JP5660627B2

JP5660627B2 - 多芯単一モード光ファイバおよび光ケーブル

Info

Publication number: JP5660627B2
Application number: JP2011225745A
Authority: JP
Inventors: 中島　和秀; 和秀中島; 幸弘五藤; 松井　隆; 隆松井; 深井　千里; 千里深井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: JP2013088458A

Description

本発明は単一モード光通信に供する、単一モード光ファイバおよび光ケーブルに関する。

データ通信の急速な普及に伴い、伝送容量の更なる拡大に対する要望は年々高まる一方にある。このため、様々な多重化技術を用いることにより、光ファイバ１心当たりの伝送容量を拡大する検討が行われている。例えば、非特許文献１や非特許文献２には、同一のクラッド断面内に複数のコアを配置することにより、光ファイバ１心当たりの空間多重効率を向上させる多コア光ファイバ技術が開示されている。

しかしながら、非特許文献１や非特許文献２に開示された多コア光ファイバ技術では、クラッドの外径が125μｍ以上に拡大されており、従来の単一コア単一モード光ファイバ技術で用いられている入出力技術は、構造寸法上の不整合により適用できないという課題があった。また、クラッドの外径を125μｍ以上に拡大したことに伴い、曲げ、引張り、捻り等により発生する光ファイバの破断確率が増大するという課題もあった。

更に、非特許文献１に開示された多コア光ファイバ技術では、遮断波長、ゼロ分散波長、およびモードフィールド径の特性が、また、非特許文献２に開示された多コア光ファイバ技術では、ゼロ分散波長、およびモードフィールド径の特性が、それぞれ非特許文献３に開示された汎用単一コア単一モード光ファイバの伝送特性と異なるため、上述の汎用単一コア単一モード光ファイバとの併用による光伝送路の構築が困難となるといった課題があった。

本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等のクラッド外径および伝送特性を維持しつつ、空間多重効率の向上を可能とする多芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルを提供することにある。

本発明の多芯単一モード光ファイバでは、従来の単一コア単一モード光ファイバと同等となる、直径125μｍ±１μｍのクラッド部に、屈折率がクラッド部よりも高い２個、または３個、または４個のコア部を等間隔の距離Λに、かつコア部の中心からクラッド部の外周までの距離がｒ以上となるように配置し、前記距離Λおよびｒと、前記コア部の規格化周波数Ｖとの関係を好適となるように制御することにより、前記課題を解決する手段としている。

本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等のクラッド外径を保持し、かつ従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、ゼロ分散波長、および曲げ損失特性を実現したまま、空間利用効率を２〜４倍に拡大できるといった効果を奏する。

また、本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等のクラッド外径を保持したことにより、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバ技術で用いられている入出力技術も適用可能となるといった効果も奏する。

また、本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、ゼロ分散波長、および曲げ損失特性を実現したことにより、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと混在した光伝送路の設計も容易に行えるといった効果も奏する。

更に、本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバの範囲となるモードフィールド径特性を有するようにしたことにより、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバとの接続損失を低減し、多芯および単一コア光ファイバの混在による光伝送路の構築をより容易にするといった効果も奏する。

加えて、本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等のクラッド外径、並びに従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、ゼロ分散波長、および曲げ損失特性を実現するコア間距離Λおよびコア部の中心からクラッド部の外周までの最小距離ｒの構造条件を、モードフィールド径およびコア部の規格化周波数Ｖの関係により導出したことにより、任意の屈折率分布を有するコアを用いた多芯単一モード光ファイバに対しても適用できるといった効果も奏する。

本発明の多芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の多芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の多芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の多芯単一モード光ファイバにおいて、波長1550ｎｍで10ｋｍ伝送後の隣接コア間のクロストークを−30ｄＢ以下とする最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍのモードフィールド径および波長1310ｎｍの規格化周波数Ｖの関数として示した図面である。本発明の多芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.01ｄＢ／ｋｍ以下とするコア部の中心からクラッド部の外周までの距離ｒを、波長1310ｎｍのモードフィールド径および波長1310ｎｍの規格化周波数Ｖの関数として示した図面である。本発明の多芯単一モード光ファイバにおける、最小コア間距離Λとコア部の中心からクラッド部の外周までの最大距離ｒ-maxとの関係を、コア数の関数として示した図面である。

以下、本発明の多芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルの実施の形態について図面を用いて説明する。

図１乃至図３は本発明の多芯単一モード光ファイバの断面構造を示した概念図である。本発明の多芯単一モード光ファイバは、屈折率が均一で直径Ｄが125μｍ±１μｍであるクラッド部１と、屈折率が前記クラッド部１よりも高い２個（図１）、または３個（図２）、または４個（図３）のコア部２とを有する。

ここで、前記各コア部２は前記クラッド部１断面内に隣接するコア部２との中心間の距離Λが等間隔となるように、また、前記コア部２の中心からクラッド部１の外周までの最小距離がｒとなるように配置される。

尚、波長λにおける前記コア部２の規格化周波数Ｖは、当該コア部２の直径を２ａ、屈折率をｎ₁とし、前記クラッド部１の屈折率をｎ₂として、
Ｖ≡（２πａ／λ）・（ｎ₁ ²−ｎ₂ ²）^1/2 (1)
により定義される。

図４は本発明の多芯単一モード光ファイバにおいて、波長1550ｎｍで10ｋｍ伝送後の隣接コア間のクロストークを−30ｄＢ以下とする最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍのモードフィールド径および波長1310ｎｍの規格化周波数Ｖの関数として示した図面である。ここで、図中の実線が最小コア間距離Λを示す。また、点線、破線、および一点鎖線は、それぞれ実効遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長条件を示す。

非特許文献３によれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバの実効遮断波長は1260ｎｍ以下、曲げ損失は波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍ、巻き回数100回で0.1ｄＢ以下、ゼロ分散波長特性は1300〜1324ｎｍとして推奨されており、図４の点線より左側、破線より右側、および一点鎖線で囲まれる領域で、上述の遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を満たすことが可能となる。即ち、図４の点線、破線および一点鎖線の全てで囲まれる領域において、従来の単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を実現することが可能となる。

また、非特許文献３によれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバの波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径は8.6〜9.5μｍ±0.6μｍであることが推奨されている、ここで、モードフィールド径の偏差は接続点における接続損失の増加を招くことが知られている。

従って、図４より、規格化周波数Ｖが2.32〜2.67の範囲において、モードフィールド径が8.0〜10.1μｍの範囲となるようにコア部２の直径と比屈折率差とを制御し、かつ最小コア間距離Λを40〜50μｍの範囲とすることにより、汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を実現し、かつ隣接コア間のクロストークを−30ｄＢ以下に低減することが可能となる。

図５は本発明の多芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.01ｄＢ／ｋｍ以下とする最小クラッド外周までの距離ｒを、波長1310ｎｍのモードフィールド径および波長1310ｎｍの規格化周波数Ｖの関数として示した図面である。図中の点線、破線、および一点鎖線は、それぞれ図４と同一の実効遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長条件を示す。

図５より、規格化周波数Ｖが2.32〜2.67の範囲において、モードフィールド径が8.0〜10.1μｍの範囲となるようにコア部２の直径と比屈折率差とを制御し、かつ最小クラッド外周までの距離ｒを33〜38μｍの範囲とすることにより、汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の実効遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を実現し、かつ波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.01ｄＢ／ｋｍ以下に低減することが可能となる。

ここで、非特許文献４によれば、コア直径が２ａでコアの屈折率がｎ₁であるステップ型コアの規格化周波数Ｖとモードフィールド径２Ｗは、
Ｗ／ａ＝0.62＋1.619Ｖ^-1.5＋2.879Ｖ^-6 (2)
により記述できることが開示されている。

また、非特許文献５によれば、上述のステップ型屈折率分布における規格化周波数Ｖは、任意の屈折率分布に対する拡張規格化周波数Ｔとして、
Ｔ²＝２（２π／λ）²∫｛ｎ²(r)−ｎ²(∞)｝ｒｄｒ (3)
に書き直せることが開示されている。

ここで、ｎ(r)は半径ｒの点における屈折率、ｎ(∞)はクラッドの屈折率を表す。従って、図４および図５に開示した、モードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小コア間距離Λの関係、およびモードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小クラッド外周までの距離ｒの関係は、任意の屈折率分布を有するコア部２に対しても適用することが可能である。

図６は本発明の多芯単一モード光ファイバにおいてクラッド部の直径Ｄを125μｍとする、最小コア間距離Λとコア部の中心からクラッド部の外周までの最大距離ｒ-maxとの関係を、コア数の関数として示した図面である。なお、図中、実線、破線、および一点鎖線はそれぞれ、コア部が２個、３個、および４個の場合を示す。

図６から、同一クラッド部内に２個のコア部を配置する場合、最小コア間距離Λを50μｍに設定すると、r-maxは37μｍ程度とする必要があり、図４および図５に示した全ての条件を同時に満たすことが困難となる。そこで、最小コア間距離Λを40〜49μｍ±１μｍの範囲、クラッド外周までの距離ｒを33〜37μｍ±１μｍの範囲、コア部の規格化周波数Ｖを2.32〜2.67の範囲、モードフィールド径を8.0〜10.1μｍの範囲にそれぞれ設定することにより、汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を有し、かつクラッドの外径が125μｍ±１μｍとなる２芯単一モード光ファイバを実現することが可能となる。

同様に３個のコア部を配置する場合には、最小コア間距離Λを40〜42μｍ±１μｍの範囲、クラッド外周までの距離ｒを33〜37μｍ±１μｍの範囲、コア部の規格化周波数Ｖを2.48〜2.59の範囲、モードフィールド径を8.0〜8.5μｍの範囲にそれぞれ設定することにより、汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を有し、かつクラッドの外径が125μｍ±１μｍとなる３芯単一モード光ファイバを実現することが可能となる。

また、同様に４個のコア部を配置する場合には、最小コア間距離Λを40〜41.5μｍ±１μｍの範囲、クラッド外周までの距離ｒを33μｍ±１μｍの範囲、コア部の規格化周波数Ｖを2.50〜2.58の範囲、モードフィールド径を8.0〜8.3μｍの範囲にそれぞれ設定することにより、汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の遮断波長、曲げ損失、およびゼロ分散波長特性を有し、かつクラッドの外径が125μｍ±１μｍとなる４芯単一モード光ファイバを実現することが可能となる。

以上に説明したように、本発明の多芯単一モード光ファイバによれば、従来の汎用単一コア単一モード光ファイバと同等の125μｍ±１μｍのクラッド外径と、1260ｎｍ以下の実効遮断波長と、1300〜1324ｎｍのゼロ分散波長と、波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍで0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性とを有し、かつ空間多重効率を２〜４倍にまで拡大することが可能となる。

１：クラッド部、２：コア部。

"Effective Space Division Multiplexing by Multi-Core Fibers", K. Imamura, et al., in Proc. ECOC'10, P1.09 (2010). "Multi-core holey fibers for the long-distance (>100 km) ultra large capacity transmission", K. Imamura, et al., in Proc. OFC'09, OTuC3 (2009). "Characteristics of a single-mode optical fibre and cable", ITU-T, Recommendation G.652. "Loss analysis of single-mode fiber splices", D. Marcuse, Bell Sys. Tech. J, vol. 56, no. 5, p. 703 (1976). "光ファイバとファイバ形デバイス", 川上, 他, 培風館, (1996).

Claims

屈折率が均一で直径が125μｍ±１μｍであるクラッド部と、屈折率が前記クラッド部よりも高い２個のコア部とを有し、
前記各コア部をその中心間距離がΛとなるように配置し、
前記コア部の中心間距離Λを40〜49μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周上の最も近い位置までの距離ｒを33〜37μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の規格化周波数Ｖを2.32〜2.67の範囲、前記コア部の波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を8.0〜10.1μｍの範囲にそれぞれ設定し、
波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍで0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性と、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、1300〜1324ｎｍのゼロ分散波長特性とを有し、
波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後の前記２個のコア部間でのクロストークが−30ｄＢ以下となる
ことを特徴とする多芯単一モード光ファイバ。
屈折率が均一で直径が125μｍ±１μｍであるクラッド部と、屈折率が前記クラッド部よりも高い３個のコア部とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内に隣接するコア部との中心間の距離Λが等間隔となるように配置し、
前記コア部の中心間距離Λを40〜42μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周上の最も近い位置までの距離ｒを33〜37μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の規格化周波数Ｖを2.48〜2.59の範囲、前記コア部の波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を8.0〜8.5μｍの範囲にそれぞれ設定し、
波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍで0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性と、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、1300〜1324ｎｍのゼロ分散波長特性とを有し、
波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後の前記３個のコア部間でのクロストークが−30ｄＢ以下となる
ことを特徴とする多芯単一モード光ファイバ。
屈折率が均一で直径が125μｍ±１μｍであるクラッド部と、屈折率が前記クラッド部よりも高い４個のコア部とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内に隣接するコア部との中心間の距離Λが等間隔となるように配置し、
前記コア部の中心間距離Λを40〜41.5μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周上の最も近い位置までの距離ｒを33μｍ±１μｍの範囲、前記コア部の規格化周波数Ｖを2.50〜2.58の範囲、前記コア部の波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を8.0〜8.3μｍの範囲にそれぞれ設定し、
波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍで0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性と、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、1300〜1324ｎｍのゼロ分散波長特性とを有し、
波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後の前記４個のコア部間でのクロストークが−30ｄＢ以下となる
ことを特徴とする多芯単一モード光ファイバ。
請求項１乃至３のいずれかに記載の多芯単一モード光ファイバを少なくとも１本用いたことを特徴とする光ケーブル。