JP2016218375A - Multi-mode optical fiber, optical fiber transmission system, and design method of multi-mode optical fiber - Google Patents

Multi-mode optical fiber, optical fiber transmission system, and design method of multi-mode optical fiber Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-mode optical fiber and optical fiber transmission system that can reduce the propagation constant difference between propagation modes and can increase the number of propagation modes to 2 or more.SOLUTION: The multi-mode optical fiber includes: a center layer that extends from the central axis to the outside and has a constant refractive index; a ring core layer that is disposed outside the center layer and has a refractive index higher than that of the center layer; a trench layer that is disposed outside the ring core layer and has a refractive index lower than that of the ring core layer; and a cladding layer that is disposed outside the trench layer and has a refractive index higher than that of the trench layer. The refractive index of the cladding layer is set higher than that of the trench layer.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、複数の伝搬モードを用いる数モード光ファイバ、これを用いた光ファイバ伝送システム及びその設計方法に関する。   The present invention relates to a number mode optical fiber using a plurality of propagation modes, an optical fiber transmission system using the same, and a design method thereof.

伝送容量を拡大する技術として複数の伝搬モードを用いる数モード光ファイバが提案されている。特に複数の伝搬モードを用いたモード多重伝送は、伝送容量をモード数倍に向上させられることから、新たな大容量伝送方式として注目されている。   A number mode optical fiber using a plurality of propagation modes has been proposed as a technique for expanding the transmission capacity. In particular, mode multiplex transmission using a plurality of propagation modes is attracting attention as a new large-capacity transmission system because the transmission capacity can be improved several times the number of modes.

この数モード光ファイバ用いた伝送においては、伝送路中でモード間クロストークが発生することから、その補償手段として、受信端においてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）等化器が用いられる。しかしながら、モード間の損失差（Ｍｏｄｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ：以下、ＭＤＬ）が存在する場合、ＭＩＭＯ等化器を利用したとしても伝送システムのパフォーマンス低下が課題となる（例えば、非特許文献１を参照。）。また、受信端においてモード間の群遅延差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｄｅｌａｙ：以下、ＤＭＤ）が大きいと、ＭＩＭＯに関わるデジタル処理（ＤＳＰ）の負荷が大きくなり、長距離伝送を実現する為にはＤＳＰ負荷の低減が課題となる（例えば、非特許文献２を参照。）。そこで、ＭＤＬの影響を緩和するために、モード間の結合の利用が提案されており、モード間の結合を光ファイバ伝送路中で積極的に起こすために、リングコア型ファイバが提案されている（例えば、非特許文献３を参照。）。   In transmission using this number mode optical fiber, crosstalk between modes occurs in the transmission path, and therefore, a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) equalizer is used at the receiving end as compensation means. However, when there is a loss difference between modes (Mode Dependent Loss: hereinafter referred to as MDL), even if a MIMO equalizer is used, the performance degradation of the transmission system becomes a problem (see, for example, Non-Patent Document 1). . In addition, if the group delay difference (Differential Mode Delay: DMD) between modes is large at the receiving end, the load of digital processing (DSP) related to MIMO increases, and in order to realize long-distance transmission, the DSP load is large. Reduction is an issue (see, for example, Non-Patent Document 2). Therefore, in order to mitigate the influence of MDL, use of coupling between modes has been proposed, and a ring core type fiber has been proposed in order to actively cause coupling between modes in an optical fiber transmission line ( For example, refer nonpatent literature 3.).

Ｐ． Ｊ． Ｗｉｎｚｅｒ， ｅｔ ａｌ．， “Ｍｏｄｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ， ｇａｉｎ， ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ＭＩＭＯ−ＳＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ”， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ ２０１４， ｐａｐｅｒ Ｍｏ．３．３．２， ２０１４．P. J. et al. Winzer, et al. "Mode-dependent loss, gain, and noise in MIMO-SDM systems", in Proc. ECOC 2014, paper Mo. 3.3.2, 2014. Ｓ．Ｏ． Ａｒｉｋ， Ｄ． Ａｓｋａｒｏｖ， Ｊ．Ｍ． Ｋａｈｎ，“Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｉｎ ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”， Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ３１ （３） （２０１３） ｐｐ．４２３−４３１．S. O. Arik, D.D. Askarov, J. et al. M.M. Kahn, “Effect of mode coupling on signal processing complexity in mode-division multiplexing”, J. Am. Lightwave Technol. 31 (3) (2013) pp. 423-431. Ｎ． Ｆｏｎｔａｉｎｅ， Ｒ． Ｒｙｆ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｔ． Ｓａｓａｋｉ， “Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒｉｎｇ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ”， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｓｏｃ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐ． Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｓｅｒｉｅｓ， ２０１３， ｐｐ． １１１−１１２．N. Fontaine, R.A. Ryf, M.M. Hirano, and T.R. Sasaki, “Experimental investing of cross accumulation in core-core fiber”, in Proc. IEEE Photon. Soc. Summer Top. Meeting Series, 2013, pp. 111-112. Ｂｉｇｏｔ−Ａｓｔｒｕｃ， Ｍａｒｉａｎｎｅ； Ｂｏｉｖｉｎ， Ｄ．； Ｓｉｌｌａｒｄ， Ｐｉｅｒｒｅ， “Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｋｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｆｅｗ−ｍｏｄｅｓ ｆｉｂｅｒｓ”， Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｓｅｒｉｅｓ， ２０１２ ＩＥＥＥ ， ｐｐ．１８９−１９０．Bigot-Astruc, Marianne; Sillard, Pierre, “Design and fabrication of weakly-coupled two-modes fibers”, Photonics Society Summer Topic, E. 12 189-190.

しかしながら、非特許文献３においてはモード結合を引き起こすための伝搬定数差の低減が不十分であり、またＤＭＤが大きい、という課題があった。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、伝搬定数差の低減かつＤＭＤの低減が可能なリングコア構成を有する数モード光ファイバ、これを用いた光ファイバ伝送システム及びその設計方法を提供することを目的とする。   However, Non-Patent Document 3 has problems in that the reduction of the propagation constant difference for causing mode coupling is insufficient and the DMD is large. Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention provides a number mode optical fiber having a ring core configuration capable of reducing a difference in propagation constant and reducing DMD, an optical fiber transmission system using the same, and a design method thereof. For the purpose.

上記目的を達成するために、本発明の数モード光ファイバは、屈折率のプロファイルがリングコアと、一部にトレンチが配置されたクラッドの構造とし、リングコアのすぐ外側にトレンチ（底面）を配置することとした。   In order to achieve the above object, the number mode optical fiber of the present invention has a refractive index profile of a ring core and a clad structure in which a trench is disposed in part, and a trench (bottom surface) is disposed just outside the ring core. It was decided.

具体的には、本発明に係る数モード光ファイバは、
中心軸から外側に向けて屈折率が一定の中心層と、
前記中心層の外側に配置され、屈折率が前記中心層の屈折率より大きいリングコア層と、
前記リングコア層の外側に配置され、屈折率が前記リングコア層の屈折率よりも小さいトレンチ層と、
前記トレンチ層の外側に配置され、屈折率が前記トレンチ層の屈折率よりも大きいクラッド層と、
を備える。 Specifically, the number mode optical fiber according to the present invention is:
A central layer with a constant refractive index from the central axis toward the outside,
A ring core layer disposed outside the central layer and having a refractive index greater than that of the central layer;
A trench layer disposed outside the ring core layer and having a refractive index smaller than that of the ring core layer;
A cladding layer disposed outside the trench layer and having a refractive index greater than that of the trench layer;
Is provided.

各層の幅や屈折率を調整することで、伝搬モード数を２以上かつ、伝搬定数差およびＤＭＤの低減が可能な数モード光ファイバとすることができる。従って、本発明は、伝搬定数差の低減かつＤＭＤの低減が可能なリングコア構成を有する数モード光ファイバを提供することができる。   By adjusting the width and refractive index of each layer, it is possible to obtain a number mode optical fiber in which the number of propagation modes is 2 or more and the propagation constant difference and DMD can be reduced. Therefore, the present invention can provide a number mode optical fiber having a ring core configuration capable of reducing a difference in propagation constant and reducing DMD.

なお、リングコアの形状については、屈折率が指数的に小さくなるグレーデッド型や多段の階段状に屈折率が小さくなるマルチステップ型にしてもよい。すなわち、本発明に係る数モード光ファイバの前記リングコア層は、前記中心層の外側から屈折率が指数関数的に小さくなる、又は前記中心層の外側から屈折率が階段状に小さくなることを特徴とする。   The shape of the ring core may be a graded type in which the refractive index is exponentially reduced or a multi-step type in which the refractive index is reduced in a multi-step shape. That is, the ring core layer of the number mode optical fiber according to the present invention has a refractive index that decreases exponentially from the outside of the center layer, or a refractive index that decreases stepwise from the outside of the center layer. And

本発明に係る数モード光ファイバの具体的な構成は次の通りである。
前記中心層は、中心軸から半径ａ１まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
前記リングコア層は、半径ａ１から半径ａ２まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ１である第１層、および半径ａ２から半径ａ３まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ３である第２層からなり、
前記トレンチ層は、半径ａ３から半径ａ４まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
各半径は、ａ１＝６．９〜７．４μｍ、ａ２＝９．５〜１０．１μｍ、ａ３＝１０．６〜１２．１μｍ、ａ４＝１４．０μｍ以上であり、
各比屈折率差は、Δ１＝０．４０〜０．５０％、Δ２＝−０．７５〜−０．６９％、Δ３＝−０．３０〜＋０．０５％である。 The specific configuration of the number mode optical fiber according to the present invention is as follows.
The central layer is disposed from the central axis to a radius a 1, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
The ring core layer is disposed from a radius a 1 to a radius a 2 , and is disposed from a radius a 2 to a radius a 3 with a first layer having a relative refractive index difference Δ 1 with respect to the cladding layer, and a ratio with respect to the cladding layer difference in refractive index is from the second layer is a delta 3,
The trench layer is disposed from the radial a 3 to a radius a 4, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
Each radius is a 1 = 6.9 to 7.4 μm, a 2 = 9.5 to 10.1 μm, a 3 = 10.6 to 12.1 μm, a 4 = 14.0 μm or more,
The relative refractive index differences are Δ 1 = 0.40 to 0.50%, Δ 2 = −0.75 to −0.69%, and Δ 3 = −0.30 to + 0.05%.

本発明に係る光ファイバ伝送システムは、
データを光信号に変換して送信する複数の光送信機と、
前記複数の光送信機からの光信号を伝搬モードが異なるように合波する合波器と、
前記合波器からの光信号を伝搬する請求項１から４のいずれかに記載の数モード光ファイバと、
前記数モード光ファイバからの光信号を異なる分岐比で分波する分波器と、
前記分波器の分岐する各光信号を個別に電気信号に変換する複数の光受信機と、
前記光受信機が出力する電気信号から、前記数モード光ファイバの伝搬中に生じた信号劣化を補償し、前記複数の光送信機が送信したデータを復元するデータ復元部と、
を備える。
本光ファイバ伝送システムは、前記数モード光ファイバを備えるため、伝搬定数差の低減かつＤＭＤの低減が可能な光ファイバ伝送システムとすることができる。 An optical fiber transmission system according to the present invention,
A plurality of optical transmitters for converting data into optical signals and transmitting the data;
A multiplexer that multiplexes optical signals from the plurality of optical transmitters so that propagation modes are different, and
The number mode optical fiber according to any one of claims 1 to 4, which propagates an optical signal from the multiplexer;
A demultiplexer for demultiplexing the optical signal from the several-mode optical fiber at different branching ratios;
A plurality of optical receivers that individually convert each optical signal branched by the duplexer into an electrical signal;
A data restoration unit that compensates for signal degradation that occurs during propagation of the several-mode optical fiber from the electrical signal output by the optical receiver, and restores data transmitted by the plurality of optical transmitters;
Is provided.
Since the present optical fiber transmission system includes the number mode optical fiber, an optical fiber transmission system capable of reducing a difference in propagation constant and reducing DMD can be obtained.

本発明に係る数モード光ファイバの設計方法は、中心軸から外側に向けて屈折率が一定の中心層と、
前記中心層の外側に配置され、屈折率が前記中心層の屈折率より大きいリングコア層と、
前記リングコア層の外側に配置され、屈折率が前記リングコア層の屈折率よりも小さいトレンチ層と、
前記トレンチ層の外側に配置され、屈折率が前記トレンチ層の屈折率よりも大きいクラッド層と、
を備える数モード光ファイバの設計方法であって、
前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び前記クラッド層に対するリングコア層の比屈折率差を変化させた時の使用波長帯における各高次モードの伝搬定数差（Δｎｅｆｆ）を算出し、各高次モードのΔｎｅｆｆが予め定められた条件を満たすように、前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を求める中心層とリングコア設計手順と、
前記中心層とリングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を用いて、使用波長帯において各高次モードが伝搬可能になるような、前記トレンチ層に対する前記クラッド層の比屈折率差の範囲を求めるクラッド設計手順と、
前記リングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差、並びに前記クラッド設計手順で求めた前記クラッド層の比屈折率差を用いて、使用波長帯における曲げ損失を算出し、算出した曲げ損失が予め定められた条件を満たすように、前記トレンチの幅を求めるトレンチ設計手順と、
を順に行う。 A method for designing a number mode optical fiber according to the present invention includes a central layer having a constant refractive index from the central axis toward the outside,
A ring core layer disposed outside the central layer and having a refractive index greater than that of the central layer;
A trench layer disposed outside the ring core layer and having a refractive index smaller than that of the ring core layer;
A cladding layer disposed outside the trench layer and having a refractive index greater than that of the trench layer;
A method for designing a number mode optical fiber comprising:
Calculate the propagation constant difference (Δneff) of each higher-order mode in the used wavelength band when the outer peripheral radius of the central layer, the outer peripheral radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the ring core layer with respect to the cladding layer are changed, The center layer and the ring core design procedure for determining the outer peripheral radius of the central layer, the outer peripheral radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference so that Δneff of the higher order mode satisfies a predetermined condition,
The trench layer that allows each higher-order mode to propagate in the wavelength band to be used by using the outer radius of the central layer, the outer radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference obtained in the design procedure of the central layer and the ring core. A cladding design procedure for obtaining a range of relative refractive index difference of the cladding layer with respect to
Using the outer peripheral radius of the center layer determined in the ring core design procedure, the outer peripheral radius and the relative refractive index difference of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the cladding layer determined in the cladding design procedure, bending in the used wavelength band A trench design procedure for calculating the loss and determining the width of the trench so that the calculated bending loss satisfies a predetermined condition;
Repeat in order.

本発明は、伝搬定数差の低減かつＤＭＤの低減が可能なリングコア構成を有する数モード光ファイバ、これを用いた光ファイバ伝送システム及びその設計方法を提供することができる。   The present invention can provide a number mode optical fiber having a ring core configuration capable of reducing a difference in propagation constant and reducing DMD, an optical fiber transmission system using the same, and a design method thereof.

リングコア型光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of a ring core type optical fiber. Δ１が０．２５［％］、リングコア幅ａ２−ａ１が１．８［μｍ］のリングコア型光ファイバの中心層半径ａ１を変化させた場合の実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。Effective refractive index difference Δneff and mode group delay when the center layer radius a 1 of a ring core type optical fiber having Δ 1 of 0.25 [%] and ring core width a 2 -a 1 of 1.8 [μm] is changed. It is a figure explaining a difference DMD characteristic. 本発明に係る数モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the number mode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る数モード光ファイバの設計方法を説明する図である。It is a figure explaining the design method of the number mode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．３のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの実効屈折率差Δｎｅｆｆ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core type optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.3. It is a figure explaining the effective refractive index difference (DELTA) neff characteristic of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．５のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの実効屈折率差Δｎｅｆｆ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core type optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.5. It is a figure explaining the effective refractive index difference (DELTA) neff characteristic of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．７のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとの実効屈折率差Δｎｅｆｆ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.7. It is a figure explaining the effective refractive index difference (DELTA) neff characteristic of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．３のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード間群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core type optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.3. It is a figure explaining the mode delay difference DMD characteristic between modes of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．５のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード間群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core type optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.5. It is a figure explaining the mode delay difference DMD characteristic between modes of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係るリングコア型光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させ、中心層半径とリングコア層の外周半径の比ａ１／ａ２が０．７のときのＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード間群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。When the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core optical fiber according to the present invention are changed, the ratio a 1 / a 2 of the central layer radius to the outer peripheral radius of the ring core layer is 0.7. It is a figure explaining the mode delay difference DMD characteristic between modes of LP01 mode and LP11 mode. 本発明に係る数モード光ファイバの中心層半径ａ１を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a diagram illustrating the effective refractive index difference Δneff a mode group delay difference DMD characteristics when changing the center layer radius a 1 of the few-mode optical fiber according to the present invention. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層の外周半径ａ２を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a diagram illustrating the effective refractive index difference Δneff a mode group delay difference DMD characteristics when changing the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer number mode optical fiber according to the present invention. 本発明に係る数モード光ファイバのΔ２を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a figure explaining effective refractive index difference (DELTA) neff and mode group delay difference DMD characteristic when (DELTA) 2 of the number mode optical fiber which concerns on this invention is changed. 本発明に係る数モード光ファイバのトレンチの幅ａ３−ａ２を変化させたときの想定するモード（ＬＰ０１、ＬＰ１１モード）の最も曲げに弱いモードの曲げ損失特性を説明する図である。It is a diagram illustrating a weak mode of bending loss characteristics in the most bending Assumed mode (LP01, LP11 modes) when changing the width a 3 -a 2 of the trench number mode optical fiber according to the present invention. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層がグレーデッド形状である数モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the number mode optical fiber whose ring core layer of the number mode optical fiber which concerns on this invention is a graded shape. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層がグレーデッド形状である数モード光ファイバのリングコアの指数分布係数αを変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。The figure explaining effective refractive index difference (DELTA) neff and mode group delay difference DMD characteristic when the exponential distribution coefficient (alpha) of the ring core of the number mode optical fiber whose number core optical fiber ring core layer of this invention is graded shape is changed. It is. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the number mode optical fiber whose ring core layer of the number mode optical fiber which concerns on this invention is a some step shape. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのΔ３を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a figure explaining the effective refractive index difference (DELTA) neff and mode group delay difference DMD characteristic when (DELTA) 3 of the number mode optical fiber whose ring core layer of the number mode optical fiber which concerns on this invention is a some step shape is changed. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのコアとトレンチの間隔ａ３−ａ２を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。The effective refractive index difference Δneff and the mode group delay difference DMD when the distance a 3 -a 2 between the core and trench of the number mode optical fiber in which the ring core layer of the number mode optical fiber according to the present invention has a plurality of staircase shapes is changed. It is a figure explaining a characteristic. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのａ２−ａ１を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。Diagram for explaining the effective refractive index difference Δneff a mode group delay difference DMD characteristic when the ring core layer number mode optical fiber according to the present invention has changed the a 2 -a 1 number mode optical fiber is a plurality of step-shaped It is. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのΔ１を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a figure explaining the effective refractive index difference (DELTA) neff and mode group delay difference DMD characteristic when (DELTA) 1 of the number mode optical fiber whose ring core layer of the number mode optical fiber which concerns on this invention is a some step shape is changed. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのａ１を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a diagram illustrating the effective refractive index difference Δneff a mode group delay difference DMD characteristics when the ring core layer was changed a 1 number mode optical fiber is a plurality of stepped shape having mode optical fiber according to the present invention. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのトレンチ幅ａ４−ａ３を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。Explaining the effective refractive index difference Δneff and the mode group delay difference DMD characteristics when the trench width a 4 -a 3 of the number mode optical fiber in which the ring core layer of the number mode optical fiber according to the present invention has a plurality of step shapes is changed. It is a figure to do. 本発明に係る数モード光ファイバのリングコア層が複数の階段形状である数モード光ファイバのΔ２を変化させたときの実効屈折率差Δｎｅｆｆとモード群遅延差ＤＭＤ特性を説明する図である。It is a figure explaining effective refractive index difference (DELTA) neff and mode group delay difference DMD characteristic when (DELTA) 2 of the number mode optical fiber whose ring core layer of the number mode optical fiber which concerns on this invention is a some step shape is changed. 本発明に係る光ファイバ伝送システムを説明する図である。It is a figure explaining the optical fiber transmission system concerning the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. These embodiments are merely examples, and the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.

（実施形態１）
数モード光ファイバは、中心層と、リングコア層と、その外側のクラッド層から構成されている。例えば、中心層とクラッド層はシリカレベルであり、リングコア層は酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドープする。 (Embodiment 1)
The several-mode optical fiber is composed of a center layer, a ring core layer, and an outer cladding layer. For example, the center layer and the cladding layer are at the silica level, and the ring core layer is doped with germanium oxide (GeO 2 ).

リングコア層は、式（１）で表されるような屈折率分布をもつ。式（１）において、ｎ（ｒ）は中心から半径方向の位置ｒにおける屈折率、ａ１は中心層半径、ａ２はリングコア層の外周半径、ｎ１はリングコア層の屈折率、Δ１はリングコアのシリカレベル（＝中心層およびクラッド層の屈折率）に対する比屈折率差を表す。
The ring core layer has a refractive index distribution represented by the formula (1). In equation (1), n (r) is the refractive index at a position r in the radial direction from the center, a 1 is the center layer radius, a 2 is the outer radius of the ring core layer, n 1 is the refractive index of the ring core layer, and Δ 1 is It represents the relative refractive index difference with respect to the silica level of the ring core (= the refractive index of the center layer and the clad layer).

図１に、数モード光ファイバの屈折率分布の一例を示す。
例えば、非特許文献３におけるリングコア型ファイバは中心層半径ａ１が３．６μｍ、リングコア層の外周半径ａ２が５．４μｍ、リングコアの比屈折率差Δ１が０．２５％であり、伝搬モード数は波長１５５０ｎｍにおいて２（ＬＰ０１，ＬＰ１１モード）である。伝搬モード数を制限するためには、中心層半径ａ１やリングコア層の外周半径ａ２、比屈折率差Δ１を調整する必要がある。以下、簡単のため伝搬モード数は弱導波近似によるＬＰモードにて換算する。 FIG. 1 shows an example of the refractive index distribution of a number mode optical fiber.
For example, the ring core type fiber in Non-Patent Document 3 has a center layer radius a 1 of 3.6 μm, a ring core layer outer radius a 2 of 5.4 μm, a ring core relative refractive index difference Δ 1 of 0.25%, and propagation. The number of modes is 2 (LP01, LP11 mode) at a wavelength of 1550 nm. In order to limit the number of propagation modes, it is necessary to adjust the center layer radius a 1 , the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer, and the relative refractive index difference Δ 1 . Hereinafter, for the sake of simplicity, the number of propagation modes is converted into an LP mode based on weak waveguide approximation.

図２に中心層半径ａ１と実効屈折率差Δｎｅｆｆ、群遅延差ＤＭＤの関係を示す。この時、リングコア幅ａ２−ａ１が１．８μｍ、比屈折率差Δ１が０．２５％波長は１５５０ｎｍである。中心層半径ａ１を変えた場合、有限要素法に基づいて実効屈折率差Δｎｅｆｆおよび群遅延差ＤＭＤを計算した。このとき、実効屈折率差Δｎｅｆｆは基本モードの実効屈折率から高次モードの実効屈折率を引いた値であり、ＤＭＤは高次モードの群遅延から基本モードの群遅延を引いた値であり、実波長１５５０ｎｍにおいて算出している。 It shows the central layer radius a 1 and the effective refractive index difference .DELTA.Neff, the relationship between the group delay difference DMD in Fig. At this time, the ring core width a 2 -a 1 is 1.8 μm, the relative refractive index difference Δ 1 is 0.25%, and the wavelength is 1550 nm. If you change the center layer radius a 1, it was calculated effective refractive index difference Δneff and group delay difference DMD based on the finite element method. At this time, the effective refractive index difference Δneff is a value obtained by subtracting the effective refractive index of the higher order mode from the effective refractive index of the fundamental mode, and DMD is a value obtained by subtracting the group delay of the fundamental mode from the group delay of the higher order mode. The calculation is performed at an actual wavelength of 1550 nm.

図２より例えば、２．０［μｍ］＜中心層半径ａ１＜４．０［μｍ］の時に伝搬モード数が２、４．０［μｍ］＜中心層半径ａ１＜７．４［μｍ］の時に伝搬モード数が３、７．４［μｍ］＜中心層半径ａ１の時に伝搬モード数が４以上の光ファイバが実現可能である。 From FIG. 2, for example, when 2.0 [μm] <center layer radius a 1 <4.0 [μm], the number of propagation modes is 2, 4.0 [μm] <center layer radius a 1 <7.4 [μm]. ], It is possible to realize an optical fiber having a propagation mode number of 4 or more when the number of propagation modes is 3, 7.4 [μm] <center layer radius a 1 .

また、図２より、Δｎｅｆｆを小さくするためには、中心層ａ１を大きくする必要があるが、ＬＰ１１モードに注目した場合、中心層半径ａ１が５．０［μｍ］のとき、０．０００５のΔｎｅｆｆを実現可能であることが分かる。ただし、２モード動作が実現出来ていない。同様に、低ＤＭＤ化を実現するためには中心層半径ａ１を大きくする必要があるが、伝搬モード数が増大するため、伝搬モード数を制限しつつ、低ＤＭＤ化を実現することが困難であることが分かる。 Further, as shown in FIG. 2, in order to reduce Δneff, it is necessary to increase the center layer a 1. However, when focusing on the LP11 mode, when the center layer radius a 1 is 5.0 [μm], 0. It can be seen that Δneff of 0005 can be realized. However, the two-mode operation cannot be realized. Similarly, it is necessary to increase the center layer radius a 1 in order to realize a low DMD, but since the number of propagation modes increases, it is difficult to realize a low DMD while limiting the number of propagation modes. It turns out that it is.

非特許文献４では、弱結合型数モード光ファイバの検討がなされており、設計指針として、伝搬モード間の実効屈折率差Δｎｅｆｆが０．０００５以下であることとしている。よって、本実施形態の結合型数モード光ファイバについては、実効屈折率差Δｎｅｆｆが０．０００５以下を目標値とする。   In Non-Patent Document 4, a weakly coupled number mode optical fiber is studied, and the effective refractive index difference Δneff between propagation modes is 0.0005 or less as a design guideline. Therefore, for the coupled type mode optical fiber of this embodiment, the effective refractive index difference Δneff is set to 0.0005 or less as a target value.

図３は、本実施形態の数モード光ファイバにおける半径方向の屈折率分布を示す図である。本数モード光ファイバは、
中心軸から外側に向けて屈折率が一定の中心層と、
前記中心層の外側に配置され、屈折率が前記中心層の屈折率より大きいリングコア層と、
前記リングコア層の外側に配置され、屈折率が前記リングコア層の屈折率よりも小さいトレンチ層と、
前記トレンチ層の外側に配置され、屈折率が前記トレンチ層の屈折率よりも大きいクラッド層と、
を備える。 FIG. 3 is a diagram showing a refractive index distribution in the radial direction in the number mode optical fiber of the present embodiment. The number mode optical fiber is
A central layer with a constant refractive index from the central axis toward the outside,
A ring core layer disposed outside the central layer and having a refractive index greater than that of the central layer;
A trench layer disposed outside the ring core layer and having a refractive index smaller than that of the ring core layer;
A cladding layer disposed outside the trench layer and having a refractive index greater than that of the trench layer;
Is provided.

本数モード光ファイバは、中心から半径ａ１までの中心層と、中心層の外側にあるリングコア層と、リングコア層の外側にあるクラッド層と、クラッド層に形成されるトレンチ層と、を有する。ここで、トレンチ層は、クラッド層のうち、相対的に低屈折率の領域であり、図３ではａ２からａ３までの領域（リングコアの外側）に形成される。例えば、中心層とトレンチ層はシリカレベルであり、クラッド層は酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドープする。 Number-mode optical fiber has a central layer of to a radius a 1 from the center, and a ring core layer outside the central layer, and a cladding layer outside the ring core layer, and the trench layer formed on the cladding layer. Here, the trench layer is a relatively low refractive index region in the cladding layer, and is formed in a region from a 2 to a 3 (outside the ring core) in FIG. For example, the center layer and the trench layer are at the silica level, and the cladding layer is doped with germanium oxide (GeO 2 ).

以下、図４を参照しながら、図３の数モード光ファイバの設計方法について詳細に説明する。本実施形態に係る数モード光ファイバの設計方法は、
前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び前記クラッド層に対するリングコア層の比屈折率差を変化させた時の使用波長帯における各高次モードの伝搬定数差（Δｎｅｆｆ）を算出し、各高次モードのΔｎｅｆｆが予め定められた条件を満たすように、前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を求める中心層とリングコア設計手順（S０１）と、
前記中心層とリングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を用いて、使用波長帯において各高次モードが伝搬可能になるような、前記トレンチ層に対する前記クラッド層の比屈折率差の範囲を求めるクラッド設計手順（Ｓ０２）と、
前記リングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差、並びに前記クラッド設計手順で求めた前記クラッド層の比屈折率差を用いて、使用波長帯における曲げ損失を算出し、算出した曲げ損失が予め定められた条件を満たすように、前記トレンチの幅を求めるトレンチ設計手順（Ｓ０３）と、
を順に行う。 Hereinafter, the design method of the number mode optical fiber of FIG. 3 will be described in detail with reference to FIG. The design method of the number mode optical fiber according to the present embodiment is as follows:
Calculate the propagation constant difference (Δneff) of each higher-order mode in the used wavelength band when the outer peripheral radius of the central layer, the outer peripheral radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the ring core layer with respect to the cladding layer are changed, The center layer and the ring core design procedure (S01) for obtaining the outer periphery radius of the center layer, the outer periphery radius of the ring core layer and the relative refractive index difference so that Δneff of the higher order mode satisfies a predetermined condition,
The trench layer that allows each higher-order mode to propagate in the wavelength band to be used by using the outer radius of the central layer, the outer radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference obtained in the design procedure of the central layer and the ring core. A cladding design procedure (S02) for obtaining a range of relative refractive index difference of the cladding layer with respect to
Using the outer peripheral radius of the center layer determined in the ring core design procedure, the outer peripheral radius and the relative refractive index difference of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the cladding layer determined in the cladding design procedure, bending in the used wavelength band A trench design procedure (S03) for calculating the loss and determining the width of the trench so that the calculated bending loss satisfies a predetermined condition;
Repeat in order.

一例として、伝搬モードが２（ＬＰ０１、ＬＰ１１モード）、Δｎｅｆｆが０．０００５以下、ＤＭＤが１ｎｓ／ｋｍ以下の光ファイバを設計目標とする。波長は１５５０ｎｍにて考慮する。   As an example, an optical fiber having a propagation mode of 2 (LP01, LP11 mode), Δneff of 0.0005 or less, and DMD of 1 ns / km or less is a design target. The wavelength is considered at 1550 nm.

［中心層とリングコア設計手順Ｓ０１］
まず、中心層とリングコア設計手順（Ｓ０１）を実行し、中心層半径ａ１とリングコア層の外周半径ａ２、リングコア層のシリカレベル（＝中心層およびトレンチ層の屈折率）に対する比屈折率差Δ１を決める。例えば、リングコア層の外周半径ａ２及び比屈折率差Δ１を変化させた時の使用波長帯における各高次モードのＤＭＤを算出し、各高次モードのＤＭＤが予め定められた条件を満たすように、ａ１、ａ２、Δ１を求める。 [Center layer and ring core design procedure S01]
First, run the central layer and the ring core design procedure (S01), the central layer radius a 1 and an outer peripheral radius a 2 of the ring core layer has a relative refractive index difference with respect to the silica level in the ring core layer (= central layer and the refractive index of the trench layer) determine the Δ 1. For example, the DMD of each higher order mode in the used wavelength band when the outer peripheral radius a 2 and the relative refractive index difference Δ 1 of the ring core layer are changed is calculated, and the DMD of each higher order mode satisfies a predetermined condition. Thus, a 1 , a 2 , and Δ 1 are obtained.

本実施形態では、使用波長帯が１５５０ｎｍであり、予め定められた条件はΔｎｅｆｆが０．０００５以下、ＤＭＤが１ｎｓ／ｋｍ以下である。図５〜図７は、リングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させた時のＬＰ１１モードのΔｎｅｆｆの一例を示す。図５はａ１／ａ２＝０．３の場合を示し、図６はａ１／ａ２＝０．５の場合を示し、図７はａ１／ａ２＝０．７の場合を示す。図８〜図１０は、リングコア層の外周半径ａ２と比屈折率差Δ１を変化させた時のＬＰ１１モードのＤＭＤの一例を示す。図８はａ１／ａ２＝０．３の場合を示し、図９はａ１／ａ２＝０．５の場合を示し、図１０はａ１／ａ２＝０．７の場合を示す。例えば、ａ１／ａ２＝０．７であり、ａ２＝１２．０μｍ、比屈折率差Δ１が１．０［％］であるとき、Δｎｅｆｆが０．０００５以下、ＤＭＤが１ｎｓ／ｋｍ以下、となる。 In this embodiment, the wavelength band used is 1550 nm, and the predetermined conditions are that Δneff is 0.0005 or less and DMD is 1 ns / km or less. 5 to 7 show an example of Δneff in the LP11 mode when the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 are changed. FIG. 5 shows a case where a 1 / a 2 = 0.3, FIG. 6 shows a case where a 1 / a 2 = 0.5, and FIG. 7 shows a case where a 1 / a 2 = 0.7. . 8 to 10 show an example of the LP11 mode DMD when the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer and the relative refractive index difference Δ 1 are changed. 8 shows the case where a 1 / a 2 = 0.3, FIG. 9 shows the case where a 1 / a 2 = 0.5, and FIG. 10 shows the case where a 1 / a 2 = 0.7. . For example, when a 1 / a 2 = 0.7, a 2 = 12.0 μm, and the relative refractive index difference Δ 1 is 1.0 [%], Δneff is 0.0005 or less, and DMD is 1 ns / km. The following.

次に、ａ２を１２［μｍ］、比屈折率差Δ１を１．０［％］とし、ａ１を変化させた時のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１１に示す。中心層半径ａ１を大きくするほど、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤが小さくなることが分かる。次に、ａ1を７［μｍ］、比屈折率差Δ１を１．０［％］とし、ａ２を変化させた時のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１２に示す。リングコア層の外周半径ａ２を大きくするほど、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤが小さくなることが分かる。ただし、このままでは、ａ１、ａ２を大きくするほど伝搬モード数が多くなり、つまり不要な伝搬モードが増加し、例えば、低Δｎｅｆｆかつ低ＤＭＤな２ＬＰモードファイバを実現することが困難である。 Next, FIG. 11 shows Δneff and DMD when a 2 is changed by setting a 2 to 12 [μm], the relative refractive index difference Δ 1 to 1.0 [%], and a 1 . The larger the central layer radius a 1, it can be seen that Δneff and DMD is reduced. Next, FIG. 12 shows Δneff and DMD when a 1 is 7 [μm], the relative refractive index difference Δ 1 is 1.0 [%], and a 2 is changed. It can be seen that Δneff and DMD decrease as the outer peripheral radius a 2 of the ring core layer increases. However, if a 1 and a 2 are increased, the number of propagation modes increases, that is, unnecessary propagation modes increase. For example, it is difficult to realize a 2LP mode fiber having a low Δneff and a low DMD.

［クラッド設計手順Ｓ０２］
次に、クラッド設計手順（Ｓ０２）を実行し、シリカレベル（＝中心層およびトレンチ層の屈折率）に対するクラッド層の比屈折率差Δ２を上げる。例えば、コア設計手順で求めたａ１、ａ２及びΔ１を用いて使用波長帯におけるΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを算出する。そして、算出結果に基づき、使用波長帯において想定する高次モードが伝搬可能になるように、クラッド層の比屈折率差Δ２の範囲を求める。 [Clad design procedure S02]
Then run clad design procedure (S02), raising the silica level (= central layer and the refractive index of the trench layer) relative refractive index difference delta 2 of the cladding layer with respect. For example, Δneff and DMD in the used wavelength band are calculated using a 1 , a 2 and Δ 1 obtained in the core design procedure. Then, based on the calculation result, the range of the relative refractive index difference Δ 2 of the cladding layer is determined so that the higher-order mode assumed in the used wavelength band can propagate.

本実施形態では、ａ１は７［μｍ］、ａ２は１２［μｍ］であり、伝搬モードの曲げ損失を考慮し、閉じ込めを強くするため、比屈折率差Δ１は１．１５［％］とし、使用波長帯は１５５０ｎｍである。なお、比屈折率差Δ１については、図５〜図７、図８〜図１０で示したとおり、ΔｎｅｆｆやＤＭＤへは大きな変化を与えない。クラッド層の比屈折率差Δ２を変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１３に示す。トレンチの幅（ａ３−ａ２）は７［μｍ］、波長は１５５０［ｎｍ］とした。図１３より、０．８２［％］＜Δ２＜０．８６［％］のとき、伝搬モード数が２となることが分かる。 In this embodiment, a 1 is 7 [μm], a 2 is 12 [μm], and the relative refractive index difference Δ 1 is 1.15 [%] in order to strengthen the confinement in consideration of the bending loss of the propagation mode. The wavelength band used is 1550 nm. Note that the relative refractive index difference delta 1, FIGS. 5 to 7, as shown in FIGS. 8 to 10, it does not have a significant change to Δneff or DMD. The Δneff and DMD when changing the relative refractive index difference delta 2 of the cladding layer 13. The width (a 3 -a 2 ) of the trench was 7 [μm], and the wavelength was 1550 [nm]. FIG. 13 shows that the number of propagation modes is 2 when 0.82 [%] <Δ 2 <0.86 [%].

ここで、図１３より、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤはクラッド層の比屈折率差Δ２の影響を受けないことが分かる。 Here, FIG. 13 shows that Δneff and DMD are not affected by the relative refractive index difference Δ 2 of the cladding layer.

［トレンチ設計手順Ｓ０３］
次に、伝搬モードの曲げ損失を調整するために、トレンチ設計手順（Ｓ０３）を実行し、トレンチの幅（ａ３−ａ２）およびクラッド層の比屈折率差Δ２を微調整する。例えば、コア設計手順で求めたａ１及び比屈折率差Δ１並びにクラッド設計手順で求めたクラッド層の比屈折率差Δ２の範囲を用いて、使用波長帯における曲げ損失を算出する。そして、算出した曲げ損失が予め定められた条件を満たすように、クラッド層の比屈折率差Δ２の範囲のなかから値を選択し、トレンチの幅（ａ３−ａ２）を求める。 [Trench design procedure S03]
Next, in order to adjust the bending loss of the propagation mode, the trench design procedure (S03) is executed to finely adjust the trench width (a 3 -a 2 ) and the relative refractive index difference Δ 2 of the cladding layer. For example, the bending loss in the used wavelength band is calculated using the range of a 1 and the relative refractive index difference Δ 1 obtained in the core design procedure and the relative refractive index difference Δ 2 of the clad layer obtained in the cladding design procedure. Then, a value is selected from the range of the relative refractive index difference Δ 2 of the cladding layer so that the calculated bending loss satisfies a predetermined condition, and the trench width (a 3 -a 2 ) is obtained.

本実施形態では、ａ１は７［μｍ］、ａ２は１２［μｍ］、比屈折率差Δ１は１．１５［％］、比屈折率差Δ２の範囲は０．８２［％］＜Δ２＜０．８６［％］であり、使用波長帯は１５５０ｎｍである。予め定められた条件は、例えば、シングルモードのカットオフシフトファイバ（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５４）の場合、使用波長帯において曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下である。 In this embodiment, a 1 is 7 [μm], a 2 is 12 [μm], the relative refractive index difference Δ 1 is 1.15 [%], and the range of the relative refractive index difference Δ 2 is 0.82 [%]. <Δ 2 <0.86 [%], and the used wavelength band is 1550 nm. For example, in the case of a single-mode cutoff shift fiber (ITU-T G.654), the bending loss at a bending radius of 30 mm is 0.5 dB / 100 turn or less in the wavelength band used.

ここで、伝搬モードの曲げ損失の算出は、ＬＰ０１、ＬＰ１１モードについて考える。また、Ｃ帯（１５３０〜１５６５ｎｍ）での利用を想定した場合、伝搬モードの曲げ損失の算出は、最も曲げ損失が大きくなる１５６５ｎｍを考慮する必要がある。   Here, the calculation of the bending loss in the propagation mode is considered for the LP01 and LP11 modes. Further, assuming use in the C band (1530 to 1565 nm), the calculation of the bending loss in the propagation mode needs to consider 1565 nm at which the bending loss becomes the largest.

図１４にトレンチの幅（ａ３−ａ２）を変化させた場合の曲げ損失を示す。この曲げ損失の値は、ＬＰ０１、ＬＰ１１モードのうち、曲げ損失の大きいモードについて表している。このとき、クラッド層の比屈折率差Δ２を０．８２［％］とした。図１４より、曲げ損失は、トレンチの幅（ａ３−ａ２）により、微調整可能であることが分かる。全ての伝搬モードにおいて、曲げ半径３０ｍｍにおける０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下の曲げ損失を得るためには、トレンチの幅（ａ３−ａ２）が８．３［μｍ］以上であれば良い。 FIG. 14 shows bending loss when the trench width (a 3 -a 2 ) is changed. The value of this bending loss represents a mode with a large bending loss among the LP01 and LP11 modes. At this time, the relative refractive index difference Δ 2 of the cladding layer was set to 0.82 [%]. From FIG. 14, it can be seen that the bending loss can be finely adjusted by the width (a 3 -a 2 ) of the trench. In all the propagation modes, in order to obtain a bending loss of 0.5 dB / 100 turn or less at a bending radius of 30 mm, the trench width (a 3 -a 2 ) may be 8.3 [μm] or more.

以上の手順により、屈折率分布の各構造パラメータを設定することで、伝搬モード数が２であり、Δｎｅｆｆが０．０００５以下、ＤＭＤが１ｎｓ／ｋｍ以下である数モード光ファイバを製造することができる。この設計手法は伝搬モード数が２よりも大きい場合においても有効である。   By setting each structural parameter of the refractive index distribution by the above procedure, it is possible to manufacture a number mode optical fiber having a propagation mode number of 2, an Δneff of 0.0005 or less, and a DMD of 1 ns / km or less. it can. This design method is effective even when the number of propagation modes is larger than two.

以上説明したように、本実施形態に係る本数モード光ファイバは、屈折率分布のパラメータを適正にすることで伝搬モード数を２以上にし、伝搬モード間の実効屈折率差および群遅延差を低減することができる。従って、本実施形態に係る発明は、伝搬モード間の群遅延差を低減できるとともに伝搬モード数を２以上に大きくすることができる数モード光ファイバ及び光ファイバ伝送システムを提供することができる。   As described above, the number mode optical fiber according to the present embodiment reduces the effective refractive index difference and group delay difference between propagation modes by setting the number of propagation modes to 2 or more by making the refractive index distribution parameters appropriate. can do. Therefore, the invention according to the present embodiment can provide a number mode optical fiber and an optical fiber transmission system that can reduce the group delay difference between the propagation modes and increase the number of propagation modes to two or more.

（実施形態２）
実施形態１に示す図３の屈折率分布を持つ光ファイバのリングコア層の屈折率は屈折率の値が一定のステップ形状であるが、このリングコア層の屈折率の形状をグレーデッド形状にすることも可能である。本実施形態の数モード光ファイバの前記リングコア層は、前記中心層の外側から屈折率が指数関数的に小さくなることを特徴とする。 (Embodiment 2)
The refractive index of the ring core layer of the optical fiber having the refractive index distribution shown in FIG. 3 shown in the first embodiment is a step shape with a constant refractive index value. The refractive index of the ring core layer is made a graded shape. Is also possible. The ring core layer of the number mode optical fiber of this embodiment is characterized in that the refractive index decreases exponentially from the outside of the center layer.

数モード光ファイバを製造する場合、クラッド層をシリカレベルにし、コア部にはこれに酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）をドープして屈折率を高め、トレンチはフッ素（Ｆ）をドープしてシリカレベルよりも下げる手段が考えられる。図１５にこの屈折率分布を示す。 When manufacturing several-mode optical fibers, the cladding layer is made to be a silica level, the core portion is doped with germanium oxide (GeO 2 ) to increase the refractive index, and the trench is doped with fluorine (F) to make it more than the silica level. A means to lower it is also conceivable. FIG. 15 shows this refractive index distribution.

図１５は、リングコアがグレーデッド型プロファイルである数モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。リングコアは、外周半径がａ２、シリカレベル（＝クラッド層の屈折率）に対する比屈折率差がΔ１、指数定数がαである。トレンチは、トレンチの外側境界までの半径がａ３であり、シリカレベル（＝クラッド層の屈折率）に対する比屈折率差がΔ２であるとする。 FIG. 15 is a diagram for explaining the refractive index distribution of a number mode optical fiber in which the ring core has a graded profile. The ring core has an outer radius of a 2 , a relative refractive index difference with respect to the silica level (= refractive index of the cladding layer), Δ 1 , and an exponential constant of α. Trench radius to the outer boundary of the trench is a 3, the relative refractive index difference (refractive index of = cladding layer) silica level is assumed to be delta 2.

屈折率分布の各パラメータを、ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１２．０μｍ、ａ３−ａ２＝７．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％とし、指数定数αを変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１６に示す。図１６より、図１５の屈折率分布では、指数定数αを変えることでも伝搬モード数の制限が可能であることが分かる。例えば、１．２＜α＜２．０のとき、伝搬モード数を２にすることが可能であることが分かる。また、指数定数αに対して、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤがほとんど変化しないことがグレーデッドリングコアの特徴である。つまり、リングコア層の指数定数αを調整することで、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤに影響なく、伝搬モード数を制御することが可能であることが特徴である。 The parameters of the refractive index distribution are a 1 = 7.0 μm, a 2 = 12.0 μm, a 3 −a 2 = 7.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, FIG. 16 shows Δneff and DMD when the exponent constant α is changed. FIG. 16 shows that the number of propagation modes can be limited by changing the exponential constant α in the refractive index profile of FIG. For example, when 1.2 <α <2.0, it can be seen that the number of propagation modes can be set to two. Further, the graded ring core is characterized in that Δneff and DMD hardly change with respect to the exponent constant α. That is, the number of propagation modes can be controlled by adjusting the exponent constant α of the ring core layer without affecting Δneff and DMD.

（実施形態３）
図１７は、多段の階段形状を有するリングコアを有する数モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。リングコア層がステップ形状ではなく、マルチステップ形状であることを特徴とする。本実施形態の数モード光ファイバの前記リングコア層は、前記中心層の外側から屈折率が階段状に小さくなることを特徴とする。 (Embodiment 3)
FIG. 17 is a diagram for explaining the refractive index distribution of a number mode optical fiber having a ring core having a multi-step staircase shape. The ring core layer is not a step shape but a multi-step shape. The ring core layer of the number mode optical fiber of this embodiment is characterized in that the refractive index decreases stepwise from the outside of the center layer.

図１７には、一例として、リングコア層が２層の構造であるものを示している。本実施形態の数モード光ファイバは、実施形態２のグレーデッドリングコア形状と比べ、製造性に優れるという特徴がある。   FIG. 17 shows an example in which the ring core layer has a two-layer structure. The number mode optical fiber of the present embodiment is characterized in that it is excellent in manufacturability compared with the graded ring core shape of the second embodiment.

本実施形態の数モード光ファイバは次の構成であることが好ましい。
前記中心層は、中心軸から半径ａ１まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
前記リングコア層は、半径ａ１から半径ａ２まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ１である第１層、および半径ａ２から半径ａ３まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ３である第２層からなり、
前記トレンチ層は、半径ａ３から半径ａ４まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
各半径は、ａ１＝６．９〜７．４μｍ、ａ２＝９．５〜１０．１μｍ、ａ３＝１０．６〜１２．１μｍ、ａ４＝１４．０μｍ以上であり、
各比屈折率差は、Δ１＝０．４０〜０．５０％、Δ２＝−０．７５〜−０．６９％、Δ３＝−０．３０〜＋０．０５％である。 The number mode optical fiber of the present embodiment preferably has the following configuration.
The central layer is disposed from the central axis to a radius a 1, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
The ring core layer is disposed from a radius a 1 to a radius a 2 , and is disposed from a radius a 2 to a radius a 3 with a first layer having a relative refractive index difference Δ 1 with respect to the cladding layer, and a ratio with respect to the cladding layer difference in refractive index is from the second layer is a delta 3,
The trench layer is disposed from the radial a 3 to a radius a 4, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
Each radius is a 1 = 6.9 to 7.4 μm, a 2 = 9.5 to 10.1 μm, a 3 = 10.6 to 12.1 μm, a 4 = 14.0 μm or more,
The relative refractive index differences are Δ 1 = 0.40 to 0.50%, Δ 2 = −0.75 to −0.69%, and Δ 3 = −0.30 to + 0.05%.

リングコアの第１層は、外周半径がａ２、シリカレベル（＝クラッド層の屈折率）に対する比屈折率差がΔ１である。また、実施形態１や２にはない構造パラメータとして、リングコアの第２層の幅ａ３−ａ２、リングコアの第２層のシリカレベル（＝クラッド層の屈折率）に対する比屈折率差Δ３がある。 The first layer of the ring core has an outer radius of a 2 and a relative refractive index difference of Δ 1 with respect to the silica level (= refractive index of the cladding layer). Further, as structural parameters not found in the first and second embodiments, the relative refractive index difference Δ 3 with respect to the width a 3 -a 2 of the second layer of the ring core and the silica level of the second layer of the ring core (= refractive index of the cladding layer). There is.

初期構造パラメータとして、屈折率分布の各パラメータを、ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とする。 As initial structure parameters, parameters of the refractive index distribution are as follows: a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70% and Δ 3 = 0%.

ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％とし、Δ３を変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１８に示す。図１８より、例えば、−０．３０％＜Δ３＜＋０．０５％のとき、伝搬モード数を２にすることが可能であることが分かる。また、Δ３に対して、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤがほとんど変化しないことも特徴である。つまり、ΔｎｅｆｆおよびＤＭＤに影響なく、伝搬モード数を制御することが可能であることが特徴である。 a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, and Δ 3 is changed FIG. 18 shows Δneff and DMD in this case. From FIG. 18, it can be seen that the number of propagation modes can be set to 2 when, for example, −0.30% <Δ 3 <+ 0.05%. Further, with respect to delta 3, it is also characterized in that Δneff and DMD hardly changes. That is, the number of propagation modes can be controlled without affecting Δneff and DMD.

ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とし、リングコアの第２層の幅ａ３−ａ２を変えた場合（ａ２固定）のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図１９に示す。図１９より、例えば、０．６０μｍ＜ａ３−ａ２＜２．１μｍのとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, Δ 3 = 0%, and the second layer of the ring core 19 shows Δneff and DMD when the width a 3 -a 2 is changed (fixed a 2 ). From FIG. 19, it can be seen that, for example, when 0.60 μm <a 3 −a 2 <2.1 μm, the number of propagation modes can be made two.

ａ１＝７．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とし、リングコアの第１層の幅ａ２−ａ１を変えた場合（ａ１固定）のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図２０に示す。図２０より、例えば、２．５μｍ＜ａ２−ａ１＜３．１μｍのとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 1 = 7.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, Δ 3 = 0%, and the first layer of the ring core FIG. 20 shows Δneff and DMD when the width a 2 -a 1 is changed (a 1 is fixed). From FIG. 20, it can be seen that, for example, when 2.5 μm <a 2 −a 1 <3.1 μm, the number of propagation modes can be set to two.

ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とし、リングコアの第１層の比屈折率差Δ１を変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図２１に示す。図２１より、例えば、０．４０％＜Δ１＜０．５０％のとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 2 = −0.70%, Δ 3 = 0%, and the first layer of the ring core the Δneff and DMD when changing the relative refractive index difference delta 1 shown in FIG. 21. From FIG. 21, it can be seen that, for example, when 0.40% <Δ 1 <0.50%, the number of propagation modes can be set to two.

ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とし、中心層半径ａ１を変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図２２に示す。図２２より、例えば、６．９μｍ＜ａ１＜７．４μｍのとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, Δ 3 = 0%, and the central layer radius a 1 FIG. 22 shows Δneff and DMD when V is changed. From FIG. 22, it can be seen that, for example, when 6.9 μm <a 1 <7.4 μm, the number of propagation modes can be made two.

ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ２＝−０．７０％、Δ３＝０％とし、トレンチ幅ａ４−ａ３を変えた場合（ａ３固定）のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図２３に示す。図２３より、例えば、２．０μｍ＜ａ４−ａ３のとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 2 = −0.70%, Δ 3 = 0%, and the trench width a 4 − If changed a 3 to Δneff and DMD of (a 3 fixed) is shown in Figure 23. FIG. 23 shows that the number of propagation modes can be set to 2 when, for example, 2.0 μm <a 4 −a 3 .

ａ１＝７．０μｍ、ａ２＝１０．０μｍ、ａ３＝１２．０μｍ、ａ４＝１９．０μｍ、Δ１＝０．４５％、Δ３＝０％とし、トレンチの比屈折率差Δ２を変えた場合のΔｎｅｆｆおよびＤＭＤを図２４に示す。図２４より、例えば、−０．７５％＜Δ２＜−０．６９％のとき、伝搬モード数を２にすることが可能であるであることが分かる。 a 1 = 7.0 μm, a 2 = 10.0 μm, a 3 = 12.0 μm, a 4 = 19.0 μm, Δ 1 = 0.45%, Δ 3 = 0%, and the relative refractive index difference Δ of the trench FIG. 24 shows Δneff and DMD when 2 is changed. From FIG. 24, for example, it is understood that the number of propagation modes can be set to 2 when −0.75% <Δ 2 <−0.69%.

（実施形態４）
図２５は、本実施形態の光ファイバ伝送システムの概略図である。本光ファイバ伝送システムは、
Ｎ個のデータを光信号としてそれぞれ送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機１０と、
光送信機１０からのＮ個の光信号を伝搬モードが異なるように合波する合波器２０と、
合波器２０からの光信号を伝搬する数モード光伝送路３０と、
数モード光伝送路３０からの光信号を異なる分岐比で分波する分波器４０と、
分波器４０からの光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機５０と、
光受信機５０が出力するＭ個の電気信号から、数モード光伝送路３０の伝搬中に生じた信号劣化を補償し、光送信機１０が送信したＮ個のデータを復元するデータ復元部として機能するＦＩＲ等化器６０と、
を備える。 (Embodiment 4)
FIG. 25 is a schematic diagram of the optical fiber transmission system of the present embodiment. This optical fiber transmission system
N (N is an integer of 2 or more) optical transmitters 10 each transmitting N data as optical signals,
A multiplexer 20 that multiplexes N optical signals from the optical transmitter 10 in different propagation modes;
A number mode optical transmission line 30 for propagating an optical signal from the multiplexer 20;
A demultiplexer 40 for demultiplexing the optical signal from the number mode optical transmission line 30 at different branching ratios;
M optical receivers 50 (M is an integer equal to or greater than N) for receiving optical signals from the duplexer 40;
As a data restoration unit that compensates for signal degradation caused during propagation in the several-mode optical transmission line 30 from M electrical signals output from the optical receiver 50 and restores N data transmitted by the optical transmitter 10 A functioning FIR equalizer 60;
Is provided.

Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の送信機１０から発せられるＮ種の信号（ｘ（ｎ））は合波器２０において結合する伝搬モード比率が異なるように合波される。伝搬モード比率とは、数モード光伝送路３０で伝搬する各伝搬モードの強度の割合である。数モード光伝送路３０は、実施形態１，２，３で説明した数モード光ファイバを用いた光伝送路である。伝送した信号の復元度を考慮した場合、伝搬モード比率は光信号ごとに大きく異なることが望ましい。例えば、合波器２０は、ファイバのコアへ光を照射する場所を変えることで任意のモードが励振可能な３次元導波路構造の合波器が望ましい。   N types of signals (x (n)) emitted from N (N is an integer of 2 or more) transmitters 10 are combined such that the propagation mode ratios to be combined in the multiplexer 20 are different. The propagation mode ratio is the ratio of the intensity of each propagation mode that propagates through the number mode optical transmission line 30. The number mode optical transmission line 30 is an optical transmission line using the number mode optical fiber described in the first, second, and third embodiments. In consideration of the degree of restoration of the transmitted signal, it is desirable that the propagation mode ratio is greatly different for each optical signal. For example, it is desirable that the multiplexer 20 has a three-dimensional waveguide structure that can excite any mode by changing the location where light is applied to the fiber core.

合波された光信号は数モード光伝送路３０中に入射され、出射側に設置された分波器４０において異なる分岐比でＭポート（ＭはＮ以上の整数）に分波される。分岐比率についても合波器２０と同様に、全ての伝搬モードが完全に同比率とならないように光信号を分岐する。信号の復元度を考慮した場合、分岐比率はポートごとに大きく異なることが望ましい。   The multiplexed optical signal enters the several-mode optical transmission line 30 and is demultiplexed into M ports (M is an integer equal to or greater than N) with a different branching ratio in a duplexer 40 installed on the output side. Regarding the branching ratio, similarly to the multiplexer 20, the optical signal is branched so that all the propagation modes do not have the same ratio. When considering the degree of signal restoration, it is desirable that the branching ratio differs greatly from port to port.

分波されたＭ種の信号（ｙ（ｎ））はＭ個の受信機５０で受信され、後段に設置されたＦＩＲ等化器６０において数モード光ファイバで受けた信号劣化を補償し、復元信号（ｕ（ｎ））を得る。光ファイバ伝送システムは、Ｎ入力Ｍ出力のＭＩＭＯ伝送であり、Ｎ種の信号の並列伝送が可能である。   The demultiplexed M kinds of signals (y (n)) are received by the M receivers 50, and the FIR equalizer 60 installed in the subsequent stage compensates for the signal deterioration received by the several mode optical fiber and restores it. A signal (u (n)) is obtained. The optical fiber transmission system is N-input M-output MIMO transmission, and N types of signals can be transmitted in parallel.

なお、ＦＩＲ等化器６０は、前記データ復元部であり、モード分散、波長分散、偏波分散の補償も可能である。また、受信信号の電界振幅及び位相情報を取得するためには、局発光源、９０°光ハイブリッド、バランスレシーバ、アナログデジタルコンバータ、及び計算器で受信機５０を構成する。ＦＩＲ等化器６０は、数モード光伝送路３０中で発生する線形歪を補償することができ、タップの遅延量及び係数を適切に設定することで、数モード光伝送路３０中で発生する他送信機からの混信、モード分散、波長分散、偏波分散による信号劣化を補償することができる。ただし、モード分散による信号劣化を補償する場合、基本モード及び高次モードのモード群遅延差が大きくなると、信号劣化補償に必要な計算量が膨大になる。しかし、本実施形態の光ファイバ伝送システムは、モード群遅延差が小さい数モード光伝送路３０を用いており、補償に必要な計算量を少なくできる。さらに、伝搬モード数が２よりも大きいため、大容量化も可能である。換言すれば、数モード光伝送路３０を備えることで、従来のＦＩＲ等化器のままで伝送システムの大容量化や長距離化が可能である。   The FIR equalizer 60 is the data restoration unit, and can compensate for mode dispersion, chromatic dispersion, and polarization dispersion. Further, in order to acquire the electric field amplitude and phase information of the received signal, the receiver 50 is configured by a local light source, a 90 ° optical hybrid, a balance receiver, an analog-digital converter, and a calculator. The FIR equalizer 60 can compensate for the linear distortion generated in the number mode optical transmission line 30, and is generated in the number mode optical transmission line 30 by appropriately setting the delay amount and coefficient of the tap. It is possible to compensate for signal degradation caused by interference from other transmitters, mode dispersion, chromatic dispersion, and polarization dispersion. However, when compensating for signal degradation due to mode dispersion, if the difference in mode group delay between the basic mode and the higher-order mode becomes large, the amount of calculation required for signal degradation compensation becomes enormous. However, the optical fiber transmission system of this embodiment uses the number mode optical transmission line 30 with a small mode group delay difference, and can reduce the amount of calculation required for compensation. Furthermore, since the number of propagation modes is larger than 2, the capacity can be increased. In other words, by providing the several-mode optical transmission line 30, it is possible to increase the capacity and distance of the transmission system with the conventional FIR equalizer.

本発明は、リングコアを有する光ファイバについての新たな構造であり、ファイバ中の高次モードの利用により光ファイバ伝送の大容量化及び長距離化を実現することができる。なお、本発明のリングコア構造は、マルチコア技術と可能な限り組み合わせることができる。   The present invention is a new structure for an optical fiber having a ring core, and it is possible to increase the capacity and length of optical fiber transmission by utilizing higher-order modes in the fiber. The ring core structure of the present invention can be combined with multi-core technology as much as possible.

１０：光送信機
２０：合波器
３０：数モード光伝送路
４０：分波器
５０：光受信機
６０：ＦＩＲ等化器 10: optical transmitter 20: multiplexer 30: number mode optical transmission line 40: demultiplexer 50: optical receiver 60: FIR equalizer

Claims (6)

中心軸から外側に向けて屈折率が一定の中心層と、
前記中心層の外側に配置され、屈折率が前記中心層の屈折率より大きいリングコア層と、
前記リングコア層の外側に配置され、屈折率が前記リングコア層の屈折率よりも小さいトレンチ層と、
前記トレンチ層の外側に配置され、屈折率が前記トレンチ層の屈折率よりも大きいクラッド層と、
を備える数モード光ファイバ。 A central layer with a constant refractive index from the central axis toward the outside,
A ring core layer disposed outside the central layer and having a refractive index greater than that of the central layer;
A trench layer disposed outside the ring core layer and having a refractive index smaller than that of the ring core layer;
A cladding layer disposed outside the trench layer and having a refractive index greater than that of the trench layer;
A number mode optical fiber comprising: 前記リングコア層は、前記中心層の外側から屈折率が指数関数的に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の数モード光ファイバ。   The number mode optical fiber according to claim 1, wherein a refractive index of the ring core layer decreases exponentially from the outside of the center layer. 前記リングコア層は、前記中心層の外側から屈折率が階段状に小さくなることを特徴とする請求項１に記載の数モード光ファイバ。   The number mode optical fiber according to claim 1, wherein the ring core layer has a refractive index that decreases stepwise from the outside of the center layer. 前記中心層は、中心軸から半径ａ１まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
前記リングコア層は、半径ａ１から半径ａ２まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ１である第１層、および半径ａ２から半径ａ３まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ３である第２層からなり、
前記トレンチ層は、半径ａ３から半径ａ４まで配置され、前記クラッド層に対する比屈折率差がΔ２であり、
各半径は、ａ１＝６．９〜７．４μｍ、ａ２＝９．５〜１０．１μｍ、ａ３＝１０．６〜１２．１μｍ、ａ４＝１４．０μｍ以上であり、
各比屈折率差は、Δ１＝０．４０〜０．５０％、Δ２＝−０．７５〜−０．６９％、Δ３＝−０．３０〜＋０．０５％である
ことを特徴とする請求項３に記載の数モード光ファイバ。 The central layer is disposed from the central axis to a radius a 1, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
The ring core layer is disposed from a radius a 1 to a radius a 2 , and is disposed from a radius a 2 to a radius a 3 with a first layer having a relative refractive index difference Δ 1 with respect to the cladding layer, and a ratio with respect to the cladding layer difference in refractive index is from the second layer is a delta 3,
The trench layer is disposed from the radial a 3 to a radius a 4, the relative refractive index difference with respect to the cladding layer is delta 2,
Each radius is a 1 = 6.9 to 7.4 μm, a 2 = 9.5 to 10.1 μm, a 3 = 10.6 to 12.1 μm, a 4 = 14.0 μm or more,
The relative refractive index differences are Δ 1 = 0.40 to 0.50%, Δ 2 = −0.75 to −0.69%, and Δ 3 = −0.30 to + 0.05%. The number mode optical fiber according to claim 3. データを光信号に変換して送信する複数の光送信機と、
前記複数の光送信機からの光信号を伝搬モードが異なるように合波する合波器と、
前記合波器からの光信号を伝搬する請求項１から４のいずれかに記載の数モード光ファイバと、
前記数モード光ファイバからの光信号を異なる分岐比で分波する分波器と、
前記分波器の分岐する各光信号を個別に電気信号に変換する複数の光受信機と、
前記光受信機が出力する電気信号から、前記数モード光ファイバの伝搬中に生じた信号劣化を補償し、前記複数の光送信機が送信したデータを復元するデータ復元部と、
を備える光ファイバ伝送システム。 A plurality of optical transmitters for converting data into optical signals and transmitting the data;
A multiplexer that multiplexes optical signals from the plurality of optical transmitters so that propagation modes are different, and
The number mode optical fiber according to any one of claims 1 to 4, which propagates an optical signal from the multiplexer;
A demultiplexer for demultiplexing the optical signal from the several-mode optical fiber at different branching ratios;
A plurality of optical receivers that individually convert each optical signal branched by the duplexer into an electrical signal;
A data restoration unit that compensates for signal degradation that occurs during propagation of the several-mode optical fiber from the electrical signal output by the optical receiver, and restores data transmitted by the plurality of optical transmitters;
An optical fiber transmission system comprising: 中心軸から外側に向けて屈折率が一定の中心層と、
前記中心層の外側に配置され、屈折率が前記中心層の屈折率より大きいリングコア層と、
前記リングコア層の外側に配置され、屈折率が前記リングコア層の屈折率よりも小さいトレンチ層と、
前記トレンチ層の外側に配置され、屈折率が前記トレンチ層の屈折率よりも大きいクラッド層と、
を備える数モード光ファイバの設計方法であって、
前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び前記クラッド層に対するリングコア層の比屈折率差を変化させた時の使用波長帯における各高次モードの伝搬定数差（Δｎｅｆｆ）を算出し、各高次モードのΔｎｅｆｆが予め定められた条件を満たすように、前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を求める中心層とリングコア設計手順と、
前記中心層とリングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差を用いて、使用波長帯において各高次モードが伝搬可能になるような、前記トレンチ層に対する前記クラッド層の比屈折率差の範囲を求めるクラッド設計手順と、
前記リングコア設計手順で求めた前記中心層の外周半径、リングコア層の外周半径及び比屈折率差、並びに前記クラッド設計手順で求めた前記クラッド層の比屈折率差を用いて、使用波長帯における曲げ損失を算出し、算出した曲げ損失が予め定められた条件を満たすように、前記トレンチの幅を求めるトレンチ設計手順と、
を順に行う数モード光ファイバの設計方法。 A central layer with a constant refractive index from the central axis toward the outside,
A ring core layer disposed outside the central layer and having a refractive index greater than that of the central layer;
A trench layer disposed outside the ring core layer and having a refractive index smaller than that of the ring core layer;
A cladding layer disposed outside the trench layer and having a refractive index greater than that of the trench layer;
A method for designing a number mode optical fiber comprising:
Calculate the propagation constant difference (Δneff) of each higher-order mode in the used wavelength band when the outer peripheral radius of the central layer, the outer peripheral radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the ring core layer with respect to the cladding layer are changed, The center layer and the ring core design procedure for determining the outer peripheral radius of the central layer, the outer peripheral radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference so that Δneff of the higher order mode satisfies a predetermined condition,
The trench layer that allows each higher-order mode to propagate in the wavelength band to be used by using the outer radius of the central layer, the outer radius of the ring core layer, and the relative refractive index difference obtained in the design procedure of the central layer and the ring core. A cladding design procedure for obtaining a range of relative refractive index difference of the cladding layer with respect to
Using the outer peripheral radius of the center layer determined in the ring core design procedure, the outer peripheral radius and the relative refractive index difference of the ring core layer, and the relative refractive index difference of the cladding layer determined in the cladding design procedure, bending in the used wavelength band A trench design procedure for calculating the loss and determining the width of the trench so that the calculated bending loss satisfies a predetermined condition;
Design method for number mode optical fiber.
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