JP2014098832A - ハイブリッドマルチコアファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】高密度化によるコア間のクロストーク特性の悪化を抑制することができるハイブリッドマルチコアファイバを提供する。
【解決手段】クラッド１１内に複数のコア構造１２ａ、１２ｂを有し、複数のコア構造１２ａ、１２ｂが断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたハイブリッドマルチコアファイバ１０であって、複数のコア構造１２ａ、１２ｂは、一つ以上のフューモード構造１２ａと一つ以上のシングルモード構造１２ｂとからなり、フューモード構造１２ａとシングルモード構造１２ｂとが交互に隣接して配置されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、シングルモードコアとフューモードコアとを組み合わせたハイブリッドマルチコアファイバに関するものである。

近年、光通信における伝送容量の増大の要求が高まってきており、これに伴って、複数のコアを並列する空間分割多重方式（Space Division Multiplexing；ＳＤＭ）や、一つのコアで複数のモードを伝搬するモード分割多重方式（Mode Division Multiplexing；ＭＤＭ）を併用する試みがなされている。

これらの方式を併用するためには、図７に示すように、クラッド７１内に複数のフューモードコア７２を有するマルチコアファイバ７０を用いることが考えられる。このマルチコアファイバ７０を用いて伝送容量の更なる増大を図るためには、クラッド７１内でフューモードコア７２を高密度化して同一径内に多数のフューモードコア７２を配置することが考えられる。

特開２０１１−１７０３３６号公報

しかしながら、高次モードはモードフィールド径が大きく、フューモードコア７２を近接して配置しようとすると、コア間（特に、高次モード間）のクロストークが増加する虞がある。ある程度の低クロストークを維持するには、コア間隔を広くすることが必要であるため、フューモードコア７２の高密度化ができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、高密度化によるコア間のクロストーク特性の悪化を抑制することができるハイブリッドマルチコアファイバを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、クラッド内に複数のコア構造を有し、複数の前記コア構造が断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたハイブリッドマルチコアファイバであって、複数の前記コア構造は、一つ以上のフューモード構造と一つ以上のシングルモード構造とからなり、前記フューモード構造と前記シングルモード構造とが交互に隣接して配置されたハイブリッドマルチコアファイバである。

前記フューモード構造は、フューモードコアと、前記クラッド内であって前記フューモードコアの周囲に形成された空孔と、を備え、コア径が１０μｍ以上２０μｍ以下、比屈折率差が０．３％以上１．０％以下、空孔数が４以上２０以下、空孔径が２μｍ以上１５μｍ以下、隣接する空孔間隔が３μｍ以上２０μｍ以下であると良い。

前記フューモード構造は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上であると良い。

前記フューモード構造は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下であると良い。

前記フューモード構造は、フューモードコアを備え、コア径が８μｍ以上５０μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上２．０％以下であっても良い。

前記シングルモード構造は、シングルモードコアを備え、コア径が８μｍ以上１６μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上０．４％以下であると良い。

隣接する前記フューモード構造と前記シングルモード構造のコア間隔が２０μｍ以上５０μｍ以下であると良い。

本発明によれば、高密度化によるコア間のクロストーク特性の悪化を抑制することができるハイブリッドマルチコアファイバを提供することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバを示す断面模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバを示す断面模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバを示す断面模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバを示す断面模式図である。 １３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失をプロットした図である。 １３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失をプロットした図である。 従来技術に係るマルチコアファイバを示す断面模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（又は図２）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ１０（又は本発明の第２の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ２０）は、クラッド１１内に複数のコア構造１２ａ、１２ｂを有し、複数のコア構造１２ａ、１２ｂの中心が断面視で１重以上の正偶数角形状（又は矩形格子状）の各頂点上に配置されたものであり、複数のコア構造１２ａ、１２ｂは、一つ以上のフューモード構造１２ａと一つ以上のシングルモード構造１２ｂとからなり、フューモード構造１２ａとシングルモード構造１２ｂとが交互に隣接して配置されたことを特徴とする。

ハイブリッドマルチコアファイバ１０とハイブリッドマルチコアファイバ２０は、複数のコア構造１２ａ、１２ｂの配置が異なるだけでその他の構成は同様である。

フューモード構造１２ａは、フューモードコア１３と、クラッド１１内であってフューモードコア１３の周囲に形成された空孔１４と、を備える。例えば、フューモードコア１３は屈折率を上げるためにシリカガラスにゲルマニウムやリンを添加した材料からなり、クラッド１１は屈折率を下げるためにシリカガラスにホウ素やフッ素を添加した材料からなる。

空孔１４は、フューモードコア１３となるコア部分と、クラッド１１となるクラッド部分と、を備えたプリフォームに、予め空孔１４となる空孔部分をコア部分の周囲に一重又は多重に形成しておき、このプリフォームを線引きすることによって形成される。

フューモード構造１２ａでは、コア径が１０μｍ以上２０μｍ以下、比屈折率差が０．３％以上１．０％以下、空孔数が４以上２０以下、空孔径が２μｍ以上１５μｍ以下、隣接する空孔間隔が３μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

コア径を１０μｍ以上２０μｍ以下とするのは、コア径が１０μｍ未満であると伝搬モード（伝搬させたいモード）の曲げ損失を十分に小さくすることができず、コア径が２０μｍを超えるとモード数の制御が困難になるためである。

比屈折率差を０．３％以上１．０％以下とするのは、比屈折率差が０．３％未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、比屈折率差が１．０％を超えるとモード数の制御が困難になるためである。

空孔数を４以上２０以下とするのは、空孔数が４未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、空孔数が２０を超えるとモード数の制御が困難になり、またハイブリッドマルチコアファイバ１０の製造が困難になるためである。

空孔径を２μｍ以上１５μｍ以下とするのは、空孔径が２μｍ未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、空孔径が１５μｍを超えるとモード数の制御が困難になり、またハイブリッドマルチコアファイバ１０の製造が困難になるためである。

隣接する空孔間隔を３μｍ以上２０μｍ以下とするのは、隣接する空孔間隔が３μｍ未満であるとモード数の制御が困難になり、隣接する空孔間隔が２０μｍを超えると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができないためである。

このような構成のフューモード構造１２ａによれば、曲げに強いホーリーアシスト構造を応用し、広帯域に亘って曲げ損失を小さくすることができる。

フューモード構造１２ａで２つの伝搬モード（ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モード）のみを伝送するためには、これまで説明した条件を満たした上で、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上であると良く、また１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下、より好ましくは１．５ｄＢ／ｍ以下であると良い。

１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失を１ｄＢ／ｍ以上とするのは、伝搬モード以外の高次モードの閉じ込め損失を出来る限り大きくし、シングルモード構造１２ｂと同程度の波長帯域において、シングルモード構造１２ｂで伝搬モードのみを選択的に伝送できるようにするためである。

１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失を１０ｄＢ／ｍ以下、より好ましくは１．５ｄＢ／ｍ以下とするのは、伝搬モードの曲げ損失を少なくとも実用に耐える１０ｄＢ／ｍ以下とし、フューモード構造１２ａに曲げが加わった場合であっても、伝搬モードを低損失で伝送できるようにするためである。

これらの閉じ込め損失や曲げ損失を最適化するためには、コア径、比屈折率差、空孔数、空孔径、隣接する空孔間隔のそれぞれを先に示した条件の範囲で変更すれば良い。

例えば、一例として、コア径を１０μｍ、比屈折率差を０．５％、空孔数を６、空孔径を９μｍ、隣接する空孔間隔を１３μｍとすることで、フューモード構造１２ａで２つの伝搬モード（ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モード）のみを伝送することが可能になる。

シングルモード構造１２ｂは、シングルモードコア１５を備える。シングルモードコア１５としては、例えば、屈折率を上げるためにシリカガラスにゲルマニウムやリンを添加した材料からなるコア拡大ファイバを用いる。

シングルモード構造１２ｂでは、コア径が８μｍ以上１６μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上０．４％以下であることが好ましい。

コア径を８μｍ以上１６μｍ以下とするのは、コア径が８μｍ未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、コア径が１６μｍを超えるとシングルモードの実現が困難になるためである。

比屈折率差を０．２５％以上０．４％以下とするのは、比屈折率差が０．２５％未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、比屈折率差が０．４％を超えるとシングルモードの実現が困難になるためである。

これら隣接するフューモード構造１２ａとシングルモード構造１２ｂのコア間隔が２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

コア間隔を２０μｍ以上５０μｍ以下とするのは、コア間隔が２０μｍ未満であると隣接するコア間のクロストーク特性が悪化し、コア間隔が５０μｍを超えるとクラッド１１内のコア密度を十分に高めることができないためである。

これまで説明したハイブリッドマルチコアファイバ１０（又はハイブリッドマルチコアファイバ２０）によれば、フューモード構造１２ａとシングルモード構造１２ｂとを隣接するように交互に配置することで、隣接するコア間の屈折率差を大きくし、一種の異種型非結合型マルチコアファイバを形成できるため、コア間のクロストークを低減することができる。特に、隣接するコア間に高次モードのクロストークがない上、フューモード構造１２ａのコア間隔を大きくでき、高次モード間のクロストークを低く抑制でき、結果的に複数のコア構造１２ａ、１２ｂを高密度化することができる構造となる。

次に、本発明の他の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバについて説明する。

図３（又は図４）に示すように、本発明の第３の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ３０（又は本発明の第４の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ４０）は、ハイブリッドマルチコアファイバ１０（又はハイブリッドマルチコアファイバ２０）と比較してフューモード構造１２ａの構成のみが異なる。

ハイブリッドマルチコアファイバ３０（又はハイブリッドマルチコアファイバ４０）のフューモード構造１２ａは、フューモードコア１３を備え、コア径が８μｍ以上５０μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上２．０％以下である。

コア径を８μｍ以上５０μｍ以下とするのは、コア径が８μｍ未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、コア径が５０μｍを超えるとモード数の制御が困難になるためである。

比屈折率差を０．２５％以上２．０％以下とするのは、比屈折率差が０．２５％未満であると伝搬モードの曲げ損失を十分に小さくすることができず、比屈折率差が２．０％を超えるとモード数の制御が困難になるためである。

これらハイブリッドマルチコアファイバ３０（又はハイブリッドマルチコアファイバ４０）によっても、フューモード構造１２ａとシングルモード構造１２ｂとを隣接するように交互に配置しているため、隣接するコア間の屈折率差を大きくし、一種の異種型非結合型マルチコアファイバを形成でき、コア間のクロストークを低減することが可能となる。

以上要するに、本発明によれば、高密度化によるコア間のクロストーク特性の悪化を抑制することができるハイブリッドマルチコアファイバを提供することができる。

次に、本発明の実施例を説明する。ここでは、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ１０のフューモード構造１２ａの設計例について説明する。

（実施例）
実施例として、コア径が１０μｍ、比屈折率差が０．５％、空孔数が６、空孔径が９μｍ、隣接する空孔間隔が１３μｍであるホーリーアシスト型のフューモード（２モード）構造を作製した。各コアの中心は、正六角形の各頂点上に配置されている。

（比較例１）
比較例１として、コア径が１５μｍ、比屈折率差が０．４％であるステップ型のフューモード（２モード）構造を作製した。

（比較例２）
比較例２として、コア径が１５μｍ、比屈折率差が０．５％であるステップ型のフューモード（２モード）構造を作製した。

（比較例３）
比較例３として、コア径が１５μｍ、比屈折率差が０．６％であるステップ型のフューモード（２モード）構造を作製した。

（ＬＰ２１モードの閉じ込め損失の測定）
実施例のホーリーアシスト型のフューモード構造、及び比較例１〜３のステップ型のフューモード構造について、１２００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失を測定した。その測定結果を図５に示す。ここで、Ａは実施例、Ｂは比較例１、Ｃは比較例２、Ｄは比較例３の測定結果を示す。

この測定結果から分かるように、実施例では１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下、比較例１では１４５０ｎｍ以上１７００ｎｍ以下、比較例２では１６２５ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域においてＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上となったが、比較例３では測定した全ての波長帯域においてＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ未満であった。

（ＬＰ１１モードの曲げ損失の測定）
広い波長帯域に亘ってＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上となる実施例のホーリーアシスト型のフューモード構造、及び比較例１のステップ型のフューモード構造について、１２００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失を測定した。その測定結果を図６に示す。ここで、Ｅは実施例、Ｆは比較例１の測定結果を示す。

この測定結果から分かるように、実施例では１２００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下、比較例１では１２００ｎｍ以上１４２０ｎｍ以下の波長帯域においてＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が実用に耐える１０ｄＢ／ｍ以下となった。

特に、実施例では、１２００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域においてＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１．５ｄＢ／ｍ以下となり、非常に曲げに強いことが分かる。一方、比較例１では、長波長側において高次モードの曲げ損失が非常に大きいことが分かる。

これらの閉じ込め損失と曲げ損失の測定結果から、実施例のホーリーアシスト型のフューモード構造では、通常のシングルモード構造と同程度の１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の広い波長帯域において、ＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上であり、且つ、ＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下であるということが確認できた。

一方、比較例１のステップ型のフューモード構造では、ＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上であり、且つ、ＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下である波長帯域は存在しなかった。

以上より、本発明の第１の実施の形態に係るハイブリッドマルチコアファイバ１０のフューモード構造１２ａによれば、広い波長帯域に亘って２モードを実現でき、また高次モードの曲げ損失の波長依存性が少なく、広帯域に亘って曲げ損失を小さくすることができることが実証された。

１０、２０、３０、４０ ハイブリッドマルチコアファイバ
１１ クラッド
１２ａ フューモード構造
１２ｂ シングルモード構造
１３ フューモードコア
１４ 空孔
１５ シングルモードコア

Claims (7)

1. クラッド内に複数のコア構造を有し、複数の前記コア構造が断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたハイブリッドマルチコアファイバであって、
   複数の前記コア構造は、一つ以上のフューモード構造と一つ以上のシングルモード構造とからなり、前記フューモード構造と前記シングルモード構造とが交互に隣接して配置されたことを特徴とするハイブリッドマルチコアファイバ。
2. 前記フューモード構造は、フューモードコアと、前記クラッド内であって前記フューモードコアの周囲に形成された空孔と、を備え、コア径が１０μｍ以上２０μｍ以下、比屈折率差が０．３％以上１．０％以下、空孔数が４以上２０以下、空孔径が２μｍ以上１５μｍ以下、隣接する空孔間隔が３μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載のハイブリッドマルチコアファイバ。
3. 前記フューモード構造は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ２１モードの閉じ込め損失が１ｄＢ／ｍ以上である請求項２に記載のハイブリッドマルチコアファイバ。
4. 前記フューモード構造は、１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下の波長帯域におけるＬＰ１１モードの曲げ半径１０ｍｍでの曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下である請求項２又は３に記載のハイブリッドマルチコアファイバ。
5. 前記フューモード構造は、フューモードコアを備え、コア径が８μｍ以上５０μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上２．０％以下である請求項１に記載のハイブリッドマルチコアファイバ。
6. 前記シングルモード構造は、シングルモードコアを備え、コア径が８μｍ以上１６μｍ以下、比屈折率差が０．２５％以上０．４％以下である請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッドマルチコアファイバ。
7. 隣接する前記フューモード構造と前記シングルモード構造のコア間隔が２０μｍ以上５０μｍ以下である請求項１〜６のいずれかに記載のハイブリッドマルチコアファイバ。

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