JP2021012226A - マルチコア光ファイバ - Google Patents
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Abstract
Description
(1)クラッド外径が125μmであること,あるいは,被覆径が250μm以下であること
(2)ファイバ断面において一本の直線上に中心が位置する4以上のコアを有すること
(3)少なくともOバンド(短距離光伝送で頻繁に用いられる1310nm波長帯であって、具体的には1260nm以上1360nm以下の波長帯)において、ITU−T G.652規格の汎用シングルモード光ファイバ(Single-Modeoptical Fiber:以下、「SMF」と記す)と互換可能なMFDとカットオフ波長を有すること
(4)零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(望ましくは1300nm以上1324nm以下)
で表される関係が成り立つ。一方のコア(モード)mと他方のコア(モード)nの間のパワー結合係数hは,2個のコア間でのクロストークあるいはパワー結合が十分小さく、MCFの一方の端部に位置する一方のコア(モード)mのみに光を入射したときの、MCFの他方の端部における一方のコア(モード)mからの出力光強度をI1、他方のコア(モード)nからの出力光強度I2をとし,MCF長をLzとすると、以下の式(2):
により求めることができる。
(1)コア間においてXTを十分抑制できる伝搬定数差を持つ異種コア型MCFであること
(2)短距離光伝送に利用される波長1310nmにおいて、全てのコアのMFDが8.6±0.6μmから9.5±0.6μmまでの範囲に収まり、ケーブルカットオフ波長が1260nm以下であり、また、零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(より好ましくは1300nm以上1324nm以下の範囲に収まること)
なる構造条件が導かれる。ただし、上述のような仕様を満たすMCFは、これまで知られておらず、その実現は困難であると当業者にとっての技術的常識であることが先行文献からも明らかである。
本開示は、上述の詳細な検討結果に基づいて、4個以上の多数のコア(ファイバ断面において一列に配置された少なくとも4個コアを含む)が外径124μm以上181μm以下のクラッドに内蔵された、短距離光伝送に適したMCFを提案する。なお、本開示のMCFは、Oバンド(1260nm以上1360nm以下)を利用した短距離光伝送を想定し、Cバンドなどを利用する長距離光伝送のみで発生する光学特性の劣化を許容する。一方、本開示のMCFは、隣接するコアが異なる屈折率プロファイルを有するに差異を持たせることで、Oバンドを信号伝送に用いる短距離光伝送に十分適した光学特性を実現する。
(1) 本開示のマルチコア光ファイバ(MCF)は、その一態様として、当該MCFの中心軸に沿って伸びる複数のコア部と、共通クラッドと、樹脂被覆を備える。複数のコア部それぞれは、中心軸に沿って伸びるコアと、コアの外周を取り囲む内クラッドと、内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する。このように、複数のコア部それぞれは、光閉じ込め効果の高いトレンチアシスト型構造を有する。共通クラッドは、汎用SMFのクラッド外径との整合を考慮し、複数のコア部それぞれのトレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する。樹脂被覆は、共通クラッドの外周面を取り囲むとともに195μm以上250μm以下の外径を有する。また、本開示のマルチコア光ファイバは、中心軸に直交する、当該MCFの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含む。直線配列群を構成する4個のコア部は、少なくともコアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有する。更に、4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる。すなわち、隣接する第1コア部と第2コア部は、異なる構造を有する。また、一例として、直線配列群が4個のコア部で構成される場合、上述の第1コア部に相当するコア部と、上述の第2コア部に相当するコア部とが上記直線に沿って交互に配置される。ここで、「コアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイル」とは、コアと内クラッドとの比屈折率差の差異が、0.02%以下であるような屈折率プロファイルを意味する。
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 −Δic,1 ≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 −Δic,2 ≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
−0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。加えて、コア間XTの抑制と樹脂被覆側への漏洩損失LLの抑制を担保するため、第1コア部および第2コア部の配置条件を示す。すなわち、第1コア部のコア中心と第2コア部のコア中心との間隔をΛ[μm]とするとき、第1コア部および第2コア部は、
0.001Λ ≦ Δco,1 −Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 −Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。なお、本開示の一態様として、第1コア部および第2コア部は、
0.002Λ ≦ Δco,1 −Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 −Δic,2
なる関係を満たしてもよい。隣接する第1コア部と第2コア部との間において、それぞれのトレンチ層は接触していてもよい(連結していてもよい)。
Δt,1 ≦ −0.5%
Δt,2 ≦ −0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たしてもよい。
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
なる条件を満たすのが好ましい。更に、間隔Λ[μm]は、
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たしてもよい。
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3−0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ −1.46w+27.8
で与えられる。このとき、ズレ量d[μm]は、
d ≦ −(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ−(79.360w+271.139)
d ≦ −0.246Λ−0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w−12.539
なる関係を満たすのが好ましい。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
本開示に係るMCF(マルチコア光ファイバ)の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
図1は、本開示の第1実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。図2は、図1に示された4個のコア部(直線配列群G0)の一部であって互いに隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bそれぞれの断面構造および配置関係を説明するための図である。また、図3は、図1の直線L0に沿った当該MCFの屈折率プロファイルである。なお、図3では、共通クラッド200の屈折率レベルLVcladが示されている。
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
または
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たす。
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3−0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ −1.46w+27.8
なる関係を満たす。加えて、第1および第2コア部100A、100Bのトレンチ層130A、130Bの外周面間を最短距離で結ぶ第1線分の中点と、第1および第2コア部100A、100Bのコア中心AX1、AX2同士を結ぶ第2線分の中点と、のズレ量d[μm]が上記式(3)で与えられた場合、該ズレ量d[μm]は、
d ≦ −(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ−(79.360w+271.139)
d ≦ −0.246Λ−0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w−12.539
なる関係を満たしている。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
Δ=100(n1 2−n0 2)/2n0 2
なる式で与えられる。したがって、共通クラッド200の屈折率よりも高い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は正の値となり、共通クラッド200の屈折率よりも低い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は負の値となる。また、共通クラッド200以外の任意のガラス領域間の比屈折率差は、共通クラッド200の屈折率を基準とした一方のガラス領域の比屈折率差と、共通クラッド200の屈折率を基準とした他方のガラス領域の比屈折率差との差の絶対値で与えられるものとする。
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 −Δic,1 ≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 −Δic,2 ≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
−0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たしている。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。また、第1コア部100Aおよび第2コア部100Bは、
0.001Λ ≦ Δco,1 −Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 −Δic,2
または、
0.002Λ ≦ Δco,1 −Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 −Δic,2
なる関係を満たしている。
Δt,1 ≦ −0.5%
Δt,2 ≦ −0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たすのが好ましい。
図4は、本開示の第2実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図4に示された第2実施形態に係るMCF10Bは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図5は、本開示の第3実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図5に示された第3実施形態に係るMCF10Cは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図6は、測定用に用意された複数サンプルの構造パラメータを示す表である。図7は、図6に示された各サンプルの測定結果を示す表である。
Claims (14)
- 中心軸に沿って伸びる複数のコア部であって、それぞれが、前記中心軸に沿って伸びるコアと、前記コアの外周を取り囲む内クラッドと、前記内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する複数のコア部と、
前記複数のコア部それぞれの前記トレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する共通クラッドと、
前記共通クラッドの外周面を取り囲むとともに195μm以上250μm以下の外径を有する樹脂被覆と、
を備え、
前記中心軸に直交する、当該マルチコア光ファイバの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含み、
前記直線配列群を構成する前記4個のコア部は、少なくとも前記コアと前記内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有し、
前記4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、前記共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる、
マルチコア光ファイバ。 - 前記4個のコア部それぞれは、波長1310nmにおいて8.0μm以上10.1μm以下のモードフィールド径と、1260nm以下のケーブルカットオフ波長と、1260nm以上1360nm以下の波長帯において0.5dB/km以下の伝送損失と、を有し、
前記4個のコア部の零分散波長において、最大零分散波長と最小零分散波長との差は24nm以下であり、
7cm以上14cm以下の曲げ半径または14cm以上20cm以下の曲げ半径で当該マルチコア光ファイバを曲げた状態で、前記第1コア部における前記コアと前記第2コア部における前記コアとの間のクロストークは、0.01/km以下である、請求項1に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記第1コア部の構造パラメータとして、前記コア、前記内クラッドおよび前記トレンチ層の外径をそれぞれ2a1[μm]、2b1[μm]および2c1[μm]とするとともに、前記共通クラッドの屈折率を基準とした前記コア、前記内クラッドおよび前記トレンチ層の比屈折率差をそれぞれΔco,1[%]、Δic,1[%]、Δt,1[%]とし、
前記第2コア部の構造パラメータとして、前記コア、前記内クラッドおよび前記トレンチ層の外径をそれぞれ2a2[μm]、2b2[μm]および2c2[μm]とするとともに、前記共通クラッドの屈折率を基準とした前記コア、前記内クラッドおよび前記トレンチ層の比屈折率差をそれぞれΔco,2[%]、Δic,2[%]、Δt,2[%]とするとき、前記第1コア部および前記第2コア部は、
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 −Δic,1 ≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 −Δic,2 ≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
−0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たす、
請求項1または請求項2に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記第1コア部および前記第2コア部は、
Δt,1 ≦ −0.5%
Δt,2 ≦ −0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たす、
請求項3に記載のマルチコア光ファイバ。 - 1300nm以上1324nm以下の零分散波長を有する、
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記零分散波長において0.092ps/(nm2・km)以下の分散スロープを有する、
請求項5に記載のマルチコア光ファイバ。 - 5mm以上の曲率半径で曲げられた当該マルチコア光ファイバの光学特性として、波長1310nmにおいて0.25dB/turn以下の曲げ損失を有する、
請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記共通クラッドは、124μm以上126μm以下の外径を有し、
前記間隔Λ[μm]は、
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
なる条件を満たす、
請求項3に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記共通クラッドは、124μm以上126μm以下の外径を有し、
前記第1コア部の前記コア中心と前記第2コア部の前記コア中心との間隔をΛ[μm]とするとき、前記間隔Λ[μm]は、
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
なる条件を満たす、
請求項4乃至請求項7のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記第1コア部の前記トレンチ層の外周面と前記第2コア部の前記トレンチ層の外周面との最短距離を間隔w[μm]とするか、または、以下の式:
Λ−(c1+c2)
で与えられる値を前記間隔w[μm]とするとき、
前記間隔w[μm]と前記間隔Λ[μm]は、
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3−0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ −1.46w+27.8
なる関係を満たし、
前記第1および第2コア部の前記トレンチ層の外周面間を最短距離で結ぶ第1線分の中点と、前記第1および第2コア部の前記コア中心同士を結ぶ第2線分の中点と、のズレ量d[μm]が以下の式(1):
で与えられるとき、前記ズレ量d[μm]は、
d ≦ −(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ−(79.360w+271.139)
d ≦ −0.246Λ−0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w−12.539
なる関係を満たす、
請求項8または請求項9に記載のマルチコア光ファイバ。 - 当該マルチコア光ファイバの前記断面上において、前記直線配列群を含む前記複数のコア部は、前記中心軸と前記断面との交点を通る基準直線を対称軸としてそれぞれの前記コア中心の位置が線対称となるように、配置されている、
請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 当該マルチコア光ファイバの前記断面上において、前記直線配列群を含む前記複数のコア部は、前記中心軸と前記断面との交点を回転中心としてそれぞれの前記コア中心の位置が2回以上の回転対称性を有するように、配置されている、
請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記共通クラッドの屈折率とは異なる屈折率を有するマーカーであって、前記複数のコア部における前記コア中心の配置の対称性を崩す位置に配置されたマーカーを備える、
請求項11または請求項12に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記第1コア部における前記トレンチ層の外側半径は、前記第2コア部における前記トレンチ層の外側半径と異なる、
請求項11または請求項12に記載のマルチコア光ファイバ。
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