WO2020149158A1 - マルチコア光ファイバ及び設計方法 - Google Patents

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wavelength
mfd
refractive index
cores
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松井　隆
中島　和秀
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日本電信電話株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
    • G—PHYSICS
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • 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

マルチコア光ファイバ及び設計方法
　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． Ｔ．　Ｈａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｃｒｏｓｓｔａｌｋ　ａｎｄ　ｌｏｗ－ｌｏｓｓ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ"，　Ｏｐｔ．　Ｅｘｐｒｅｓｓ，　ｖｏｌ．　１９，　ｐｐ．　１６５７６－１６５９２，　Ａｕｇ．　２０１１． Ｔ．　Ｍａｔｓｕｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｉｎ　１２５　μｍ　ｃｌａｄｄｉｎｇ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｆｕｌｌ　ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ＳＭＦ"，　ＥＣＯＣ２０１５，　Ｗｅ．１．４．５，　Ｓｅｐ．　２０１５． 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． Ｙ．　Ｇｅｎｇ，　ｅｔ．　ａｌ．，　"Ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ，　ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｄｕａｌ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ，　ｓｈｏｒｔ－ｒｅａｃｈ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｗｅｓｔ，　９３８０－８，　Ｆｅｂ．　２０１５． Ｐ．　Ｊ．　Ｗｉｎｚｅｒ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｐｅｎａｌｔｉｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｉｎ－Ｂａｎｄ　Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｍａｔｓ"，　ＥＣＯＣ２０１１，　Ｔｕ５Ｂ７，　Ｓｅｐ．　２０１１． Ｄ．　Ｍａｒｃｕｓｅ，　"Ｌｏｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ　ｓｐｌｉｃｅｓ"，　Ｂｅｌｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈ．　Ｊ．，　ｖｏｌ．　５６５，　ｎｏ．　５，　Ｍａｙ－Ｊｕｎｅ，　１９７７．
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　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。
（ａ）は、本発明に係るマルチコア光ファイバの断面構造を説明する図である。（ｂ）は、本発明に係るマルチコア光ファイバの屈折率分布の一例を説明する図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバのコア半径と比屈折率差の関係の一例を示す構造図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴおよびΛの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとＸＴとの関係の一例を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴおよびΛの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとＸＴとの関係の一例を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの設計方法を説明するフローチャートである。
　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。
　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。
　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）
　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）
　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。
　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）
　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。
　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）
　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。
　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）
　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）
　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。
　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）
　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）
　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）。
　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

Claims (7)

  1. 　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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2. 　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を満たすことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  3. 　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請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  4. 　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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  5. 　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を満たすことを特徴とする請求項４に記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  6. 　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請求項４に記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  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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