的光信號處理。
非線性現(xiàn)象的自相位調(diào)制導(dǎo)致的非線性相位偏移ΦNL，由下式(1)表示。
ΦNL＝(2π/λ)(n2/Aeff)ILeff(1)此處，λ表示波長，n2/Aeff表示非線性常數(shù)，I表示光強度，Leff表示有效長度，n2表示非線性折射率，Aeff表示有效截面積。并且，有效長度Leff由下式(2)表示。
Leff＝[1-exp(-aL)]/a(2)
此處，a表示傳輸損耗，L表示光纖的長度。
根據(jù)式(1)和式(2)，非線性相位偏移由下式(3)來表示。
ΦNL＝(2π/λ)(n2/Aeff)I[1-exp(-aL)]/a (3)根據(jù)上述式(3)，計算光纖的長度為2km、λ為1550nm時的ΦNL/I的話，就如圖16表示的那樣。
可以看出，對于光纖長2km、波長色散-1ps/nm/km、傳輸損耗0.37dB/km、非線性常數(shù)n2/Aeff20×10-10的光纖，作為波形整形用的信號處理的非線性是充分的。計算此時的(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的話，為14.9/W的程度。
還有，可以看出，對于光纖長0.1km、波長色散0ps/nm/km、傳輸損耗0.48dB/km、非線性常數(shù)n2/Aeff30×10-10的光纖，作為波長變換用的信號處理的非線性是充分的。計算此時的(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的話，為1.09/W。
即，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值必須為1/W以上。
要在芯子中高濃度地?fù)诫s鍺，使其折射率提高，從而獲得非線性常數(shù)高的光纖的話，光纖的傳輸損耗就會顯著地變高，這是產(chǎn)生的問題。越摻雜鍺，光纖的傳輸損耗越增加。
傳輸損耗變高的話，從式(3)或圖1可知，雖然非線性常數(shù)高，但由于傳輸損耗，非線性相位偏移變小，就不能進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的有效的光信號處理。因此，必須選擇非線性常數(shù)n2/Aeff、傳輸損耗a、以及光纖長L，使(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a為1/W以上。
還有，在上述第4側(cè)面的光纖中，優(yōu)選的是，λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aefff)為8～17/W/km，L為0.5～30km，傳輸損耗a為0.2～0.6dB/km。
(2π/λ)(n2/Aeff)是稱作非線性系數(shù)γ的值，該值越大，從上述式(1)可知，非線性相位偏移就越大，越能夠有效地引起非線性現(xiàn)象。
(2π/λ)(n2/Aeff)不到8/W/km，就難以獲得充分的非線性現(xiàn)象。另一方面，(2π/λ)(n2/Aeff)超過17/W/km的話，就必須在芯子中高濃度地?fù)诫s鍺，因而傳輸損耗a就會變大，光纖長L在0.5km以上的范圍時，有效長度Leff依賴于傳輸損耗a，變小的傾向顯著，因而實際的光纖長L比較長的話，就難以獲得大的非線性相位偏移。
在光纖長不到0.5km，(2π/λ)(n2/Aeff)為17/W/km以下的范圍，不能獲得充分的非線性現(xiàn)象。還有，光纖長L超過30km的話，有效長度Leff依賴于傳輸損耗a，變小的傾向顯著，因此，實際的光纖長L比較長的話，就難以獲得大的非線性相位偏移。
對于(2π/λ)(n2/Aeff)為8/W/km以上的光纖，必須在芯子中以某種程度高濃度地?fù)诫s鍺，因而難以制造傳輸損耗a不到0.2dB/km的光纖。還有，傳輸損耗a超過0.6dB/km的話，有效長度Leff就會變小，因而不能獲得充分的非線性現(xiàn)象。
再有，上述第4側(cè)面的光纖的實施例中，優(yōu)選的是，λ在1500nm～1600nm范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)為17～27/W/km，L為0.01～10km，傳輸損耗a為0.4～2dB/km。
(2π/λ)(n2/Aeff)不到17/W/km時，在光纖長L為10km以下，傳輸損耗為0.4dB/km以上的范圍，就難以獲得充分的非線性現(xiàn)象。使(2π/λ)(n2/Aeff)超過27/W/km，就必須在芯子中再高濃度地?fù)诫s鍺，(2π/λ)(n2/Aeff)越超過27/W/km，就越難在芯子中高濃度地?fù)诫s鍺，并且，即使能獲得高濃度摻雜鍺的芯子，其軟化溫度與包層的硅石相比，也會極端降低，因而制造時容易就產(chǎn)生變形，容易破裂，制造性容易變差。
光纖長不到0.01km時，就不能獲得充分的非線性現(xiàn)象。還有，光纖長L超過10km的話，傳輸損耗a在0.4dB/km以上的范圍時，有效長度Leff依賴于傳輸損耗a，變小的傾向顯著，因而實際的光纖長L比較長的話，就難以獲得大的非線性相位偏移。
對于(2π/λ)(n2/Aeff)為17/W/km以上的光纖，必須在芯子中高濃度地?fù)诫s鍺，因而難以制造傳輸損耗a不到0.4dB/km的光纖。還有，傳輸損耗a超過2dB/km的話，縱使(2π/λ)(n2/Aeff)大到17/W/km，但有效長度Leff變小的傾向顯著，因而難以獲得充分的非線性現(xiàn)象。
如上所述，按照本發(fā)明，能夠獲得有效地進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的信號處理的光纖。另外，把本發(fā)明的光纖卷成最大徑16cm以下裝入使用，就能夠獲得緊湊有效的光信號處理裝置。


圖1表示本發(fā)明的光纖的一實施例，圖1(a)表示折射率分布，圖1(b)是表示橫截面的一部分的橫截面圖。
圖2是表示圖1中的光纖的D1/D2和色散斜率的模擬結(jié)果的曲線。
圖3是表示模擬給出的α和色散斜率的關(guān)系的曲線。
圖4是表示模擬給出的α和有效截面積Aeff的關(guān)系的曲線。
圖5是表示把本發(fā)明的光纖用于波長變換器的一實施例A的示意圖。
圖6是表示把本發(fā)明的光纖用于脈沖壓縮器的一實施例A的示意圖。
圖7是表示采用了本發(fā)明的光纖的光信號處理裝置的一實施例的示意圖。
圖8是本發(fā)明的偏振波保持光纖的截面示意圖。
圖9是表示圖8中的偏振波保持光纖的折射率分布的一個例子的圖。
圖10是表示模擬給出的截止波長λc與比折射率差Δ1、比折射率差Δ2的關(guān)系的曲線。
圖11是表示模擬給出的第1芯子徑D1和第2芯子徑D2的比D1/D2＝Da與色散斜率的關(guān)系的曲線。
圖12是表示模擬給出的第1芯子徑D1和第2芯子徑D2的比D1/D2＝Da與有效截面積Aeff的關(guān)系的曲線。
圖13是表示模擬給出的第1芯子徑D1和第2芯子徑D2的比D1/D2＝Da與截止波長λc的關(guān)系的曲線。
圖14是本發(fā)明的低損耗光纖和其它光纖的熔接結(jié)合光纖構(gòu)造圖。
圖15是圖14的熔接結(jié)合部的放大圖。
圖16是表示ΦNL/I的傳輸損耗a依賴性的特性圖。
圖17是表示各種光纖中的ΦNL/I和光纖長的關(guān)系的特性圖。
圖18是表示各種光纖中的ΦNL/I和光纖長的關(guān)系的特性圖。
圖19是表示試作例D1、D2、D4～D6的折射率分布形狀的概略圖。
圖20是表示試作例D1、D2、D4～D6的截面構(gòu)造的概略圖。
圖21是表示試作例D3的折射率分布形狀的概略圖。
圖22是表示試作例D3的截面構(gòu)造的概略圖。
具體實施例方式
A具有低的色散值變動和低色散值的類型的高非線性光纖圖1～圖7詳細(xì)說明本發(fā)明的光纖和采用了該光纖的光波長變換器和脈沖壓縮器的實施例。
本發(fā)明所涉及的光纖是對波長1550nm附近的輸入光產(chǎn)生非線性現(xiàn)象的光纖，其特征之一在于，波長1550nm處的色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km。
如上所述，色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km，這樣，就能夠提供在包括波長1550nm的寬波長區(qū)域中，色散值的變動小且色散的絕對值小的光纖。
還有，在寬波長區(qū)域中色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km，在包括1550nm的寬波長區(qū)域中色散值就不會顯著變動。因此，對包括波長1550nm的寬波長區(qū)域就能夠進(jìn)行利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的良好的光信號處理。
可是，色散斜率的絕對值為0.01ps/nm2/km以上的話，對波長1550nm近旁的不同波長，色散值的變動就會相對變大。因此，色散斜率必須為-0.01～0.01ps/nm2/km。并且，為了對包括波長1550nm的寬波長區(qū)域進(jìn)一步減小色散值的變動，優(yōu)選的是-0.005～0.005ps/nm2/km。
還有，色散值的絕對值為10ps/nm/km以下，且波長1550nm處的非線性常數(shù)為30×10-10/W以上也是本發(fā)明的光纖的特征之一。
非線性常數(shù)為30×10-10/W以上，如下所述，就能夠獲得高的非線性的光纖。
還有，對于單模光纖，截止波長λc必須根據(jù)使用波長而減小。因此，優(yōu)選的是，截止波長λc為1450nm以下。截止波長λc為1450nm以下，就能夠用于包括S波段、C波段、以及L波段的寬波長帶域。
此處，截止波長λc是指ITU-T(國際電氣通信連合)G.650定義的光纖截止波長λc。此外，本說明書中未特別定義的用語遵從ITU-TG.650的定義和測量方法。
另外，優(yōu)選的是，上述有效截面積Aeff為12μm2以下。使有效截面積Aeff為12μm2以下，就能夠獲得高的非線性常數(shù)。
非線性常數(shù)如上述(1)式所示，要增大非線性常數(shù)，就必須增大光纖的非線性折射率n2，或盡可能減小有效截面積Aeff，并且現(xiàn)實可行的是必須盡可能減小有效截面積，這一點如上所述。
因此，要獲得非線性的大的光纖，作為光纖的構(gòu)造，有效截面積Aeff必須小。還有，使用波長處的色散的絕對值也必須小。因此，優(yōu)選的是，波長1550nm處的色散值的絕對值為10ps/nm/km以下，更優(yōu)選的是5ps/nm/km以下。
使有效截面積Aeff為12μm2以下，就能夠獲得高的非線性常數(shù)。更優(yōu)選的是，使效截面積Aeff為10μm2以下，能夠獲得更高的非線性常數(shù)，結(jié)果，就能夠獲得波長1550nm處的非線性常數(shù)為40×10-10/W以上的值的光纖。
還有，本說明書敘述的色散值的變動幅度，如上所述，對于實用長度的光纖全長，可由利用例如Mollenauer所研究出的方式的色散分布測量儀來測量。
優(yōu)選的是，波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖較長方向的色散的變動在1根光纖的使用長的全長中為0.001～1ps/nm/km。
光纖較長方向的色散值的變動幅度，在1根光纖的使用長的全長中為1ps/nm/km以下，就能夠進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的良好的光信號處理。更優(yōu)選的是，波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖較長方向的色散值的變動在1根光纖的使用長的全長中為0.2ps/nm/km以下。這樣為0.2ps/nm/km以下，就能夠進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的更好的光信號處理。
可是，實際上為了抑制光纖較長方向的色散值的變動，在光纖母材階段就要使芯子和包層的厚度一樣。具體而言，例如在采用OVD法或VAD法的炭黑合成階段，就必須進(jìn)行管理，使堆積的原料變均勻，把該光纖母材拉伸成希望的外徑時，要求外徑變動的差為0.2％以下的高精度拉伸。
圖1表示本發(fā)明所涉及的非線性色散偏移型的光纖的典型的一個例子。圖1(a)表示該光纖的折射率分布，圖1(b)表示其橫截面的一部分，即第1芯子1和設(shè)在該第1芯子1的外側(cè)的第2芯子2，省略了在該第2芯子2的外側(cè)設(shè)置的包層4的外側(cè)的線。
如圖1(a)所示，該光纖具有比純硅石高的折射率，包括具有下式(2)所示的α次的折射率分布的第1芯子1、設(shè)在該第1芯子1的外側(cè)且具有比純硅石低的折射率的第2芯子2、以及設(shè)在該第2芯子2的外側(cè)的包層4，第1芯子1的外徑D1和第2芯子2的外徑D2的比D1/D2為0.3以上、0.8以。
此處，在本說明書中，由下式(2)來定義表示折射率分布的形狀的α。
n2(r)＝nc12{1-2·Δ1·(2r/D1)α}(2)此處，0≤r≤D1/2。
此處，r表示光纖半徑方向的位置，n(r)表示在位置r的折射率。還有，nc1為第1芯子1的最大折射率。
還有，上述第1芯子1的直徑D1為在第1芯子1中連接與包層4相等的折射率的位置的線的長度。還有，第2芯子2的直徑D2為在第2芯子2和包層4的邊界區(qū)域中連接Δ2的1/2的折射率的位置的線的長度。
還有，第1芯子1對上述包層4的折射率差Δ1、第2芯子2對包層4的比折射率差Δ2由下式(3)和(4)表示。
Δ1＝{(nc1-nc)/nc1}·100(3)Δ2＝{(nc2-nc)/nc2}·100(4)此處，上述各式中，nc1為第1芯子1的最大折射率，nc2為第2芯子2的最小折射率，nc為包層4的折射率。
在圖1所示的光纖的構(gòu)造中，通過調(diào)整上述第1芯子1的外徑D1和第2芯子2的外徑D2的比D1/D2，就能夠降低色散斜率的值。
對此，用該光纖的構(gòu)造模擬例來說明調(diào)整上述第1芯子1的外徑D1和第2芯子2的外徑D2的比D1/D2所引起的色散斜率的值的變化。
圖2表示波長1550nm處的D1/D2和色散為0ps/nm/km時的色散斜率的值的關(guān)系。還有，表1表示此處所用的2種光纖1、2的折射率分布。
表1

如圖2所示，D1/D2不到0.3時，或D1/D2超過0.8時，色散斜率就成為具有比-0.01～0.01ps/nm2/km大的色散斜率。
還有，如圖2所示，進(jìn)一步縮小D1/D2的范圍，使該值為0.4以上0.7以下，就能夠使色散斜率的值處于-0.005～0.005ps/nm2/km的范圍。因此，優(yōu)選的是，使第1芯子的外徑D1和第2芯子的外徑D2的比D1/D2為0.4以上0.7以下。
一般而言，小的有效截面積Aeff可通過增大芯子對包層的比折射率差來獲得。但是，僅僅增大芯子對包層的比折射率差，截止波長λc就會向長波長側(cè)移動，在寬帶域的單模傳送的確保就會變難。相比之下，取例如圖1所示的構(gòu)造，就能夠兼顧小的有效截面積Aeff和低的截止波長λc。
還有，第1芯子1對包層4的比折射率差Δ1優(yōu)選的是2.0～5.0％，第2芯子2和純硅石，即該例子中的包層4的比折射率差Δ2優(yōu)選的是-1.4～-0.7％。
第1芯子1對包層4的比折射率差Δ1不到2.0％的話，有效截面積Aeff就會變大，光纖的非線性相對變小。還有，比折射率差Δ1變高的話，截止波長λc就向長波長側(cè)移動。因此，比折射率差Δ1超過5.0％的話，就得過多考慮把光纖作為單模所依靠的截止波長λc，結(jié)果，光纖的生產(chǎn)性就會變差。
換言之，比折射率差Δ1超過5.0％的話，把光纖作為單模所依靠的截止波長λc的控制就變得困難，結(jié)果，光纖的制造條件變嚴(yán)，生產(chǎn)性變差。
還有，1550nm處的色散斜率的值變大，進(jìn)行光信號處理時，對波長1550nm近旁的不同波長，色散值的變動就會變大，這是存在的問題。
還有，第2芯子2對包層4的比折射率差Δ2向負(fù)側(cè)增大的話，就能夠減小波長1550nm處的色散值的絕對值，并減小色散斜率。
可是，向負(fù)側(cè)增大比折射率差Δ2的話，截止波長λc就向短波長側(cè)移動。對此，如果把比折射率差Δ1設(shè)為2.0～5.0％，且比折射率差Δ2設(shè)為-1.4％～-0.7％的話，就可以使色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km的值。還可以使截止波長λc也為1450nm以下。
另一方面，比折射率差Δ2低于-1.4％的話，例如在第2芯子2中就必須大量摻雜氟，光纖的制造就會變得困難，生產(chǎn)性變差。
另外，比折射率差Δ1更優(yōu)選的是2.4～4.0％，Δ2更優(yōu)選的是-1.2～-0.8％。如果在該范圍的話，就能夠以更高生產(chǎn)性來制造高的非線性和低的色散斜率以及截止波長λc在1450nm以下的光纖，性能的穩(wěn)定性也會進(jìn)一步提高。
再有，使第1芯子1的折射率分布形狀為α次的折射率分布，通過增大該α，就能夠減小色散斜率，還可以再減小有效截面積Aeff。因此，優(yōu)選的是，第1芯子1的折射率分布形狀為α次的折射率分布，α為3以上。更優(yōu)選的是α為6以上。
此處，增大了α對于減小色散斜率是有利的，用表示本發(fā)明的光纖之一例的模擬例的圖3和圖4來說明這一點。
圖3表示α和色散斜率的關(guān)系，圖4表示α和有效截面積Aeff的關(guān)系。還有，表2表示此處所用的2種光纖A、B的各構(gòu)造。
表2

如圖3所示，增大α的值的話，就能夠減小色散斜率?？梢钥闯?，特別是把α從2變?yōu)?，就能夠使色散斜率的值在光纖A中減小約0.009ps/nm2/km，并且在光纖B中減小約0.01ps/nm2/km。這樣增大α對于色散斜率的降低非常有效。
還有，如圖4所示，增大α的值就能夠減小有效截面積Aeff。特別是把α從2變?yōu)?，就能夠在光纖A、光纖B兩者中減小有效截面積Aeff約8％。
此處，作為用于增大第1芯子1的α的1種方法，有采用VAD法或MCVD法把具有比純硅石高的折射率的芯子母材預(yù)先制作成其折射率分布形狀α大的芯子母材的方法。還可以對用該方法制作的芯子母材的表面，采用HF等蝕刻法或機(jī)械外磨，進(jìn)一步增大折射率分布形狀的α的值。
特別是如果采用上述的方法，從制造方面看，使α為3以上也是比較容易的。
還有，如圖3所示，再增大α的值，使其為6以上，就能夠再降低色散斜率，如圖4所示，還能夠減小有效截面積Aeff。
順便說一下，在α為6以上的區(qū)域，如圖3、4所示，色散斜率隨著α變大而一點一點持續(xù)變小，不過，有效截面積Aeff的縮小大致呈飽和狀態(tài)。因此，優(yōu)選的是，至少使α為6以上。
實施例表3表示本發(fā)明的實施例A1～實施例A10所示的各光纖的參數(shù)的值及其特性值。另外，表3中MFD是指模式場徑。
表3

實施例A1～實施例A10都是波長1550nm處的色散的絕對值為10ps/nm/km以下，色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km。還有，截止波長λc為1450nm以下，有效截面積Aeff為12μm2以下。
此處，對實施例A1～實施例A7表示的特性值是通過模擬而獲得的結(jié)果，實施例A8～A10是實際制作光纖，對其進(jìn)行評價而獲得的特性值。另外，實際作成的光纖的特性值與通過模擬而獲得的結(jié)果大致一致。
首看實施例A1和實施例A2。為了容易比較，使波長1550nm處的色散的值大致相同。
實施例A1的光纖，第1芯子1的外徑D1和第2芯子2的外徑D2的比D1/D2為0.35，實施例2中D1/D2為0.55。
對在兩光纖中獲得的特性值進(jìn)行比較的話，實施例A2一方比實施例1有效截面積Aeff大，截止波長λc在長波長側(cè)，不過，波長1550nm處的色散斜率的值為相當(dāng)小的值。即，從色散斜率的觀點來講的話，可以推測，與D1/D2為0.3以上、0.8以下相比，優(yōu)選的是0.4以上、0.7以下。
其次，與上述相同，對實施例A4和實施例A5進(jìn)行比較。實施例A4中第1芯子的折射率分布形狀為α次曲線，α為4.5。另一方面，實施例A5中α為7。對分別獲得的光纖的特性值進(jìn)行比較的話，實施例A5一方呈現(xiàn)比實施例A4在波長1550nm處的色散斜率減小、有效截面積Aeff也小的值。根據(jù)這種觀點可以推測，與α為3.0以上相比，優(yōu)選的是6.0以上。
還有，測量了實施例A8和實施例A9表示的光纖的較長方向的色散變動。結(jié)果，實施例A9中，測量波長1552nm時，全長3km有1.9ps/nm/km的色散變動。將其換算為每1km的話，相當(dāng)于0.75ps/nm/km的色散變動。還有，對于實施例A9表示的光纖，測量波長1556nm時，全長15km有0.15ps/nm/km的色散變動。同樣，將其換算為每1km的話，相當(dāng)于0.08ps/nm/km的色散變動。如果把現(xiàn)在這種光纖用于光信號處理裝置的話，每1根能用10m～10km。例如，把1根光纖的使用長作為1km的話，實施例A8的光纖，在1根光纖的使用長的全長中較長側(cè)變動為0.75ps/nm/km，實施例A9的光纖為0.08ps/nm/km，這些變動都在容許范圍內(nèi)。
表4表示比較例A1～比較例A5表示的各光纖的參數(shù)的值及其特性值。
另外，在表4中MFD也是指模式場徑。
表4

首先，比較例A1的光纖中，第1芯子1的外徑D1和第2芯子2的外徑D2的比D1/D2的比為0.25。在該光纖中色散斜率的值相對變大了，在寬波長區(qū)域使用時，色散值的變動變大，不能進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的良好的光信號處理。
比較例A2中，第2芯子2對包層4的比折射率差Δ2為-0.5％。獲得的光纖的色散斜率的值相對變大了，該光纖也和上述比較例1相同，在寬波長區(qū)域使用時，色散值的變動變大，不能進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的更好的光信號處理。
比較例A3的光纖中，第1芯子1對包層4的比折射率差Δ1為1.8％。獲得的光纖中有效截面積Aeff相對變大了，非線性常數(shù)γ不能為30×10-10/W以上。
還有，比較例A4的光纖中，第1芯子1的折射率分布形狀為α次曲線，且α的值為2.5。獲得的光纖的色散斜率的值相對變大了，與上述比較例1和比較例2相同，在寬波長區(qū)域使用時，色散值的變動變大，不能進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的更好的光信號處理。
再有，比較例A5中，第1芯子1和純硅石的比折射率差Δ1為5.5％。該光纖中截止波長λc向長波長側(cè)轉(zhuǎn)移了，在波長1550nm使用時有問題。
圖5表示作為采用了本發(fā)明的光纖的光信號處理裝置之一例的光波長變換器之一例。按照該光波長變換器，可以把信號光的波長一總變換為其它波長。
此處，對圖5簡單進(jìn)行說明。另外，事前先調(diào)查本發(fā)明的光纖7的色散值為零的波長。
首先，該色散值為零的波長近旁的激勵光(波長λs)從光源11發(fā)出，與信號光12(波長λp)耦合。接著進(jìn)入本發(fā)明的光纖17中。這時，在該光纖17內(nèi)產(chǎn)生稱為四波混合的大的非線性現(xiàn)象，把信號光12變換為下式(5)中的波長λ。這樣就一總進(jìn)行了光波長變換。
λ＝(λp-λs)+λp (5)順便說一下，在圖5中符號13表示校直偏振波的偏振波控制器，符號14表示EDFA，即摻鉺的光纖放大器(光放大器)，符號15表示把來自光源的激勵光(波長λs)與信號光12結(jié)合起來的耦合器，符號16表示起偏器。
還有，圖6表示采用了本發(fā)明的光纖的脈沖壓縮器之一例。在圖6中，符號21、22分別表示波長不同的光源，符號23表示偏振波控制器，符號24表示耦合器。還有，符號25表示起偏器，符號26表示EDFA。并且從上述光源21、22分別連接到EDFA26的光纖及符號28表示的光纖為一般單模光纖，符號27為本發(fā)明的光纖。這樣，按規(guī)定長度交替連接本發(fā)明的光纖27和一般單模光纖28而構(gòu)成脈沖壓縮器。
不過，圖5和圖6中，作為采用了本發(fā)明的光纖的光信號處理裝置，僅表示出光波長變換器和脈沖壓縮器，不過不用說，除此以外，例如波形整形器等也能應(yīng)用本發(fā)明的光纖。
所謂光信號處理裝置，如圖7所示，至少由光源31、本發(fā)明的光纖32、信號處理部33、34構(gòu)成，信號處理部設(shè)在本發(fā)明的光纖前后的的某一處，或設(shè)在兩處。作為光信號處理裝置，有波長變換機(jī)及脈沖壓縮器等。
B偏振波保持型的高非線性光纖圖8～圖16詳細(xì)說明本發(fā)明的偏振波保持型的光纖和采用了該偏振波保持光纖的光波長變換器的實施例。
圖8表示本發(fā)明的石英玻璃制偏振波保持型的光纖的一實施例的截面示意圖，圖9表示圖8中的偏振波保持光纖810的折射率分布之一例。如圖8所示，本發(fā)明的偏振波保持光纖810由芯子83和設(shè)在其外周的包層84構(gòu)成，該芯子83由位于中心部的第1芯子81和設(shè)在其外周的第2芯子82構(gòu)成。還有，夾隔芯子83，在芯子83兩側(cè)設(shè)有2個應(yīng)力付與部件85。圖8中省略了，不過，通常在該包層84的外側(cè)有由紫外線硬化性樹脂等構(gòu)成的樹脂涂層。
此處，第1芯子81對上述包層84的比折射率差Δ1必須為1.8％以上。其理由是，如果Δ1不到1.8％，就不能獲得充分的非線性現(xiàn)象。順便說一下，為了更確實地誘起非線性現(xiàn)象，優(yōu)選的是使Δ1為2.5％以上，更優(yōu)選的是3.5％以上。對石英玻璃，通過添加例如鍺，就能夠把第1芯子81的折射率提高到這種程度。
還有，該包層84優(yōu)選的是添加了氟的石英玻璃。在包層84中添加氟，就容易增大第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1，就能夠獲得具有高的非線性的偏振波保持光纖。
再有，通過在包層84中添加氟就能使其軟化溫度下降。結(jié)果，對光纖母材進(jìn)行拉絲，獲得本發(fā)明的偏振波保持光纖時，就能降低拉絲溫度，容易獲得傳輸損耗的低的偏振波保持光纖。
還有，第2芯子82具有比第1芯子81低的折射率，且具有比包層84低的折射率。再有，第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2必須為-0.1％以下。優(yōu)選的是-0.8％以下。其理由是，如果超過-0.1％的話，具體而言，如果是-0.05％的話，截止波長就變?yōu)殚L波長，且色散斜率變大。
并且第2芯子82也與上述包層84相同，通過在石英玻璃中添加氟就能夠降低其折射率。
此處，增大第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1的話，非線性系數(shù)就能夠增大，但是截止波長就變?yōu)殚L波長，且色散斜率也變大。因此，例如使第1芯子81對包層84的非折射率差Δ1為2.5％以上時，特別優(yōu)選的是，使第2芯子82對包層84的非折射率差Δ2為-0.8％以下。
還有，優(yōu)選的是，第1芯子81對第2芯子82的比折射率差Δ3為3.5％以上。其理由是，Δ3為3.5％以上的話，就容易獲得充分的非線性現(xiàn)象。
另外，上述各比折射率差Δ1、Δ2、Δ3和Δ4由以下各式(6)～(9)定義。
Δ1＝{(nc1-nc)/nc1}·100 (6)Δ2＝{(nc2-nc)/nc2}·100 (7)Δ3＝{(nc1-nc2)/nc1}·100 (8)Δ4＝{(nb-nc)/nb}·100(9)此處，上述各式中，nc1為第1芯子81的最大折射率，nc2為第2芯子82的最小折射率，nb為應(yīng)力付與部件85的折射率，nc為包層84的折射率。還有，nb在Δ4為正的符號時為最大折射率，負(fù)的符號時為最小折射率。
此處，作為表示非線性的指標(biāo)，可以給出自相位調(diào)制的非線性相位偏移，該非線性相位偏移由下式(10)表示。
ΦNL＝(2π/λ)·(n2/Aeff)·I·Leff(10)此處，ΦNL表示非線性相位偏移，λ表示波長，n2表示非線性折射率，Aeff表示有效截面積，I表示光強度，Leff表示有效長度。
還有，(2π/λ)·(n2/Aeff)表示非線性系數(shù)。
從式(10)可知，要增大非線性相位偏移，可以增大非線性折射率n2，減小有效截面積Aeff。鍺的非線性折射率比石英玻璃的大，因而在第1芯子81中多添加鍺，就能夠增大光纖的非線性折射率n2。還有，增大第1芯子81和包層84比折射率差，就能夠減小有效截面積Aeff。因此，優(yōu)選的是，在第1芯子81中添加鍺，提高第1芯子81的折射率。
其次，圖10表示模擬給出的截止波長λc和第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1、第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2的關(guān)系。
此處，截止波長λc是指ITU-T(國際電氣通信連合)G.650定義的光纖截止波長λc。此外，本說明書中未特別定義的用語遵從ITU-TG.650的定義和測量方法。
另外，此處表示波長1550nm處的色散為0ps/nm/km，且波長1550nm處的色散斜率變小的D1/D2＝Da為0.5時Δ1和Δ2的關(guān)系。
如圖9所示，優(yōu)選的是，第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1和第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2滿足下列關(guān)系。
(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1和第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2的關(guān)系不滿足上述關(guān)系的話，減小波長1550nm處的色散的絕對值和使截止波長為1400nm以下就難同時滿足。
順便說一下，第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2必須為-0.1％以下。因為超過-0.1％的話截止波長就變?yōu)殚L波長，即1400nm以上。增加在第1芯子81中添加的鍺而增加第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1，就能夠能獲得大的非線性，不過，僅僅提高第1芯子81的折射率的話，截止波長就會向長波長移動。因此，使Δ2為-0.1％以下。
還有，在本發(fā)明中應(yīng)力付與部件85以夾隔芯子83的狀態(tài)設(shè)在其兩側(cè)。作為該應(yīng)力付與部件85，可以采用例如含硼的石英玻璃，或是含鍺的石英玻璃等。
它們具有比純石英玻璃大的熱膨脹系數(shù)，因而拉絲后在應(yīng)力付與部件85中就會產(chǎn)生拉伸變形。這樣，就會在芯子區(qū)域的一定方向付與應(yīng)力，從而表現(xiàn)偏振波保持。
優(yōu)選的是，上述應(yīng)力付與部件85對包層84的比折射率差Δ4為-0.1％以下或0.1％以上。
其理由是，如果超過-0.1％而不到0.1％的話，與包層84的折射率差變小，因而難以區(qū)別包層84與應(yīng)力付與部件85，難以識別應(yīng)力付與部件85的位置。
結(jié)果，例如，連接本發(fā)明的偏振波保持光纖810彼此，或是本發(fā)明的偏振波保持光纖810和另外的偏振波保持光纖時，為了校直兩光纖的偏振波陣面，必須識別了應(yīng)力付與部件85位置之后再連接，而如上所述，如果難以識別應(yīng)力付與部件85、85對包層84的位置的話，連接工作就很困難。
作為應(yīng)力付與部件85，優(yōu)選的是添加了硼的石英玻璃。添加了硼的石英玻璃具有比純石英玻璃低的折射率。
由于必須在用于非線性現(xiàn)象的偏振波保持光纖中盡可能大地表現(xiàn)非線性現(xiàn)象，因而優(yōu)選的是增大第1芯子81和第2芯子82以及包層84的折射率差，從而增大非線性系數(shù)。這時，設(shè)在包層區(qū)域的應(yīng)力付與部件85的折射率比包層84高的話，就不利于增大有效芯子截面積Aeff、獲得大的非線性現(xiàn)象。因此，優(yōu)選的是采用在應(yīng)力付與部件85中添加了具有比純石英玻璃低的折射率的硼的石英玻璃。
還有，該應(yīng)力付與部件85對包層84的比折射率差Δ4更優(yōu)選的是-0.8％～-0.2％。其理由是，為了獲得非線性，應(yīng)力付與部件85對包層84的比折射率差優(yōu)選的是-0.2％以下，另一方面，不到-0.8％，即為-0.9％那樣的值的話，應(yīng)力付與部件85的制作本身就變得不容易。
再有，如圖8所示，第1芯子81的直徑設(shè)為D1，夾隔芯子83設(shè)在其兩側(cè)的2個應(yīng)力付與部件85的間隔設(shè)為R時，R/D1值必須設(shè)為2.5～10。更優(yōu)選的是設(shè)為2.5以上3.7以下。
其理由是，R/D1超過10的話，就不能減小偏振波串音，也不能減小差拍長。
此處，如圖9所示，第1芯子81的直徑D1設(shè)為連接在第1芯子81中與包層84相等的折射率的位置的線的長度。還有，第2芯子82的直徑D2設(shè)為在第2芯子82和包層84的邊界區(qū)域中，連接成為Δ2的1/2的折射率的位置的線的長度。
再有，2個應(yīng)力付與部件85間的間隔R表示2個應(yīng)力付與部件85的最短間隔，設(shè)為連接成為Δ4的1/2的折射率的位置的線的長度。
順便說一下，如上所述，把R/D1設(shè)為3.7以下的話，就能夠獲得充分小的偏振波串音，是優(yōu)選的。
可是，為了增大非線性而增大了第1芯子和包層的比折射率差的本發(fā)明的偏振波保持光纖中，第1芯子81的直徑與通常的單模光纖相比就會變小。因此過分減小R/D1的值的話，設(shè)置應(yīng)力付與部件85時的加工就變難。因此R/D1的值必須為2.5以上。還有，R/D1不到2.5的話，應(yīng)力付與部件85就太靠近第2芯子82，接觸變差，因而設(shè)置應(yīng)力付與部件85時的加工仍然困難，不是優(yōu)選的。
還有，應(yīng)力付與部件85的間隔R優(yōu)選的是7μm到17μm。其理由是，應(yīng)力付與部件85的間隔R超過17μm的話，就難以減小偏振波串音，難以減小差拍長。
另一方面，應(yīng)力付與部件85的間隔R不到7μm的話，應(yīng)力付與部件85就太靠近第2芯子82，偏振波保持光纖的制造就變得困難。具體而言，為了獲得該偏振波保持光纖，在拉絲前的光纖母材上開孔，把應(yīng)力付與部件85插入該孔時，光纖母材變易破裂，這是問題所在。
還有，在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，偏振波保持光纖的長度100m且波長1550nm處的偏振波串音為-20dB以下。其理由是，超過-20dB/100m的話，就不能獲得充分的偏振波保持性能。
再有，波長1550nm處的差拍長優(yōu)選的是5mm以下。其理由是，差拍長超過5mm的話，恐怕就不能獲得充分的偏振波保持性能。
還有，本發(fā)明的偏振波保持光纖優(yōu)選的是在波長1550nm處的色散為-9～9ps/nm/km。其理由是，在本發(fā)明的偏振波保持光纖所屬的所謂石英系光纖中，在以傳輸損耗為最小的稱為C波段的波長1.55μm帶為中心的波長帶域進(jìn)行信號處理時，波長1550nm處的偏振波保持光纖的色散不到-9ps/nm/km的話，利用波長變換及波形整形等非線性現(xiàn)象的光信號處理效率就會下降。
還有，如果色散超過9ps/nm/km的話，利用波長變換及波形整形等非線性現(xiàn)象的光信號處理效率也同樣會降低。色散更優(yōu)選的是-1～1ps/nm/km。
此外，波長1550nm處的色散斜率優(yōu)選的是0.029ps/nm2/km以下。利用非線性現(xiàn)象的光信號處理受光纖的色散的很大作用，色散斜率超過0.029ps/nm2/km的話，色散的波長依賴性變大，在大的波長范圍內(nèi)的穩(wěn)定的信號處理就變難。
例如，利用四波混合的波長變換中，就會產(chǎn)生變換帶域的泵波長依賴性變大的問題。色散斜率更優(yōu)選的是0.019ps/nm2/km以下，再優(yōu)選的是0.009ps/nm2/km以下。
還有，本發(fā)明的偏振波保持光纖，波長1550nm處的直徑10mm的彎曲損耗優(yōu)選的是0.1dB/m以下。彎曲損耗為0.1dB/m以上的話，把光纖盤卷了時，損耗就可能變大。
其次，根據(jù)特性模擬來說明本發(fā)明的偏振波保持光纖。
如上所述，第2芯子82對包層84的比折射率差Δ2必須為-0.1％以下。超過-0.1％的話，截止波長就變?yōu)殚L波長，即1400nm以上。通過增加第1芯子81中添加的鍺，增加第1芯子81對包層84的比折射率差Δ1，來獲得大的非線性，不過，僅僅提高第1芯子81的折射率的話，截止波長就會向長波長移動。
但是，通過減小第2芯子82的折射率差，即使提高第1芯子81的折射率差，也能夠防止截止波長變?yōu)殚L波長。特別優(yōu)選的是，使第2芯子82對包層84的比折射率差為-0.8％以下。為了使第2芯子82對包層84的比折射率差為-0.8％以下，例如，使成為第2芯子82的石英玻璃炭黑體在含氟或氟化合物的氣氛下以加壓狀態(tài)進(jìn)行玻璃化即可。
那么，第1芯子81的直徑D1和第2芯子82的直徑D2的比D1/D2＝Da時，D1/D2必須為0.3～0.8。優(yōu)選的是0.4～0.7。
對于圖8所示的構(gòu)造的偏振波保持光纖，使第1芯子81的直徑D1和第2芯子82的直徑的D2的比D1/D2＝Da變化了時，即把第1芯子徑D1和第2芯子徑D2以外的參數(shù)固定為實施例1的值，使第1芯子徑D1和第2芯子徑D2的比D1/D2＝Da變化了時的色散斜率、有效截面積Aeff和截止波長λc的變化，即模擬的結(jié)果，分別表示在圖11、圖12和圖13中。
另外，在該圖11～13中，調(diào)整了第1芯子徑D1和第2芯子徑D2，使1550nm處的色散為零。
從圖11可以看出，Da(D1/D2)超過0.8時，以及Da(D1/D2)低于0.3的話，色散斜率的值就會比容許范圍大。
還有，從圖12可以看出，Da(D1/D2)越小，有效截面積Aeff就越小。即，模式場徑也變小，對于獲得高的非線性常數(shù)是有利的。還可以看出，Da(D1/D2)超過0.8的話，Aeff就會比容許范圍大。
從圖13可以看出，Da(D1/D2)越小，截止波長λc就越能夠變短。可以看出，Da超過0.8的話，截止波長就變?yōu)?400nm以上。
在考慮了上述模擬結(jié)果的同時，分別制造了表5、表6的實施例B1～B3表示的偏振波保持光纖。還有，表7表示測量了制造出的該各偏振波保持光纖的特性的結(jié)果。另外，在表7中，截止波長以外的特性用來表示波長1550nm處的特性。
所有的實施例的偏振波保持光纖都能夠使偏振波串音為希望的小值，即-20dB/100m以下的-28dB/100m以下，而且非線性系數(shù)也為希望的值的15/W/Km以上的15.5/W/Km以上。此外，差拍長也能夠在4.3～4.7mm的范圍內(nèi)，即希望的5mm以下。
可以看出，這樣，上述各實施例B1～B3的各偏振波保持光纖，偏振波串音小，非線性也出色，因此是適于進(jìn)行利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的光信號處理的偏振波保持光纖。
表5

表6

表7

另外，上述各實施例所示的偏振波保持光纖的制造采用以下的方法進(jìn)行。該方法是例如用VAD法來制作由通過摻雜鍺把對純石英玻璃的比折射率差調(diào)整到例如2％的石英玻璃構(gòu)成的第1芯子件。在該芯子件的外周上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體。接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含SiF4和He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃，這樣就設(shè)置了由摻雜了氟的石英玻璃構(gòu)成的第2芯子件。
再在該外周上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃，這樣就設(shè)置了由石英玻璃構(gòu)成的包層件。
這樣就獲得了下面的光纖母材該光纖母材在例如對包層的比折射率差為2.8％的第1芯子件外周上，設(shè)置了對包層的比折射率差為-1.0％的摻雜了氟的第2芯子件，再在其外周上設(shè)置了由石英玻璃構(gòu)成的包層件。
在獲得的光纖母材的兩端，為了防止破裂，熔接連接了由石英玻璃構(gòu)成的部件。這樣，在光纖母材的兩端，連接由石英玻璃構(gòu)成的部件，在以后的工序中的光纖母材的龜裂產(chǎn)生及破損就會降低。
把石英玻璃制部件熔接連接在光纖母材兩端之后，在連接了的兩端的石英玻璃部件的部分，對光纖母材的軸方向垂直地、使切斷面平坦地將其切斷。接著從切斷了的平坦面，在夾著芯子件的兩側(cè)開孔，以便插入應(yīng)力付與部件。然后，在該孔中插入預(yù)先準(zhǔn)備好的具有比孔的內(nèi)徑小的外徑的由硼加添石英玻璃構(gòu)成的應(yīng)力付與部件。
把插入了應(yīng)力付與部件的光纖母材導(dǎo)入設(shè)在拉絲爐的母材投入口的上方的母材一體化爐中，進(jìn)行加熱，使兩者軟化、一體化。和應(yīng)力付與部件一體化了的光纖母材的溫度下降而硬化的話，由于光纖母材和應(yīng)力付與部件的熱膨脹系數(shù)的顯著差異，因而很擔(dān)心光纖母材破裂。因此，光纖母材和應(yīng)力付與部件一體化之后不對其冷卻，而直接導(dǎo)入拉絲爐，按規(guī)定的光纖外徑進(jìn)行拉絲，獲得偏振波保持光纖。
在拉絲后的玻璃制偏振波保持光纖上，拉絲后立刻設(shè)置例如由紫外線硬化性樹脂，或是熱硬化性樹脂構(gòu)成的樹脂涂層。樹脂涂層為紫外線硬化性樹脂時，使用涂層塑模在玻璃制偏振波保持光纖的外周涂敷樹脂，照射紫外線，使其硬化之后，卷成卷。
不過，本發(fā)明的偏振波保持光纖的制造不限于上述制造方法，例如作為光纖母材的合成方法，不用說，除了VAD法以外，MCVD法或OVD法等現(xiàn)有的氣相增長法也可以應(yīng)用。
此處，把上述本發(fā)明的偏振波保持光纖卷成外徑約180mm的卷，獲得波長變換器。對該波長變換器的特性進(jìn)行研究，它在寬帶域展現(xiàn)了出色的波長變換特性。
C低傳輸損耗型的高非線件光纖實施例C1首先，準(zhǔn)備好由摻雜鍺而把對純硅石的比折射率差調(diào)整到了2.8％的硅石玻璃構(gòu)成的第1芯子件。在該芯子件的外周上，對四氯化硅(SiCl4)氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含SiF4和He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃，這樣就設(shè)置了由摻雜了氟的硅石玻璃構(gòu)成的第2芯子件。
其次，在該第2芯子的外周上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃，形成由純硅石構(gòu)成的包層。
這樣就獲得了下面的光纖母材該光纖母材的構(gòu)造為，在對純硅石的相對折射率為2.8％的第1芯子的外周上，設(shè)置了對純硅石的相對折射率為-0.55％的摻雜了氟的第2芯子，再在其外周上具有由純硅石構(gòu)成的包層。
獲得的母材由拉絲爐進(jìn)行拉絲，就獲得了包層的外徑為90μm的光纖。下表8表示獲得的光纖的特性。
實施例C2除了包層的外徑為80μm以外，與實施例C1相同，制作出與實施例1相同的構(gòu)造的光纖。
實施例C3除了包層的外徑為100μm以外，與實施例C1相同，制作出與實施例1相同的構(gòu)造的光纖。
比較例C1除了包層的外徑為125μm以外，與實施例C1相同，制作出與實施例1相同的構(gòu)造的光纖。
比較例C2除了包層的外徑為120μm以外，與實施例C1相同，制作出與實施例1相同的構(gòu)造的光纖。
比較例C3除了包層的外徑為130μm以外，與實施例C1相同，制作出與實施例1相同的構(gòu)造的光纖。
另外，對于實施例C2、C3、比較例C1～C3，通過母材的包層的厚調(diào)整，做成了外徑80、100、120、125、130μm的光纖時的第1芯子徑和第2芯子徑與實施例C1相同。
下表8表示獲得的光纖的特性。另外，特性的測量波長為截止波長以外，為1550nm，彎曲損耗是在直徑5mm的值。
表8

※@1550nm實施例C4除第1芯子件使用了由摻雜鍺把對純硅石的比折射率差調(diào)整為2.0％的硅石類玻璃構(gòu)成的第1芯子件以外，與實施例C1相同，獲得下表9所示的構(gòu)造的光纖。下表9表示獲得的光纖的特性。
比較例C4除第1芯子件使用了由摻雜鍺把對純硅石的比折射率差調(diào)整為2.0％的硅石類玻璃構(gòu)成的第1芯子件以外，與實施例C1相同，獲得下表9所示的構(gòu)造的光纖。下表9表示獲得的光纖的特性。
表9

※@1550nm
特性的測量波長在截止波長以外，為1550nm，彎曲損耗為在直徑5mm的值。從上述表8、表9可以看出，實施例C1～C4所涉及的光纖，傳輸損耗減小，出色。相比之下，比較例C1～C4所涉及的光纖，傳輸損耗大。
如以上說明了的，本發(fā)明的光纖，非線性常數(shù)n2/Aeff為20×10-10/W以上，1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km以下，彎曲損耗為0.1dB/m以下，包層的外徑為70～110μm，因而同時具有高的非線性和低的傳輸損耗，能夠有效地引起非線性現(xiàn)象，并能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊化，因而對利用非線性現(xiàn)象的光信號處理是有用的。
在上述低損耗的高非線性光纖的一端或兩端，熔接外徑120～130μm的單模光纖或色散偏移光纖，并對該熔接部實施加熱處理而成的光纖也是可以的。圖14、圖15表示這種情況。本發(fā)明的光纖141通過連接部143而熔接結(jié)合于包層外徑120～130μm的單模光纖(或包層外徑120～130μm的色散偏移光纖或Aeff為20μm2以上的光纖)142。圖15的144表示本發(fā)明的光纖內(nèi)的芯子，146表示被加熱處理了的連接部的芯子，145表示光纖105內(nèi)的芯子。
把包層外徑設(shè)為70～110μm的話，跟其它光纖的在現(xiàn)場的連接就很困難，且連接損耗變大，而本發(fā)明所涉及的高非線性光纖預(yù)先與外徑120～130μm的單模光纖或色散偏移光纖對準(zhǔn)各自的中心而熔接，對熔接部進(jìn)行加熱處理，從而能夠做成跟其它光纖在現(xiàn)場連接容易的光纖。
優(yōu)選的是，對于本發(fā)明所涉及的高非線性光纖和要熔接的外徑120～130μm的光纖，使各自的中心對準(zhǔn)。使各自的光纖中心對準(zhǔn)，就能夠降低連接損耗。還有，優(yōu)選的是，熔接之后對熔接部進(jìn)行加熱處理。熔接后進(jìn)行加熱處理，連接部芯子的摻雜劑就會擴(kuò)散，模式場徑就會擴(kuò)大，從而就能夠減小熔接部的連接損耗。
還有，本發(fā)明所涉及的光纖中，把包層徑作為70～110μm，因而能減小包括樹脂涂層的外徑，可以緊湊地卷成卷狀。把本發(fā)明所涉及的光纖卷成最大卷徑20cm以下，優(yōu)選的是18cm以下而收存起來的例如光2R用、光3R用、波長變換用的子系統(tǒng)裝置，可以進(jìn)行利用高非線性現(xiàn)象的光信號處理，并且具有緊湊的這種優(yōu)點。
E效率改善型的高非線性光纖試作例E1在由摻雜鍺而把對純硅石的比折射率差調(diào)整到了2.0％的硅石玻璃構(gòu)成的第1芯子件上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含SiF4和He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃。
其次，在其上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃。
這樣就獲得了下面的光纖母材該光纖母材在對純硅石的相對折射率為2.0％的第1芯子的外周上，設(shè)置了對純硅石的相對折射率為-0.55％的摻雜了氟的第2芯子，再在其外周上具有由純硅石構(gòu)成的包層。另外，此處把第1芯子徑D1對第2芯子徑D2的比Da設(shè)為0.56。
這樣獲得的母材由拉絲爐進(jìn)行拉絲，從而獲得包層的外徑為125μm的光纖。圖19表示獲得的光纖的折射率分布形狀，圖20表示截面構(gòu)造。由第1芯子201、第2芯子202、包層203和樹脂涂層204構(gòu)成。還有，下表10表示獲得的光纖的特性。
試作例子E2、E4～E6
除改變了芯子件的折射率和Da以外，與試作例子E1相同，獲得光纖。圖19表示獲得的光纖的折射率分布形狀，圖20表示截面構(gòu)造。還有，下表10表示獲得的光纖的特性。
試作例E3在由摻雜鍺而把對純硅石的比折射率差調(diào)整到了2.0％的硅石玻璃構(gòu)成的第1芯子件上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)體，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含SiF4和He的氣氛下對其加熱，使其成為透明玻璃。
其次，在其上，對SiCl4氣體進(jìn)行火焰水解，使炭黑堆積，形成多孔質(zhì)包層，接著在含Cl2的He中對其加熱，使其脫水，再在含SiF4和He的氣氛下使其成為透明玻璃。
這樣就獲得了在對純硅石的相對折射率為2.0％的第1芯子的外周上具有對純硅石的相對折射率為-0.55％的摻氟的包層的光纖母材。
這樣獲得的光纖母材由拉絲爐進(jìn)行拉絲，從而獲得包層的外徑為125μm的光纖。圖21表示獲得的光纖的折射率分布形狀，圖22表示截面構(gòu)造。由芯子221、包層222和樹脂涂層223構(gòu)成。還有，下表10表示獲得的光纖的特性。
表10

(注)測量波長為1550nm。
下表11表示采用了試作例E1～E6的光纖的各種光纖長的實施例。
表11

(注1)測量波長為1550nm。
(注2)卷直徑5mm。
對于獲得的光纖，按各種光纖長L來計算(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值，即自相位調(diào)制的ΦNL/I，如圖17和圖18所示。
實施例E1～E3、E6是采用了γ＝(2π/λ)(n2/Aeff)在8～17/W/km的范圍的光纖的例子，從圖17可以看出，對于這些光纖，光纖長超過30km的話，即使再增長光纖長，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值也幾乎不增加。
實施例E4、E5是采用了γ＝(2π/λ)(n2/Aeff)在17～27/W/km的范圍的光纖的例子，從圖17可以看出，對于這些光纖，在光纖長超過10km的的范圍，即使再增長光纖長，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值也幾乎不增加。
工業(yè)實用性如以上詳細(xì)說明了的，按照本發(fā)明，就能夠獲得以下光纖λ在1500nm～1600nm的范圍時(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值滿足1/W以上，波長1550nm處的波長色散的絕對值為30ps/nm/km以下，波長1550nm處的彎曲損耗為0.5dB/m以下，從而能夠有效地進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的信號處理。并且，采用了這種光纖的光信號裝置按圖7那樣構(gòu)成。
還有，λ在1500nm～1600nm的范圍時把(2π/λ)(n2/Aeff)和L、a設(shè)在規(guī)定的范圍，就能夠獲得可進(jìn)行利用非線性現(xiàn)象的信號處理的光纖。
權(quán)利要求
1.一種光纖，其特征在于，波長1550nm處的色散斜率為-0.01～0.01ps/nm2/km，波長1550nm處的色散的絕對值為10ps/nm/km及以下，且波長1550nm處的非線性常數(shù)為30×10-10/W及以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖，其特征在于，波長1550nm處的色散斜率為-0.005～0.005ps/nm2/km。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖，其特征在于，波長1550nm處的非線性常數(shù)為40×10-10/W及以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任意一項所述的光纖，其特征在于，截止波長λc為1450nm及以下，有效截面積Aeff為12μm2及以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖，其特征在于，有效截面積Aeff為10μm2及以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任意一項所述的光纖，其特征在于，波長1550nm處的色散的絕對值為5ps/nm/km及以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任意一項所述的光纖，其特征在于，在波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖較長方向的色散值的最大值和最小值的差在1根光纖的使用長的全長中為1ps/nm/km及以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖，其特征在于，在波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖較長方向的色散值的最大值和最小值的差在1根光纖的使用長的全長中為0.2ps/nm/km及以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任意一項所述的光纖，其特征在于，具有第1芯子，具有比純硅石高的折射率；第2芯子，設(shè)在該第1芯子的外周，具有比純硅石低的折射率；以及包層，在該第2芯子的外周，比第1芯子折射率低，比第2芯子折射率高，所述第1芯子的外徑D1為2～5μm，所述第1芯子的外徑D1和所述第2芯子的外徑D2的比D1/D2＝Da為0.3及以上、0.8及以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子的外徑D1和所述第2芯子的外徑D2的比D1/D2＝Da為0.4及以上、0.7及以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子和包層的比折射率差Δ1為2.0～5.0％，所述第2芯子和包層的比折射率差Δ2為-1.4～-0.7％。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子和包層的比折射率差Δ1為2.4～4.0％，所述第2芯子和包層的比折射率差Δ2為-1.2～-0.8％。
13.根據(jù)權(quán)利要求9～12中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子的折射率分布形狀為α次曲線，α為3.0及以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子的折射率分布形狀為α次曲線，α為6.0及以上。
15.一種光信號處理裝置，其特征在于，采用了所述權(quán)利要求1～14中任意一項所述的光纖。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光信號處理裝置，其特征在于，所述光信號處理裝置為光波長變換器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光信號處理裝置，其特征在于，所述光信號處理裝置為脈沖壓縮器。
18.一種光纖，具有芯子、設(shè)在該芯子的外周的包層、以及設(shè)在所述芯子的兩側(cè)的2個應(yīng)力付與部件的石英玻璃類，其特征在于，波長1550nm處的非線性系數(shù)為15/W/Km及以上，截止波長為1500nm及以下，波長1550nm處的色散為-9ps/nm/km至9ps/nm/km，波長1550nm處的色散斜率為0.029ps/nm2/km及以下，且波長1550nm處的偏振波串音為-20dB/100m及以下。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光纖，其特征在于，截止波長為1400nm及以下，波長1550nm處的色散斜率為0.019ps/nm2/km及以下，波長1550nm處的差拍長為5mm及以下，且波長1550nm處的直徑10mm的彎曲損耗為0.1dB/m及以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的光纖，其特征在于，所述芯子由位于中心部的第1芯子和設(shè)在該第1芯子的外周的第2芯子構(gòu)成，所述第2芯子具有比所述第1芯子低的折射率，所述包層具有比所述第2芯子高且比所述第1芯子低的折射率。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子對所述包層的比折射率差Δ1為1.8％及以上，所述第2芯子對所述包層的比折射率差Δ2為-0.1％及以下，所述應(yīng)力付與部件的間隔R和所述第1芯子的直徑D1的比R/D1為2.5至10，所述第1芯子的直徑D1和所述第2芯子的直徑D2的比D1/D2為0.3至0.8。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力付與部件的間隔R和所述第1芯子的直徑D1的比R/D1為2.5至3.7。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力付與部件的間隔R為7μm至17μm。
24.根據(jù)權(quán)利要求21～23中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子的直徑D1和所述第2芯子的直徑D2的比D1/D2為0.4至0.7。
25.根據(jù)權(quán)利要求20～24中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子對所述包層的比折射率差Δ1和所述第2芯子對包層的比折射率差Δ2滿足下列關(guān)系(Δ2)＜-0.52·(Δ1)+1。
26.根據(jù)權(quán)利要求21～25中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述第2芯子對所述包層的比折射率差Δ2為-0.8％及以下，所述第1芯子對所述第2芯子的比折射率差Δ3為3.5％及以上。
27.根據(jù)權(quán)利要求18～26中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述應(yīng)力付與部件是添加了硼的石英玻璃，所述包層是添加了氟的石英玻璃，所述應(yīng)力付與部件對所述包層的比折射率差Δ4為-0.1％及以下或0.1％及以上。
28.一種光波長變換器，其特征在于，使用了權(quán)利要求18所述的光纖。
29.一種光纖，由芯子和包層構(gòu)成，特征在于，非線性常數(shù)n2/Aeff為20×10-10/W及以上，波長1550nm處的波長色散的絕對值為20ps/nm/km及以下，彎曲損耗為0.1dB/m及以下，波長1550nm處的波長色散斜率為0.019ps/nm2/km及以下，所述包層的外徑為70～110μm。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光纖，其特征在于，截止波長為1350nm及以下。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的光纖，其特征在于，在波長1510～1590nm中的任意波長處的光纖較長方向的波長色散的最大值和最小值的差即變動幅度在1根光纖的使用長的全長中為3ps/nm/km及以下。
32.根據(jù)權(quán)利要求29～31中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述芯子至少具有位于中心部的第1芯子，所述第1芯子由含有氧化鍺的石英玻璃構(gòu)成，所述芯子對所述包層的比折射率差為1.5％及以上。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的光纖，其特征在于，所述芯子對所述包層的比折射率差為2.5％及以上。
34.根據(jù)權(quán)利要求29～33中任意一項所述的光纖，其特征在于，所述芯子由位于中心部的第1芯子和覆蓋第1芯子的外周的第2芯子構(gòu)成，所述包層由純硅石玻璃或具有接近純硅石的折射率的硅石類玻璃構(gòu)成，所述第2芯子對所述包層的比折射率差為-1.2～-0.4％。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子對所述第2芯子的比折射率差為3％及以上。
36.根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的光纖，其特征在于，所述第1芯子外徑為D1，所述第2芯子的外徑為D2時，D1/D2＝Da為0.3～0.7。
37.一種光纖，其特征在于，在權(quán)利要求29所述的光纖的一端或兩端使各自的中心一致而熔接包層外徑120～130μm的單模光纖、包層外徑120～130μm色散偏移光纖或Aeff為20μm2及以上的光纖中任意一種光纖，并對該熔接部實施加熱處理。
38.一種光信號處理裝置，其特征在于，所述光信號處理裝置采用了所述權(quán)利要求1所述的光纖。
39.一種光纖，其特征在于，n2/Aeff為非線性常數(shù)，a為傳輸損耗，λ為波長，L為光纖的長度時，λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)[1-exp(-aL)]/a的值為1/W及以上，波長1550nm處的波長色散的絕對值為30ps/nm/km及以下，波長1550nm處的直徑5mm的彎曲損耗為0.5dB/m及以下。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的光纖，其特征在于，λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)為8～17/W/km，L為0.5～30km，傳輸損耗a為0.2～0.6dB/km。
41.一種光纖，其特征在于，λ在1500nm～1600nm的范圍中，(2π/λ)(n2/Aeff)為17～27/W/km，L為0.01～10km，傳輸損耗a為0.4～2dB/km。
42.一種光信號處理裝置，其特征在于，所述光信號處理裝置采用了所述權(quán)利要求39～41中任意一項所述的光纖。
全文摘要
本發(fā)明提供一種非線性出色的光纖，特別是在波長1550nm近旁的寬波長區(qū)域中穩(wěn)定、色散值低的高非線性的光纖。還提供采用了該光纖的光信號處理裝置，更具體的是光波長變換器和脈沖壓縮器。本發(fā)明的光纖，具有芯子和設(shè)在該芯子的外側(cè)的包層，其特征在于，波長1550nm處的色散斜率為－0.01～0.01ps/nm
文檔編號G02B6/024GK1711500SQ20038010308
公開日2005年12月21日 申請日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月7日
發(fā)明者廣石治郎, 宮部亮, 杉崎隆一, 熊野尚美 申請人:古河電氣工業(yè)株式會社