WO2020149158A1 - マルチコア光ファイバ及び設計方法 - Google Patents
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- G02B6/02004—Optical fibres with cladding with or without a coating characterised by the core effective area or mode field radius
Definitions
- the present disclosure relates to a multi-core optical fiber (MCF) having a plurality of core regions and a design method thereof.
- MCF multi-core optical fiber
- Non-Patent Documents 1 and 2 MCFs shown in many reports including Non-Patent Documents 1 and 2 include crosstalk (XT).
- XT crosstalk
- the cladding diameter is 150 to 230 ⁇ m, which is larger than that of the conventional optical fiber.
- the length of an optical fiber manufactured from one optical fiber preform becomes shorter in inverse proportion to the square of the cladding diameter, the expansion of the cladding diameter significantly deteriorates the productivity of the optical fiber.
- existing optical fiber parts are designed to correspond to the conventional 125 ⁇ m clad diameter, so the use of MCF with an expanded clad diameter requires redesigning of peripheral parts, which requires a lot of research and development for practical use. Requires.
- an MCF having a clad diameter of 125 ⁇ m, which is equivalent to the conventional one, has been developed. Since the standard clad diameter is 125 ⁇ m, the mass productivity of the optical fiber can be maintained at the same level as that of the conventional one or more, and existing peripheral articles such as standard connection parts and optical cables can be utilized. Furthermore, since each core of the MCF has optical characteristics equivalent to those of the existing optical fiber, compatibility with the existing optical interface can be ensured, so that the existing equipment can be easily upgraded to the MCF.
- Non-Patent Documents 3 and 4 have reported an MCF having four cores having an XT of ⁇ 30 dB or less at 100 km and an optical characteristic equivalent to that of an existing single mode optical fiber (SMF). According to Non-Patent Document 3, four cores can be arranged when the same type of core structure is used, and according to Non-Patent Document 5, five cores can be arranged by using a plurality of core structures. It is shown.
- SMF single mode optical fiber
- Non-Patent Document 6 reports a two-core fiber that adopts a single peak type and has a cladding diameter of 125 ⁇ m.
- Non-Patent Document 6 it is not described in Non-Patent Document 6 that three or more single-peaked cores are arranged with a standard cladding diameter of 125 ⁇ m. That is, in the conventional MCF design, it is difficult to dispose three or more single-peaked cores with a standard cladding diameter of 125 ⁇ m. Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention arranges four unimodal cores with a standard clad diameter, and satisfies the desired specifications, and is a multicore optical device excellent in mass productivity, quality, and yield. An object is to provide a fiber and a design method thereof.
- the multi-core optical fiber according to the present invention four cores are arranged in a clad having a diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m based on a predetermined relational expression.
- the first multi-core optical fiber according to the present invention 4 cores having a single-peaked refractive index profile of radius a arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A clad region having an absolute value of a relative refractive index difference with the core of ⁇ , a refractive index lower than that of the core, and a diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m, on an outer peripheral portion of the core;
- a multi-core optical fiber having The mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1310 nm is 8.2 to 9.6 ⁇ m,
- the bending loss at a bending radius of 30 mm at a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB/100 turn or less,
- the cutoff wavelength is 1260 nm or less
- the four cores are arranged such that the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer periphery of the cladding region, the minimum value ⁇ of the core spacing, and the MFD at a wavelength of 1310
- the second multi-core optical fiber according to the present invention 4 cores having a single-peaked refractive index profile of radius a arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A clad region having an absolute value of a relative refractive index difference with the core of ⁇ , a refractive index lower than that of the core, and a diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m, on an outer peripheral portion of the core; A multi-core optical fiber having The mode field diameter MFD at a wavelength of 1550 nm is 9 to 12 ⁇ m, The bending loss at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm is 0.1 dB/100 turn or less, The cutoff wavelength is 1530 nm or less, The four cores are arranged such that the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer periphery of the cladding region, the minimum value ⁇ of the core spacing, and the MFD at the wavelength of 1550 nm satisfy the equation C4.
- the present invention can provide a multi-core optical fiber that has four standard single-peaked cores with a standard clad diameter and satisfies the desired specifications while being excellent in mass productivity, quality, and yield.
- the relationship between crosstalk per unit length and MFD is as follows.
- the relationship between the total value XT of the unit length crosstalk at the wavelength of 1625 nm and the MFD at the wavelength of 1310 nm that any one of the cores receives from another core satisfies the equation C2, or any of the cores has It is characterized in that the relationship between the total value XT of the unit length crosstalk at the wavelength of 1360 nm received from the core and the MFD at the wavelength of 1310 nm satisfies the equation C3.
- the relationship between the total value XT of the unit length crosstalk at the wavelength of 1625 nm and the MFD at the wavelength of 1550 nm that any one of the cores receives from another core satisfies the equation C5, or any of the cores has It is characterized in that the relationship between the total value XT of the unit length crosstalk at the wavelength of 1565 nm received from the core and the MFD at the wavelength of 1550 nm satisfies the expression C6.
- the first multicore optical fiber and the second multicore optical fiber are designed as follows.
- the design method of the multi-core optical fiber according to the present invention is A specification determining procedure for determining a cutoff wavelength required for the multi-core optical fiber, and a total value XT of unit length crosstalk received by another core from another core,
- the number C2 is When the cutoff wavelength determined by the specification determination procedure is 1260 nm or less, and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1625 nm
- the number C2 is When the cutoff wavelength determined by the specification determination procedure is 1260 nm or less, and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1360 nm, the number C3 is A first MFD calculation procedure for calculating a mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1310 nm;
- the number C5 is When the cutoff wavelength determined in the specification determination procedure is 1530 nm or less and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1625 nm, the number C5 is When the cutoff wavelength determined in the specification determination procedure is 1530 nm or less and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1565 nm, the number C6 is expressed as A second MFD calculation procedure for calculating a mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1550 nm; A second structure calculation procedure for substituting the MFD calculated in the second MFD calculation procedure into the number C4 to calculate the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer circumference of the cladding region and the minimum value ⁇ of the spacing between the cores.
- MFD mode field diameter
- the present invention provides a multi-core optical fiber having a standard clad diameter with four unimodal cores arranged therein, which satisfies desired specifications and is excellent in mass productivity, quality, and yield, and a design method thereof. it can.
- FIG. 3 is a structural diagram showing an example of the relationship between the core radius and the relative refractive index difference of the multi-core optical fiber according to the present invention. It is a characteristic view showing the relationship of MFD and OCT and ⁇ in the wavelength 1310 nm of the multi-core optical fiber according to the present invention. It is a characteristic view showing an example of the relation between MFD and XT in wavelength 1310nm of a multicore optical fiber concerning the present invention.
- FIG. 1 shows an example of the structure of the multi-core optical fiber (MCF) of this embodiment.
- FIG. 1A is a sectional structure of the MCF
- FIG. 1B is a diagram for explaining the refractive index distribution of each core.
- This MCF has four cores 11 in an optical fiber of one core, and the diameter of the cladding region 12 is a standard 125 ⁇ 1 ⁇ m.
- the refractive index distribution of each core has a cladding region 12 having a lower refractive index than the core 11 around the core.
- the relative refractive index difference is defined with reference to the refractive index of the cladding region, but the materials of the core and the cladding region are pure quartz and fluorine-added glass, or GeO 2 -added glass, pure quartz glass and fluorine-added glass, respectively.
- the material can be selected by a combination of glass materials that can form the refractive index distribution shown in FIG.
- FIG. 2 shows a design range of core parameters for obtaining predetermined optical characteristics of the multicore optical fiber of the present invention.
- the horizontal axis represents the core radius
- the vertical axis represents the core-clad relative refractive index difference.
- the bending loss at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm can be suppressed to 0.1 dB/100 turn or less.
- the broken line and the dotted line in the figure show the relationship between the core radius and the relative refractive index difference where the cutoff wavelengths are 1260 nm and 1530 nm, respectively.
- cut-off wavelengths of 1260 nm and 1530 nm or less can be realized on the left side of the broken line and the dotted line, respectively.
- the alternate long and short dash line in the figure represents the relationship between the core radius and the relative refractive index difference at which the MFD at a wavelength of 1550 nm is 10 ⁇ m.
- An MFD of 10 ⁇ m or more can be realized in the region below the alternate long and short dash line.
- FIG. 2 illustrates the case where the MFD at a wavelength of 1550 nm is 10 ⁇ m as an example, but it is known that the relationship between the core radius, the relative refractive index difference, and the MFD in a single-peak optical fiber can be described by the following empirical formula. (For example, see Non-Patent Document 8).
- Equation 1 MFD/2a ⁇ 0.65+1.619V ⁇ 1.5 +2.879V ⁇ 6 (1)
- V is a normalized frequency
- a the core radius
- n 1 the core refractive index
- n 2 the cladding refractive index
- ⁇ the wavelength ⁇
- FIG. 2 can be derived for a desired MFD characteristic at an arbitrary wavelength.
- cut-off wavelengths of 1260 nm and 1530 nm are shown here, they indicate the lower limits of the single-mode transmission wavelength band defined by a plurality of international standards (for example, ITU-T Recommendation G.652, respectively). , G.654).
- bending loss and MFD also represent loss characteristics and interconnectivity after being made into a cable, and are defined by international standards such as ITU-T.
- the first multicore optical fiber will be described as the first embodiment.
- MCF it is necessary to appropriately set the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer circumference of the clad to sufficiently suppress the excess loss ⁇ c.
- ⁇ c tends to increase on the long wavelength side, and in general, it is preferably 0.01 dB/km or less at the upper limit wavelength used.
- FIG. 3 shows the relationship between MFD and OCT at a wavelength of 1310 nm.
- the used wavelength band is set to 1260 nm to 1625 nm. That is, the cutoff wavelength was set to 1260 nm, and ⁇ c at the wavelength of 1625 nm was set to 0.01 dB/km or less.
- the bending loss was set to be equal to that of the existing SMF, and the value at a bending radius of 30 mm at a wavelength of 1625 nm was set to 0.1 dB/100 turn or less.
- the relationship between the core radius and the relative refractive index difference that satisfy the requirements of the cutoff wavelength, the bending loss, and the MFD can be derived.
- FIG. 3 the minimum value of OCT required to set ⁇ c to 0.01 dB/km or less is shown by a solid line from the condition of the core radius and the non-refractive index difference that satisfy the above relationship. From FIG. 3, it can be seen that OCT increases with MFD, and the relationship can be approximated by the following relational expression. (Formula 2) OCT ⁇ 3.73 MFD+3.43 (2)
- the broken line in FIG. 3 represents the upper limit of the center-to-center distance ⁇ of the four cores arranged in a square lattice when the cladding diameter is 125 ⁇ m. From FIG. 3, it can be seen that the relationship between MFD and ⁇ can be approximated by the following relational expression. (Formula 3) ⁇ ⁇ -5.28 MFD + 83.54 (3)
- the setting conditions of OCT and ⁇ are the design center value of the MFD. It can be seen from the equations (2) and (3).
- the first multi-core optical fiber is composed of four cores having a single-peaked refractive index profile with a radius a and arranged in a square lattice along the longitudinal direction.
- a clad region having an absolute value of a relative refractive index difference with the core of ⁇ , a refractive index lower than that of the core, and a diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m, on an outer peripheral portion of the core;
- a multi-core optical fiber having The mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1310 nm is 8.2 to 9.6 ⁇ m,
- the bending loss at a bending radius of 30 mm at a wavelength of 1625 nm is 0.1 dB/100 turn or less,
- the cutoff wavelength is 1260 nm or less,
- the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer periphery of the clad region, the minimum value ⁇ of the core spacing, and the MFD at a wavelength of 1310 nm satisfy the
- FIG. 4 shows the relationship between the MFD at the wavelength of 1310 nm and the maximum XT, which satisfies the requirements shown in FIG. 3 in the MCF of the present invention.
- the MFD at the wavelength of 1310 nm which is the most commonly used SMF at present, is defined by the international standard to be within the range of 8.2 to 9.6 ⁇ m.
- MFD mismatch between connecting optical fibers causes an increase in connection loss. Therefore, it is preferable that the MFD of the present MCF at a wavelength of 1310 nm is also set within the range of 8.2 to 9.6 ⁇ m.
- the transmission special deterioration due to the XT in the MCF depends on the transmission method, and in Non-Patent Document 7, crosstalk of -16 dB, -24 dB, and -32 dB or less is required for the transmission methods of QPSK, 16QAM, and 64QAM, respectively. It has been shown that In the case of a multi-core optical fiber, the crosstalk between cores is the sum of crosstalk components from other cores with respect to an arbitrary core, and is arbitrary with respect to the crosstalk per unit distance (dB/km) and the distance L (km). Crosstalk at a distance of XT+10log(L) Given in.
- the crosstalk of the multi-core fiber needs to be -54 to -64 dB/km or less. That is, from FIG. 4, the first multi-core optical fiber cannot perform transmission of 1000 to 10000 km using the 16QAM signal format at the wavelength of 1625 nm, regardless of the MFD at the wavelength of 1310 nm.
- the XT at the wavelength of 1625 nm in the MFD is -9 dB/km, so the XT characteristic of -16 dB/km required for transmitting the QPSK signal is realized.
- the maximum transmission distance should be 0.2 km or less.
- FIG. 4 shows the calculation result when the upper limit wavelength of the used wavelength band is 1360 nm. It is understood that the relationship between the MFD at the wavelength of 1310 nm and the XT at the wavelength of 1360 nm can be described by the equation (5). (Equation 5) XT ⁇ 33.7MFD-342.3 (5)
- the cutoff wavelength, the bending loss, and the MFD characteristics are the same as those of the existing SMF, the excess loss at the wavelength of 1625 nm is 0.01 dB/km or less, and the desired XT characteristics in the wavelength range of 1260 nm to 1625 nm.
- the relationship between OCT, ⁇ , and MFD in MCF that realizes can be defined using relational expressions (2), (3), and (4).
- FIG. 5 shows the relationship between MFD and OCT at a wavelength of 1550 nm.
- the used wavelength band is set to 1530 nm to 1625 nm. That is, the cutoff wavelength was set to 1530 nm, and the ⁇ c at the wavelength of 1625 nm was set to 0.01 dB/km or less.
- the bending loss was set to be equal to that of the existing SMF, and the value at a bending radius of 30 mm at a wavelength of 1625 nm was set to 0.1 dB/100 turn or less.
- the broken line in FIG. 5 represents the upper limit of the center-to-center distance ⁇ of the four cores arranged in a square lattice when the cladding diameter is 125 ⁇ m. From FIG. 5, it can be seen that the relationship between MFD and ⁇ can be approximated by the following relational expression. (Equation 7) ⁇ 3.99 MFD+83.15 (7)
- the setting conditions of OCT and ⁇ are the design center value of the MFD. It can be seen from the equations (6) and (7).
- the second multi-core optical fiber includes four cores having a single-peaked refractive index distribution with a radius a, which are arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A clad region having an absolute value of a relative refractive index difference with the core of ⁇ , a refractive index lower than that of the core, and a diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m, on an outer peripheral portion of the core; A multi-core optical fiber having The mode field diameter MFD at a wavelength of 1550 nm is 9 to 12 ⁇ m, The bending loss at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm is 0.1 dB/100 turn or less, The cutoff wavelength is 1530 nm or less, The minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer circumference of the cladding region, the minimum distance ⁇ of the core, and the MFD at the wavelength of 1550 nm satisfy the equation (6) and the equation (7).
- the number of the cores is
- FIG. 6 shows the relationship between the MFD at the wavelength of 1550 nm and the maximum XT, which satisfies the requirement shown in FIG. 5 in the MCF of the present invention.
- the MFD at a wavelength of 1550 nm of the SMF for high-speed transmission that is currently generally used is in the range of approximately 9 to 12 ⁇ m.
- MFD mismatch between the optical fibers to be connected causes an increase in connection loss. Therefore, the MFD of the present MCF at a wavelength of 1550 nm is also preferably set within the range of 9 to 12 ⁇ m.
- this MCF also uses the MFD characteristics of 9 to 12 ⁇ m, which is highly compatible with the existing SMF for high-speed transmission, as shown in FIG. 6, and by appropriately setting the transmission distance, QPSK, It can be seen that a transmission system compatible with both 16QAM and 64QAM can be realized. Therefore, by using the above relational expression (8) or (9), when the upper limit of the wavelength band used is set to 1625 nm or 1565 nm, respectively, the relationship between XT and MFD that realizes a desired transmission system can be derived.
- the excess loss at the wavelength of 1625 nm is 0.01 dB/km or less, and in the wavelength range of 1530 nm to 1625 nm.
- the relationship between OCT, ⁇ , and MFD in MCF that realizes a desired XT characteristic can be defined using relational expressions (6), (7), and (8).
- FIG. 7 is a flowchart illustrating the MCF design method described in the first and second embodiments.
- This design method is A specification determination step S01 for determining a cutoff wavelength required for the multi-core optical fiber and a total value XT of unit length crosstalk received by another core from another core,
- the cutoff wavelength determined in the specification determining step S01 is 1260 nm or less (1260 nm or less in step S02) and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1625 nm
- equation (4) When the cutoff wavelength determined in the specification determination step S01 is 1260 nm or less (1260 nm or less in step S02) and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at the wavelength 1360 nm, the following formula (5) holds:
- a first MFD calculation step S03 for calculating a mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1310 nm, Substituting the MFD calculated in the first MFD
- the cutoff wavelength determined in the specification determining step S01 is 1530 nm or less (1530 nm or less in step S02) and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at the wavelength 1625 nm
- the following formula (8) holds:
- the cutoff wavelength determined in the specification determining step S01 is 1530 nm or less (1530 nm or less in step S02) and the total value XT of the unit length crosstalk is a value at a wavelength of 1565 nm
- equation (9) A second MFD calculation step S06 for calculating a mode field diameter (MFD) at a wavelength of 1550 nm; Substituting the MFD calculated in the second MFD calculation step S06 into equations (6) and (7), the minimum distance (OCT) from the center of the core to the outer circumference of the cladding region and the minimum value ⁇ of the spacing between the cores are calculated.
- MFD mode field diameter
- a second structure calculation step S07 for calculating, It is characterized by performing.
- the design method further calculates the core radius a and the relative refractive index difference ⁇ by substituting the MFD calculated in the first MFD calculation step S03 or the second MFD calculation step S06 into the equation (1) (steps S05 and S08).
- the multi-core optical fiber according to the present invention can be used as an optical fiber in an optical communication system.
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Abstract
標準的なクラッド径で単峰型の4つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバ及びその設計方法を提供することを目的とする。本発明に係るマルチコア光ファイバは、長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、を有し、前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数C1を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されている。【数C1】OCT ≥ 3.73MFD + 3.43 Λ ≤ -5.28MFD + 83.54
Description
本開示は、複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバ(MCF)及びその設計方法に関する。
MCFが、空間分割多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。MCFによる大容量の空間分割多重伝送は、例えば非特許文献1、2など数多く報告されているが、非特許文献1、2を含む多くの報告で示されているMCFは、クロストーク(XT)低減のために十分広いコア間隔Λを設定するため、クラッド径が150~230μmと従来の光ファイバに比べて大きくなっている。しかしながら、1つの光ファイバ母材から製造される光ファイバの長さはクラッド径の2乗に反比例して短くなるため、クラッド径の拡大は光ファイバの生産性を著しく劣化させる。また既存の光ファイバ部品等は従来の125μmのクラッド径に対応して設計されているため、クラッド径を拡大したMCFの活用には周辺部品の再設計が必要となり、実用化に多くの研究開発を要する。
そこで近年、従来と同等の125μmであるクラッド径を有するMCFが開発されている。クラッド径が標準的な125μmであることによって、光ファイバの量産性を従来と同等以上に維持できるとともに、標準的な接続部品や光ケーブルなど既存の周辺物品を活用することができる。さらにMCFの各コアが既存の光ファイバと同等の光学特性を有することで、既存の光インターフェイスとの互換性を担保できる事ができるため、既存の設備から容易にMCFへアップグレードすることができる。
非特許文献3および4では100kmで-30dB以下のXTを有し、光学特性が既存の単一モード光ファイバ(SMF)と同等である4つのコアを有するMCFが報告されている。非特許文献3によれば同種のコア構造を用いる場合4つのコアが配置可能であり、また非特許文献5によれば複数のコア構造を用いることで5個のコアが配置可能であることが示されている。
しかしながら、これらのMCFはコア構造としてトレンチ型の複雑な屈折率分布形状を用いているため、屈折率分布を形成するためのプロセスの複雑化や歩留りが問題となり、量産化や経済性で課題が残る。汎用的なSMFは単峰型の簡易な屈折率分布が採用されており、高い量産性と良好な品質を有する。非特許文献6では、単峰型を採用し、クラッド径が125μmである2コアファイバが報告されている。
H. Takahashi et al., "First Demonstration of MC-EDFA-Repeatered SDM Transmission of 40 x 128-Gbit/s PDM-QPSK Signals per Core over 6,160-km 7-core MCF", ECOC2012, Th3C3, Sep. 2012.
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T. Matsui et al., "118.5 Tbit/s Transmission over 316 km-Long Multi-Core Fiber with Standard Cladding Diameter" OECC2017, PDP2, Aug. 2017.
T. Gonda et al., "125 μm 5-core fibre with heterogeneous design suitable for migration from single-core system to multi-core system" ECOC2016, W2B1, Sep. 2016.
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しかしながら、単峰型コアを標準的な125μmのクラッド直径で3個以上配置することは非特許文献6には記載されない。つまり、従来のMCF設計では、単峰型コアを標準的な125μmのクラッド直径で3個以上配置することは困難であるという課題がある。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、標準的なクラッド径で単峰型の4つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバ及びその設計方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るマルチコア光ファイバは、所定の関係式に基づいて直径125±1μmのクラッド内に4つのコアを配置することとした。
具体的には、本発明に係る第1のマルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)が8.2~9.6μmであり、
波長1625nmにおける曲げ半径30mmでの曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1260nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数C1を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)が8.2~9.6μmであり、
波長1625nmにおける曲げ半径30mmでの曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1260nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数C1を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
また、本発明に係る第2のマルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1550nmにおけるモードフィールド径MFDが9~12μmであり、
波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1530nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1550nmにおけるMFDの関係が数C4を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1550nmにおけるモードフィールド径MFDが9~12μmであり、
波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1530nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1550nmにおけるMFDの関係が数C4を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
マルチコア光ファイバに要求される単位長当たりのクロストークから得られるMFDに基づいてOCT及びΛが得られる。また、当該MFDはコア半径aと比屈折率差Δで実現できる。本マルチコア光ファイバは単峰型であるので量産性、品質、及び歩留りに優れる。従って、本発明は、標準的なクラッド径で単峰型の4つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバを提供することができる。
単位長当たりのクロストークとMFDとの関係は次の通りである。
第1のマルチコア光ファイバの場合、
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1625nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1310nmにおけるMFDとの関係が数C2を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1360nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1310nmにおけるMFDとの関係が数C3を満たすことを特徴とする。
第1のマルチコア光ファイバの場合、
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1625nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1310nmにおけるMFDとの関係が数C2を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1360nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1310nmにおけるMFDとの関係が数C3を満たすことを特徴とする。
第2のマルチコア光ファイバの場合、
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1625nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1550nmにおけるMFDとの関係が数C5を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1565nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1550nmにおけるMFDとの関係が数C6を満たすことを特徴とする。
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1625nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1550nmにおけるMFDとの関係が数C5を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長1565nmにおける単位長のクロストークの合計値XTと波長1550nmにおけるMFDとの関係が数C6を満たすことを特徴とする。
また、第1のマルチコア光ファイバや第2のマルチコア光ファイバは次のように設計する。
本発明に係るマルチコア光ファイバの設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値XTを決定する仕様決定手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C2で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1360nmにおける値である場合、数C3で、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第1MFD算出手順と、
前記第1MFD算出手順で計算したMFDを数C1に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第1構造算出手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C5で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1565nmにおける値である場合、数C6で、
波長1550nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第2MFD算出手順と、
前記第2MFD算出手順で計算したMFDを数C4に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第2構造算出手順と、
を行う。
本発明に係るマルチコア光ファイバの設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値XTを決定する仕様決定手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C2で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1360nmにおける値である場合、数C3で、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第1MFD算出手順と、
前記第1MFD算出手順で計算したMFDを数C1に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第1構造算出手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C5で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1565nmにおける値である場合、数C6で、
波長1550nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第2MFD算出手順と、
前記第2MFD算出手順で計算したMFDを数C4に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第2構造算出手順と、
を行う。
本発明は、標準的なクラッド径で単峰型の4つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバ及びその設計方法を提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
図1に本実施形態のマルチコア光ファイバ(MCF)の構造の一例を示す。図1(a)はMCFの断面構造であり、図1(b)は各コアの屈折率分布を説明する図である。本MCFは1心の光ファイバ中に4つのコア11を有し、クラッド領域12の径が標準的な125±1μmである。各コアの屈折率分布は図1(b)に示されるように、コアの周囲にコア11よりも低い屈折率を有するクラッド領域12を有する。ここではクラッド領域の屈折率を基準として比屈折率差を定義しているが、コア及びクラッド領域の材料はそれぞれ純石英およびフッ素添加ガラス、もしくはそれぞれGeO2添加ガラス、純石英ガラスとフッ素添加ガラスの組合せ等、図1に示す屈折率分布を構成できるガラス材料の組合せで材料を選定することができる。
図2に本発明のマルチコア光ファイバについて、所定の光学特性を得るためのコアパラメータの設計範囲を示す。横軸はコア半径、縦軸はコア-クラッドの比屈折率差である。実線より上の領域で、波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失を0.1dB/100turn以下に抑制することができる。
図中の破線および点線は、それぞれカットオフ波長が1260nmおよび1530nmとなるコア半径と比屈折率差の関係を表す。ここで、破線および点線の左側で、それぞれ1260nmおよび1530nm以下のカットオフ波長を実現することができる。更に、図中の一点鎖線は波長1550nmにおけるMFDが10μmとなるコア半径と比屈折率差の関係を表す。一点鎖線より下側の領域で10μm以上のMFDを実現することができる。
従って、図中の実線、点線(もしくは破線)、一点鎖線で囲まれる領域でコア半径および比屈折率差を設定することで、所望の曲げ損失、カットオフ波長、およびMFD特性を同時に満たすことが可能となる。ここで、図2では一例として波長1550nmにおけるMFDが10μmとなる場合を図示したが、単峰型光ファイバにおけるコア半径、比屈折率差、およびMFDの関係は下記の経験式で記述できることが知られている(例えば、非特許文献8を参照。)。
(式1)
MFD/2a≒0.65+1.619V-1.5+2.879V-6 (1)
ここで、Vは規格化周波数で、コア半径a、コアの屈折率n1、クラッドの屈折率n2、波長λを用いて、
V≡2πa/λ(n1 2-n2 2)0.5
で定義される。
(式1)
MFD/2a≒0.65+1.619V-1.5+2.879V-6 (1)
ここで、Vは規格化周波数で、コア半径a、コアの屈折率n1、クラッドの屈折率n2、波長λを用いて、
V≡2πa/λ(n1 2-n2 2)0.5
で定義される。
従って、図2は任意の波長における所望のMFD特性に対して導出することができる。
なお、ここではカットオフ波長として1260nmと1530nmについて示したが、これらは複数の国際標準で規定される単一モード伝送波長帯域の下限を示すものである(例えばそれぞれ、ITU-T勧告G.652、G.654)。また曲げ損失やMFDについても同様に、ケーブル化後の損失特性や相互接続性を表すもので、ITU-T等の国際標準で定められる。
(実施形態1)
実施形態1として第1のマルチコア光ファイバについて説明する。
MCFではコア中心からクラッド外周までの最小距離(OCT)を適切に設定し、過剰損失αcを十分に抑制する必要がある。αcは長波長側で増加する傾向があり、一般に、使用する上限波長で0.01dB/km以下であることが好ましい。図3に波長1310nmにおけるMFDとOCTの関係を示す。ここでは、一例として使用波長帯域を1260nm~1625nmとした。即ち、カットオフ波長を1260nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のSMFと同等とし、波長1625nmの曲げ半径30mmにおける値が0.1dB/100turn以下となるようにした。
実施形態1として第1のマルチコア光ファイバについて説明する。
MCFではコア中心からクラッド外周までの最小距離(OCT)を適切に設定し、過剰損失αcを十分に抑制する必要がある。αcは長波長側で増加する傾向があり、一般に、使用する上限波長で0.01dB/km以下であることが好ましい。図3に波長1310nmにおけるMFDとOCTの関係を示す。ここでは、一例として使用波長帯域を1260nm~1625nmとした。即ち、カットオフ波長を1260nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のSMFと同等とし、波長1625nmの曲げ半径30mmにおける値が0.1dB/100turn以下となるようにした。
この時、図2で説明したように、カットオフ波長、曲げ損失、MFDの要求条件を満たすコア半径と比屈折率差の関係を導出することができる。図3では、上記の関係を満たすコア半径と非屈折率差の条件から、αcを0.01dB/km以下とするのに必要なOCTの最小値を実線で示している。図3より、OCTはMFDと伴に増加し、その関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
(式2)
OCT≧3.73MFD+3.43 (2)
(式2)
OCT≧3.73MFD+3.43 (2)
ここで、図3の破線はクラッド直径を125μmとした時、正方格子状に配置した4個のコアの中心間距離Λの上限を表す。図3より、MFDとΛの関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
(式3)
Λ≦-5.28MFD+83.54 (3)
(式3)
Λ≦-5.28MFD+83.54 (3)
従って、本出願のMCFにおいて使用波長帯の下限を1260nm、MFDの規定波長を1310nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とした場合、OCTとΛの設定条件は、MFDの設計中心値より式(2)および(3)で決定できることがわかる。
つまり、第1のマルチコア光ファイバは、 長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)が8.2~9.6μmであり、
波長1625nmにおける曲げ半径30mmでの曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1260nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数(2)及び式(3)を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)が8.2~9.6μmであり、
波長1625nmにおける曲げ半径30mmでの曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1260nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数(2)及び式(3)を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
図4に本発明のMCFにおいて、図3に示した要求条件を満たす、波長1310nmにおけるMFDと最大XTの関係を示す。尚、現在最も汎用的に使用されているSMFの波長1310nmにおけるMFDは、国際標準により8.2~9.6μmの範囲内とするよう定められている。一般に、接続する光ファイバ間のMFDの不整合は接続損失の増大を招くため、本MCFの波長1310nmにおけるMFDも8.2~9.6μmの範囲内で設定されることが好ましい。
図中の実線は、使用波長帯域の上限を波長1625nmとした場合の計算結果を示す。図4よりXTはMFDと伴に増加し、両者の関係は式(4)で近似できることがわかる。尚、XTは0dB/km以上の領域では飽和状態となる。
(式4)
XT≦27.0MFD-251.8 (4)
(式4)
XT≦27.0MFD-251.8 (4)
ここで、MCF中のXTによる伝送特例劣化は伝送方式に依存し、非特許文献7ではQPSK、16QAM、64QAMの伝送方式に対して、それぞれ-16dB、-24dB、-32dB以下のクロストークが必要となることが示されている。マルチコア光ファイバの場合、コア間のクロストークは任意のコアに対する他のコアからのクロストーク成分の総和となり、単位距離当たりのクロストーク(dB/km)と距離L(km)に対して、任意の距離でのクロストークは、
XT+10log(L)
で与えられる。
XT+10log(L)
で与えられる。
例えば、16QAMの信号フォーマットを用いて1000~10000kmの伝送を行うためには、マルチコアファイバのクロストークは-54~-64 dB/km以下である必要がある。つまり、図4から、第1のマルチコア光ファイバは、波長1310nmにおけるMFDがいずれであっても波長1625nmで16QAMの信号フォーマットを用いる1000~10000kmの伝送を行うことはできない。
一方、図4から、第1のマルチコア光ファイバは、QPSK信号を用いたL=1km伝送用のMCFを実現する場合、波長1310nmにおけるMFDを8.75μm以下の範囲で設定できることがわかる。
また、波長1310nmにおけるMFDを9μmとし、QPSK信号を用いた伝送実現したい場合、当該MFDにおける波長1625nmにおけるXTは-9dB/kmなので、QPSK信号の伝送に必要な-16dB/kmのXT特性を実現するためには、最大伝送距離を0.2km以下とすれば良いことが分かる。
更に図4中の破線は、使用波長帯域の上限波長を1360nmとした場合の計算結果を示す。波長1310nmにおけるMFDと波長1360nmにおけるXTの関係は式(5)で記述できることがわかる。
(式5)
XT≦33.7MFD-342.3 (5)
(式5)
XT≦33.7MFD-342.3 (5)
上述のように、図4より、既存SMF標準と整合した8.2~9.6μmのMFD特性を用い、伝送距離を適切に設定することで、QPSK、16QAM、64QAMの何れにも対応可能な伝送システムが実現できることが分かる。従って、上述の関係式(4)もしくは(5)を用い、それぞれ使用波長帯域の上限を1625nmもしくは1360nmとした時に、所望の伝送システムを実現するXTとMFDの関係を導くことができる。
以上述べたように、既存SMFと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびMFD特性を有し、波長1625nmにおける過剰損失を0.01dB/km以下とし、1260nm~1625nmの波長範囲で所望のXT特性を実現するMCFにおけるOCT、Λ、およびMFDの関係は関係式(2)、(3)、(4)を用いて規定できる。
同様に、既存SMFと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびMFD特性を有し、波長1625nmにおける過剰損失を0.01dB/km以下とし、1260nm~1360nmの波長範囲で所望のXT特性を実現する本出願のMCFにおけるOCT、Λ、およびMFDの関係は関係式(2)、(3)、(5)を用いて規定できる。
(実施形態2)
実施形態2として第2のマルチコア光ファイバについて説明する。
本MCFは、カットオフ波長を1530nmとした場合である。図5に波長1550nmにおけるMFDとOCTの関係を示す。ここで、一例として使用波長帯域を1530nm~1625nmとした。即ち、カットオフ波長を1530nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のSMFと同等とし、波長1625nmの曲げ半径30mmにおける値が0.1dB/100turn以下となるようにした。
実施形態2として第2のマルチコア光ファイバについて説明する。
本MCFは、カットオフ波長を1530nmとした場合である。図5に波長1550nmにおけるMFDとOCTの関係を示す。ここで、一例として使用波長帯域を1530nm~1625nmとした。即ち、カットオフ波長を1530nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のSMFと同等とし、波長1625nmの曲げ半径30mmにおける値が0.1dB/100turn以下となるようにした。
この時、図2で説明したように、カットオフ波長、曲げ損失、MFDの要求条件を満たすコア半径と比屈折率差の関係を導出することができる。図5では、上記の関係を満たすコア半径と非屈折率差の条件から、αcを0.01dB/km以下とするのに必要なOCTの最小値を実線で示している。図5より、OCTはMFDと伴に増加し、その関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
(式6)
OCT≧2.82MFD+3.7 (6)
(式6)
OCT≧2.82MFD+3.7 (6)
ここで、図5の破線はクラッド直径を125μmとした時、正方格子状に配置した4個のコアの中心間距離Λの上限を表す。図5より、MFDとΛの関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
(式7)
Λ≦-3.99MFD+83.15 (7)
(式7)
Λ≦-3.99MFD+83.15 (7)
従って、本出願のMCFにおいて使用波長帯の下限を1530nm、MFDの規定波長を1550nm、波長1625nmにおけるαcを0.01dB/km以下とした場合、OCTとΛの設定条件は、MFDの設計中心値より式(6)および(7)で決定できることがわかる。
つまり、第2のマルチコア光ファイバは、長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1550nmにおけるモードフィールド径MFDが9~12μmであり、
波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1530nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1550nmにおけるMFDの関係が数(6)及び式(7)を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1550nmにおけるモードフィールド径MFDが9~12μmであり、
波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1530nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1550nmにおけるMFDの関係が数(6)及び式(7)を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。
図6に本発明のMCFにおいて、図5に示した要求条件を満たす、波長1550nmにおけるMFDと最大XTの関係を示す。尚、現在一般的に使用されている高速伝送用SMFの波長1550nmにおけるMFDは、概ね9~12μmの範囲である。一般に、接続する光ファイバ間のMFDの不整合は接続損失の増大を招くため、本MCFの波長1550nmにおけるMFDも9~12μmの範囲内で設定されることが好ましい。
図中の実線は、使用波長帯域の上限を波長1625nmとした場合の計算結果を示す。図6よりXTはMFDと伴に増加し、両者の関係は式(8)で近似できることがわかる。尚、XTは0dB/km以上の領域では飽和状態となる。
(式8)
XT≦24.6MFD-294.4 (8)
(式8)
XT≦24.6MFD-294.4 (8)
また、図6中の破線は、使用波長帯域の上限波長を1565nmとした場合の関係を示し、波長1550nmにおけるMFDと波長1565nmにおけるXTの関係は式(9)で記述できることがわかる。
(式9)
XT≦26.0MFD-315.8 (9)
(式9)
XT≦26.0MFD-315.8 (9)
本MCFも実施形態1で説明したMCFと同様に、図6より、既存の高速伝送用SMFと整合性の高い9~12μmのMFD特性を用い、伝送距離を適切に設定することで、QPSK、16QAM、64QAMの何れにも対応可能な伝送システムが実現できることが分かる。従って、上述の関係式(8)もしくは(9)を用い、それぞれ使用波長帯域の上限を1625nmもしくは1565nmとした時に、所望の伝送システムを実現するXTとMFDの関係を導くことができる。
以上述べたように、既存の高速伝送用SMFと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびMFD特性を有し、波長1625nmにおける過剰損失を0.01dB/km以下とし、1530nm~1625nmの波長範囲で所望のXT特性を実現するMCFにおけるOCT、Λ、およびMFDの関係は関係式(6)、(7)、(8)を用いて規定できる。
同様に、既存SMFと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびMFD特性を有し、波長1625nmにおける過剰損失を0.01dB/km以下とし、1530nm~1565nmの波長範囲で所望のXT特性を実現するMCFにおけるOCT、Λ、およびMFDの関係は関係式(6)、(7)、(9)を用いて規定できる。
(光ファイバの設計方法)
図7は、実施形態1と2で説明したMCFの設計方法を説明するフローチャートである。本設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値XTを決定する仕様決定手順S01と、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1260nm以下(ステップS02で1260nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、式(4)で、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1260nm以下(ステップS02で1260nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1360nmにおける値である場合、式(5)で、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第1MFD算出手順S03と、
第1MFD算出手順S03で計算したMFDを式(2)と式(3)に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第1構造算出手順S04と、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1530nm以下(ステップS02で1530nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、式(8)で、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1530nm以下(ステップS02で1530nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1565nmにおける値である場合、式(9)で、
波長1550nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第2MFD算出手順S06と、
第2MFD算出手順S06で計算したMFDを式(6)と式(7)に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第2構造算出手順S07と、
を行うことを特徴とする。
本設計方法は、さらに、第1MFD算出手順S03もしくは第2MFD算出手順S06で計算したMFDを式(1)に代入してコア半径aと比屈折率差Δを計算する(ステップS05、S08)。
図7は、実施形態1と2で説明したMCFの設計方法を説明するフローチャートである。本設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値XTを決定する仕様決定手順S01と、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1260nm以下(ステップS02で1260nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、式(4)で、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1260nm以下(ステップS02で1260nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1360nmにおける値である場合、式(5)で、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第1MFD算出手順S03と、
第1MFD算出手順S03で計算したMFDを式(2)と式(3)に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第1構造算出手順S04と、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1530nm以下(ステップS02で1530nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、式(8)で、
仕様決定手順S01で決定したカットオフ波長が1530nm以下(ステップS02で1530nm以下)、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1565nmにおける値である場合、式(9)で、
波長1550nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第2MFD算出手順S06と、
第2MFD算出手順S06で計算したMFDを式(6)と式(7)に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第2構造算出手順S07と、
を行うことを特徴とする。
本設計方法は、さらに、第1MFD算出手順S03もしくは第2MFD算出手順S06で計算したMFDを式(1)に代入してコア半径aと比屈折率差Δを計算する(ステップS05、S08)。
本設計方法で算出したコア半径a、比屈折率差Δ、コアの間隔の最小値Λ及びOCTのようにコアを配置することで、標準的なクラッド径で単峰型の4つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたMCFとすることができる。
本発明に係るマルチコア光ファイバは、光通信システムにおける光ファイバに利用できる。
11:コア
12:クラッド領域
12:クラッド領域
Claims (7)
- 長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)が8.2~9.6μmであり、
波長1625nmにおける曲げ半径30mmでの曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1260nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1310nmにおけるMFDの関係が数C1を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とするマルチコア光ファイバ。
- 長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長1550nmにおけるモードフィールド径MFDが9~12μmであり、
波長1625nm、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.1dB/100turn以下であり、
カットオフ波長が1530nm以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長1550nmにおけるMFDの関係が数C4を満たすように、4個の前記コアが配置され、前記コアの半径a及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とするマルチコア光ファイバ。
- 長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の4個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が125±1μmであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバの設計方法であって、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値XTを決定する仕様決定手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C2で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1260nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1360nmにおける値である場合、数C3で、
波長1310nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第1MFD算出手順と、
前記第1MFD算出手順で計算したMFDを数C1に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第1構造算出手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1625nmにおける値である場合、数C5で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が1530nm以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値XTが波長1565nmにおける値である場合、数C6で、
波長1550nmにおけるモードフィールド径(MFD)を計算する第2MFD算出手順と、
前記第2MFD算出手順で計算したMFDを数C4に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離(OCT)及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第2構造算出手順と、
を行うことを特徴とする設計方法。
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JP2013088608A (ja) | 短波長伝送用光ファイバおよび光伝送システム |
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