JP2011150133A - マルチコア光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】偏波モード分散の増大が抑制されたマルチコア光ファイバを提供する。
【解決手段】マルチコア光ファイバ１では、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、複数のマルチコアユニット２１〜２７が各マルチコアユニットの中心に関して３回以上の回転対称性を有するように配置されていることから、構造非対称性が低減され、構造複屈折を低減することができ、偏波モード分散の増大が抑制される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信用の伝送用媒体として、同一断面上に複数のコア領域が配置されたマルチコア光ファイバに関する。

近年の光ファイバネットワークのトラフィック量の増大に対応する光ファイバとして、１本のファイバに多数のコアを収容したマルチコア光ファイバ（Multicore fiber；ＭＣＦ）の使用が注目されている。このマルチコア光ファイバとして、例えば、非特許文献１の図７には、屈折率差とコア径とが同一の複数のコアを密に配置した結合コア群が、隣接した結合コア群との間でのクロストークを回避することが可能な非結合距離だけ離間して配置されたマルチコアファイバが記載されている。

國分、外１名、「異種非結合および同種結合マルチコアファイバ」、2009年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会通信講演論文集２、電子情報通信学会2009年9月、S-42−S-43

しかしながら、非特許文献１の図７に記載されたマルチコアファイバの結合コア群の配置によれば、１８０度回転させると回転前の配置と一致する２回の回転対称性を有している一方、横方向と縦方向との間ではその構成が大きく異なる。したがって、この光ファイバでは、大きな構造複屈折が発生し、その結果、偏波モード分散（Polarization Mode Dispersion；ＰＭＤ）が増大する可能性がある。偏波モード分散は、光ファイバ通信におけるビットレートや伝送距離を制限する一因であるため、偏波モード分散の増大は大容量且つ長距離伝送にマルチコア光ファイバを適用する際の大きな問題となる可能性がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、偏波モード分散の増大が抑制されたマルチコア光ファイバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るマルチコア光ファイバは、複数のコア領域が光軸方向に延びて所定のコア配列構造を形成した複数のマルチコアユニットを有し、前記複数のマルチコアユニットのそれぞれは、光軸方向に延びて、その周囲がクラッド領域で覆われると共に、当該光軸方向に直交する断面において、当該マルチコアユニットの中心に関して３回以上の回転対称性を有することを特徴とする。

上記のマルチコア光ファイバによれば、複数のマルチコアユニットが、光軸方向に直交する断面において、マルチコアユニットの中心に関して３回以上の回転対称性を有するように配置されていることから、構造非対称性が低減され、構造複屈折を低減することができ、偏波モード分散の増大が抑制される。

ここで、本発明に係るマルチコア光ファイバは、複数のマルチコアユニットのうち１以上の隣接するマルチコアユニット間において、そのコア配列構造が互いに同じであると共に、当該コア配列構造に含まれる前記コア領域の屈折率分布が互いに異なる態様とすることができる。

このように、１以上の隣接するマルチコアユニット間において、そのコア配列構造が互いに同じであると共に、当該コア配列構造に含まれる前記コア領域の屈折率分布が互いに異なることで、この屈折率分布が異なるコア領域を備えた隣接するマルチコアユニット間の結合を低減させ、マルチコアユニット間のクロストークを低減させることが可能となる。

また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、複数のマルチコアユニットは、１以上の隣接するマルチコアユニット間で、互いに異なるコア配列構造を有するマルチコアユニットが含まれる態様とすることができる。

このように、１以上の隣接するマルチコアユニット間で互いに異なるコア配列構造を有する態様とすることで、他のマルチコアユニットとの間の結合を低減させ、クロストークを低減させることが可能となる。

また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、複数のマルチコアユニットのうちの１つのマルチコアユニットと、このマルチコアユニットに対して隣接するマルチコアユニットとの間に漏洩低減部が存在する態様とすることもできる。

このように、隣接して配置された２つのマルチコアユニットの間に漏洩低減部が存在する態様とすることで、このマルチコアユニットの間のクロストークを低減させることが可能となる。

本発明によれば、偏波モード分散の増大が抑制されたマルチコア光ファイバが提供される。

第１実施形態に係るマルチコア光ファイバの構成を示す図である。 図１のマルチコア光ファイバの光軸に垂直な断面を示す図である。 第２実施形態に係るマルチコア光ファイバの光軸に垂直な断面を示す図である。 第３実施形態に係るマルチコア光ファイバの光軸に垂直な断面を示す図である。 第４実施形態に係るマルチコア光ファイバの光軸に垂直な断面を示す図である。 図４のマルチコア光ファイバの断面の一部を拡大した図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバの構成を示す図である。図１に示すように、マルチコア光ファイバ１は、ファイバ中心の光軸Ａ_Ｘに沿ってそれぞれ伸び、その周囲がクラッド領域３０で覆われた複数のコア領域１０で構成されたマルチコアユニット２０を含む裸光ファイバと、この裸光ファイバの外周に設けられた樹脂被覆４０を備える。裸光ファイバに含まれるマルチコアユニット２０は、それぞれ４つのコア領域１０から構成される。なお、コア領域１０それぞれを覆うクラッド領域は、コア領域１０それぞれを一体的に覆う共通のクラッド領域であっても、コア領域１０それぞれに用意されたクラッド領域であってもよい。

この図１に示すマルチコア光ファイバ１の光軸Ａ_Ｘに垂直な断面を図２に示す。図２に示すように、このマルチコア光ファイバ１では、４つのコア領域１０からなり同一のコア配列構造を有するマルチコアユニット２１〜２７が光軸Ａ_Ｘに垂直な断面に配置されている。そして、このマルチコアユニット２１〜２７の中心が、六方格子の格子点上となる位置に配置されている。また、各マルチコアユニット２１〜２７を構成する４つのコア領域１０は、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、マルチコアユニット２１〜２７のそれぞれの中心に関して４回の回転対称性を有している。そして、マルチコアユニット２１〜２７のうちの一つのマルチコアユニットに含まれる４つのコア領域１０は、これらのコア領域１０の間での結合が積極的に起きるように近接して配置され、所謂結合型のマルチコアを形成している。また、マルチコアユニット２１〜２７をそれぞれ構成する４つのコア領域１０はその屈折率分布が全てのマルチコアユニット２１〜２７において同一となっている。

上記のマルチコア光ファイバ１の構成の一例として、例えば、マルチコア光ファイバ１のうち樹脂被覆４０を除く裸光ファイバは直径が１２５μｍの石英系光ファイバであって、マルチコアユニット２１〜２７を構成する４つのコア領域１０には、それぞれ屈折率増加剤としてＧｅＯ_２が添加され、コア領域１０の外周に設けられたクラッド領域２０は純シリカからなる構成が挙げられる。このとき、このマルチコア光ファイバ１における複数のコア領域１０のそれぞれは、コア半径が８．５μｍであり、ステップ構造の屈折率プロファイルを有する。また、このステップ構造屈折率プロファイルにおいて、コアとクラッドとの間の比屈折率差は、０．３５％とされる。そして、マルチコアユニット２１〜２７の中心が配置される六方格子は格子間隔が３２μｍとする構成が挙げられる。

上記のマルチコア光ファイバ１によれば、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、複数のマルチコアユニット２１〜２７が、各マルチコアユニットの中心に関して３回以上の回転対称性を有するように配置されていることから、構造非対称性が低減され、構造複屈折を低減することができ、偏波モード分散の増大が抑制される。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２の光軸に垂直な断面（樹脂被覆を除く裸光ファイバの部分のみ）を示す図である。図３に示すマルチコア光ファイバ２は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と比較して、以下の点が相違する。すなわち、マルチコア光ファイバ２に含まれるマルチコアユニット３１〜３７にはそれぞれ７つのコア領域１０（１０ａ〜１０ｄ）が含まれ、このマルチコアユニット３１〜３７のうち１以上の隣接するマルチコアユニットの間においてコア配列構造が互いに同じであると共に、そのマルチコアユニットのコア配列構造に含まれるコア領域の屈折率分布が互いに異なる点である。以下、具体的に説明する。

図３に示すように、マルチコア光ファイバ２では、７つのコア領域１０（１０ａ〜１０ｄ）からなり同一のコア配列構造を有するマルチコアユニット３１〜３７が光軸Ａ_Ｘに垂直な断面に配置されている。そして、このマルチコアユニット３１〜３７の中心が、六方格子の格子点上となる位置に配置されている。マルチコアユニット３１〜３７のうちの一つのマルチコアユニットに含まれる７つのコア領域１０は、これらのコア領域１０の間での結合が積極的に起きるように近接して配置され、所謂結合型のマルチコアを形成している。

そして、マルチコアユニット３１〜３７のうち、マルチコアユニット３１では、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、１つのコア領域１０ａがマルチコアユニット３１の中心に配置され、コア領域１０ａとは異なる屈折率分布であって、さらに互いに異なる屈折率分布を有する２種類のコア領域１０ｂと１０ｃがコア領域１０ａの周囲を囲むように交互に配置される。一方、マルチコアユニット３２〜３６では、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、同一の屈折率分布を有するコア領域１０ｄが、マルチコアユニット３１と同様に、１つのコア領域１０ｄを中心とし、その周囲を６つのコア領域１０ｄが取り囲むように配置される。この結果、マルチコアユニット３１〜３７において、マルチコアユニット３１〜３７それぞれの中心に関して６回の回転対称性を有するようにコア領域１０が配置される。

上記のマルチコア光ファイバ２の構成として、マルチコア光ファイバ２のうち樹脂被覆４０を除く裸光ファイバの直径が１２５μｍである場合に、複数のコア領域１０ａ〜１０ｄの構成の一例としては、例えば、コア領域１０ａ〜１０ｄのコア半径が８．５μｍであり、それぞれステップ構造の屈折率プロファイルを有し、コア領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにおけるコアとクラッドとの間の比屈折率差がそれぞれ０．１，０．２，０．３，０．３５％とされ、マルチコアユニット３１〜３７の中心が配置される六方格子の格子間隔を４０μｍとする構成が挙げられる。なお、上記の構成に含まれるコア領域のうち、マルチコアユニット３１に含まれて、その比屈折率差が０．１％であるコア領域１０ａ及び比屈折率差が０．２％であるコア領域１０ｂは、他のコア領域１０ｃ，１０ｄとの間で伝送損失が異なる可能性があるが、コア領域１０ａ及び１０ｂを実際の通信には使用しない構成とすることで、実際の通信に使用されるコア領域における伝送損失を同等とすることができる。

また、このマルチコア光ファイバ２における複数のコア領域１０ａ〜１０ｄの他の構成としては、例えば、コア領域１０ａ〜１０ｄのコア半径が７．５μｍであり、それぞれステップ構造の屈折率プロファイルを有し、コア領域１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄにおけるコアとクラッドとの間の比屈折率差がそれぞれ０，−０．１，０．４５，０．４５％とされ、マルチコアユニット３１〜３７の中心が配置される六方格子の格子間隔を４０μｍとする構成が挙げられる。

本実施形態に係るマルチコア光ファイバ２のように、複数のマルチコアユニット３１〜３７のうち、１以上の隣接するマルチコアユニット間において、そのコア配列構造が互いに同じであると共に、当該コア配列構造に含まれるコア領域の屈折率分布が互いに異なる構成とすることで、この屈折率分布が異なるコア領域を有する他のマルチコアユニット（本実施形態では、マルチコアユニット３１に対するマルチコアユニット３２〜３７）との間の結合を低減させ、マルチコアユニット間のクロストークを低減させることが可能となる。

（第３実施形態）
図４は、第３実施形態に係るマルチコア光ファイバ３の光軸に垂直な断面（樹脂被覆を除く裸光ファイバの部分のみ）を示す図である。図４に示すマルチコア光ファイバ３は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と比較して、以下の点が相違する。すなわち、マルチコア光ファイバ３に含まれるマルチコアユニット４１〜４７において、互いに異なるコア配列構造を有するマルチコアユニットが含まれる点である。

図４に示すように、マルチコア光ファイバ３では、六方格子の格子点上となる位置にその中心が配置された７つのマルチコアユニット４１〜４７が設けられている。具体的には、７つのコア領域１０からなるマルチコアユニット４１が六方格子の中央部の格子点、すなわち、マルチコア光ファイバ３の中心に配置されている。このマルチコアユニット４１では、１つのコア領域１０がマルチコアユニット４１の中心に配置され、その周囲を６つのコア領域１０が取り囲むように配置される。そして、３つのコア領域１０からなるマルチコアユニット４２，４４，４６と４つのコア領域１０からなるマルチコアユニット４３，４５，４７が六方格子の外周部の格子点上に交互に配置される。マルチコアユニット４１を構成するコア領域１０は、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、マルチコアユニット４１の中心に関して６回の回転対称性を有するように配置されている。そして、マルチコアユニット４２，４４，４６を構成するコア領域１０は、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、マルチコアユニット４２，４４，４６それぞれの中心に関して３回の回転対称性を有し、マルチコアユニット４３，４５，４７を構成するコア領域１０は、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、マルチコアユニット４３，４５，４７それぞれの中心に関して４回の回転対称性を有するように配置されている。そして、マルチコアユニット４１〜４７のうちの一つのマルチコアユニットに含まれるコア領域１０は、同一のマルチコアユニットを構成するコア領域１０の間での結合が積極的に起きるように近接して配置され、所謂結合型のマルチコアを形成している。なお、マルチコアユニット４１〜４７をそれぞれ構成するコア領域１０はその屈折率分布が全てのマルチコアユニット４１〜４７において同一となっている。

上記のマルチコア光ファイバ３の構成として、例えば、マルチコア光ファイバ３のうち樹脂被覆４０を除く裸光ファイバの直径が１２５μｍである場合に、複数のコア領域１０のそれぞれは、コア半径が８．５μｍであり、ステップ構造の屈折率プロファイルを有する構成が挙げられる。このとき、このステップ構造屈折率プロファイルにおいて、コアとクラッドとの間の比屈折率差は、０．３５％とされる。そして、マルチコアユニット４１〜４７の中心が配置される六方格子は格子間隔が３６μｍとされる。

このように、マルチコアユニット４１〜４７のうち、１以上の隣接するマルチコアユニット間で互いに異なるコア配列構造を有する態様とすることで、互いに異なるコア配列構造を有する他のマルチコアユニットとの間の結合を低減させ、クロストークを低減させることが可能となる。そして、本実施形態のマルチコア光ファイバ３では、このクロストークのさらなる低減を、マルチコアユニット４１〜４７に含まれるコア領域１０の屈折率分布の変更を伴うことなく達成することができるという効果を奏する。

なお、上記のマルチコア光ファイバ３の他の構成として、例えば、マルチコア光ファイバ３のうち樹脂被覆４０を除く裸光ファイバの直径が１２５μｍである場合に、複数のコア領域１０のそれぞれは、コア半径が８．５μｍであり、ステップ構造の屈折率プロファイルを有する構成が挙げられる。このとき、このステップ構造屈折率プロファイルにおいて、コアとクラッドとの間の比屈折率差は、０．３５％とされる。そして、六方格子の中心に配置されるマルチコアユニット４１〜４７については、その外側に比屈折率差が−０．３％であって厚さが５μｍのトレンチを設けた構造を採用することもできる。このようにトレンチを設けた場合には、曲げ損失を低減させると共に、より一層のマルチコアユニット間のクロストークの低減が可能となる。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態に係るマルチコア光ファイバ４の光軸に垂直な断面（樹脂被覆を除く裸光ファイバの部分のみ）を示す図である。図５に示すマルチコア光ファイバ４は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と比較して、以下の点が相違する。すなわち、マルチコア光ファイバ４では、マルチコアユニット２１〜２７のそれぞれの周囲に環状の漏洩低減部６０が設けられる点である。

図５に示すように、本実施形態に係るマルチコア光ファイバ４には、７つのマルチコアユニット２１〜２７が設けられ、この７つのマルチコアユニット２１〜２７を構成する４つのコア領域１０は、光軸Ａ_Ｘ方向に直交する断面において、マルチコアユニット２１〜２７のそれぞれの中心に対して４回の回転対称を有するように配置されている。そして、マルチコアユニット２１〜２７のうちの一つのマルチコアユニットに含まれる４つのコア領域１０は、これらのコア領域１０の間での結合が積極的に起きるように近接して配置され、所謂結合型のマルチコアを形成している。また、マルチコアユニット２１〜２７をそれぞれ構成する４つのコア領域１０はその屈折率分布が全てのマルチコアユニット２１〜２７において同一とされている。この点は、マルチコア光ファイバ１と同様の点である。そして、マルチコアユニット２１〜２７のそれぞれの周囲に漏洩低減部６０が設けられている。

この漏洩低減部６０について、図６を用いて説明する。図６は、漏れ光低減メカニズムとともに漏洩低減部の構造及び機能を説明するための図であり、図５に示す領域Ａ（光軸Ａ_Ｘに直交する当該マルチコア光ファイバ４の断面上の領域）に相当している。

図６に示すように、環状の漏洩低減部６０がマルチコアユニット２１〜２７それぞれに対して用意されていて、マルチコアユニット２１〜２７を構成するコア領域１０と、このコア領域１０の周囲を覆うクラッド領域３０の一部を取り囲んでいる。より具体的には、図６に示すように、クラッド領域３０は、コア領域１０内を伝搬する光の伝送特性に影響を与える領域としてコア領域１０の外周及びコア領域１０に囲まれた中心領域に設けられた光学クラッド３０Ａと、コア領域１０内を伝搬する光の伝送特性に影響を与えない領域として光学クラッド３０Ａの外周に設けられた物理クラッド３０Ｂとを備える。漏洩低減部６０は、コア領域１０それぞれの伝送性能の劣化を避けるべく、物理クラッド３０Ｂ内に形成されるのがより好ましい。なお、光学クラッド３０Ａと物理クラッド３０Ｂとは、伝送特性に影響を与えるか否かという機能の観点から区別される領域であり、組成等により構造上区別することはできないため、図６では、本願発明に理解を容易にするため、クラッド領域３０を構成する光学クラッド３０Ａと物理クラッド３０Ｂの境界が便宜的に破線で示されている。

そして、図６に示すように、漏洩低減部６０は、コア領域１０からの漏れ光のパワーを低減する領域であって、吸収、散乱、閉じ込め等の光制御により漏れ光の光量を効果的に低減するよう機能する。また、光軸Ａ_Ｘに対して直交するマルチコア光ファイバ４の断面において、漏洩低減部６０は、４つのコア領域１０により構成されるマルチコアユニットの中心からの距離が、コア領域１０が単体で存在することを想定した場合の波長１．５５μｍにおけるＭＦＤの５／２倍になる位置からクラッド領域３０の外周面（物理クラッドと樹脂被覆との界面）までの間に設けられる。あるいは、漏洩低減部６０は、複数のコア領域１０からなるマルチコアユニットの電界振幅がそのピーク値から１０^−４以下になる位置からマルチコア光ファイバ４の外周面までの間に設けられてもよい。

上記のマルチコア光ファイバ４の構成の一例として、例えば、マルチコア光ファイバ４のうち樹脂被覆４０を除く裸光ファイバは直径が１２５μｍの石英系光ファイバであって、マルチコアユニット２１〜２７を構成する４つのコア領域１０には、それぞれ屈折率増加剤としてＧｅＯ_２が添加され、コア領域１０の外周に設けられたクラッド領域２０は純シリカからなる構成が挙げられる。このとき、このマルチコア光ファイバ１における複数のコア領域１０のそれぞれは、コア半径が８．５μｍであり、ステップ構造の屈折率プロファイルを有し、コアとクラッドとの間の比屈折率差は、０．３５％とされる。また、マルチコアユニット２１〜２７の中心が配置される六方格子は格子間隔が３２μｍとされ、さらに、マルチコアユニット２１〜２７の周囲を取り囲んで設けられる漏洩低減部６０は、比屈折率差が−０．５％とされ、厚さが５μｍとされる。

このように、マルチコアユニット２１〜２７それぞれの周囲を漏洩低減部６０で囲んで、隣接するマルチコアユニット２１〜２７との間に漏洩低減部６０が存在する態様とすることで、他のマルチコアユニットとの間のクロストークを低減させることが可能となる。

なお、漏洩低減部６０は、マルチコアユニット２１〜２７の周囲を囲む構成である必要はなく、互いに異なるマルチコアユニットに含まれるコア領域１０の中心同士を結んだ直線上に漏洩低減部６０が配置されることで、他のマルチコアユニットとの間のクロストークを低減させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では、マルチコアユニットに含まれるコア配列構造の変更と、コア領域の屈折率分布の変更と、についてそれぞれ別の実施形態において説明したが、これらを組み合わせてもよい。

１〜４…マルチコア光ファイバ、１０，１０ａ〜１０ｄ…コア領域、２０〜２７，３１〜３７，４１〜４７…マルチコアユニット、３０…クラッド領域、４０…樹脂被覆、６０…漏洩低減部。

Claims (4)

1. 複数のコア領域が光軸方向に延びて所定のコア配列構造を形成した複数のマルチコアユニットを有し、
   前記複数のマルチコアユニットのそれぞれは、光軸方向に延びて、その周囲がクラッド領域で覆われると共に、当該光軸方向に直交する断面において、当該マルチコアユニットの中心に関して３回以上の回転対称性を有することを特徴とするマルチコア光ファイバ。
2. 前記複数のマルチコアユニットのうち１以上の隣接するマルチコアユニット間において、そのコア配列構造が互いに同じであると共に、当該コア配列構造に含まれる前記コア領域の屈折率分布が互いに異なることを特徴とする請求項１記載のマルチコア光ファイバ。
3. 前記複数のマルチコアユニットは、１以上の隣接するマルチコアユニット間において、互いに異なる前記コア配列構造を有することを特徴とする請求項１記載のマルチコア光ファイバ。
4. 前記複数のマルチコアユニットのうちの１つのマルチコアユニットと、このマルチコアユニットに対して隣接するマルチコアユニットとの間に漏洩低減部が存在することを特徴とする請求項１記載のマルチコア光ファイバ。

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