CN107179581A - 耦合型多芯光纤 - Google Patents

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Abstract

本实施方式涉及CMCF，该CMCF具有用于通过对由碱金属的扩散引起的浓度降低进行抑制而实现有效的传送损耗的降低的构造。在具有多个纤芯的该CMCF中，维持相邻纤芯间的光学性的耦合，因此相邻纤芯间的功率耦合系数(h)设定为大于或等于1×10－3/m。另外，在多个纤芯各自中添加有对传送损耗的降低作出贡献的碱金属，使得相邻纤芯间的应力最大值σ_max取负值。

Description

耦合型多芯光纤
技术领域
本发明涉及一种维持相邻纤芯彼此的光学性的耦合状态，并且能够实现模分复用传送的耦合型多芯光纤(下面记为“CMCF(Coupled multi-core optical fiber)”)。
背景技术
在日本特开2011－209702号公报(专利文献1)中，公开了关于多个纤芯由纯石英玻璃构成的多芯光纤(下面，简记为“MCF”)的降低传送损耗的技术，在日本专利第5545236号(专利文献2)中，公开了通过将碱金属添加至纤芯而降低传送损耗的技术。另外，在日本特开昭60－176004号公报(专利文献3)中公开了下述构造，即，通过采用在对构成纤维束的多个单芯纤维的最外周面进行覆盖的玻璃中添加有容易被酸等溶解的碱金属而成的玻璃，从而使得各单芯纤维容易分离。在Tetsuya Hayashi,et al.,《Physical interpretationof intercore crosstalk in multicore fiber:effects of macrobend,structurefluctuation,and microbend,》OPTICS EXPRESS Vol.21,No.5,pp.5401-5412(Mar.11,2013)(非专利文献1)中，针对通过Stack&Draw法制造出的MCF的传送损耗进行了记载，在Tetsuya Hayashi et al.,《Coupled-Core Multi-Core Fiber:High-Spatial-DensityOptical Transmission Fibers with Low Differential Modal Properties,》ECOC2015,We.1.4.1(2015)(非专利文献2)中，针对通过棒塌缩法(rod in collapse method)制造出的MCF的传送损耗进行了记载。
此外，在上述非专利文献1中，记载有相邻纤芯彼此的功率耦合系数的定义，在上述非专利文献2中，针对耦合型MCF进行了记载。并且，在R.Ryf,et al.,《1705-kmTransmission over Coupled-Core Fibre Supporting 6Spatial Modes,》ECOC2014,PD.3.2,Cannes-France (2014)(非专利文献3)中，记载有应用了耦合型MCF的模分复用传送的试验结果，在BerilInan,et al.,《DSP complexity of mode-division multiplexedreceivers,》OPTICS EXPRESS Vol.20,No.9,pp.10859-10869,(Apr.23,2012)(非专利文献4)中，记载有为了能够实现模复用以及模划分的多输入·多输出(下面，记为“MIMO(Multi-Input-Multi-Output)”)技术。
发明内容
发明人对现有的MCF进行了研究，其结果发现了如下所述的课题。
即，碱金属元素的纤芯添加对低损耗化有效，这是公知的。但是，碱金属元素比起其他元素，易于扩散，在从母材(preform)向光纤的纺丝过程中，该光纤的纤芯中的碱金属浓度与母材阶段中的浓度相比减少。因此，能够对纺丝过程中的纤芯玻璃的结构弛豫(RELAXATION STRUCTURE)作出贡献的碱金属浓度存在一定的限制。特别地，在仅对1个纤芯添加碱金属的上述现有技术的情况下，为了防止与纤芯相当的玻璃区域的结晶化而不能添加高浓度的碱金属。在能够将多个纤芯接近配置的MCF中，由于碱金属的扩散容易，对低损耗化变得有利，但在非耦合型MCF的情况下，如果相邻纤芯彼此的中心间距离(下面，记为“纤芯间隔(core pitch)”)过小，则发生纤芯间的串扰(下面，记为XT)，因此传送损耗的降低也存在限制。
本发明是为了解决如上所述的课题而提出的，其目的在于提供一种CMCF(耦合型MCF)，该CMCF(耦合型MCF)具有用于通过对由碱金属的扩散引起的浓度降低进行抑制而实现有效的传送损耗降低的构造。此外，CMCF通过将纤芯间隔有意地减小，从而使得在各个纤芯传送的信号间发生XT(纤芯间XT)，但发生XT的信号彼此通过在上述非专利文献4记载的MIMO处理进行解码(参照上述非专利文献2、3)。因此通过将该CMCF和MIMO处理组合后的传送系统，能够实现模分复用传送。如上所述，积极地使纤芯间XT发生的CMCF与非耦合型MCF相比，能够将纤芯间隔设计得狭窄，因此碱金属在相邻纤芯彼此中容易相互扩散，能够期待抑制由碱金属的扩散引起的浓度降低(实现低传送损耗)。发明人们鉴于如上所述的考察，发现了对于为了降低CMCF中的传送损耗而有效的纤芯间隔和其应力分布。
本实施方式所涉及的CMCF具有：分别沿规定方向延伸的多个纤芯；以及将所述多个纤芯分别覆盖的单个包层(cladding)。特别是，多个纤芯分别包含对传送损耗的降低作出贡献的规定浓度的碱金属。另外，为了维持多个纤芯中的相邻纤芯彼此的光学性的耦合状态，该相邻纤芯间的功率耦合系数h设定为大于或等于1×10－3/m。另外，为了实现显著的传送损耗的降低，将相邻纤芯彼此的中心连结的线段上的应力分布的最大值σ_max取负值(压缩应力)。
附图说明
图1A～图1C是表示第1实施方式所涉及的CMCF和母材各自的截面构造、折射率分布(refractive index profile)及碱金属浓度分布的图。
图2A及图2B是用于说明第1实施方式所涉及的CMCF的折射率分布和应力分布的关系的图。
图3A～图3G是表示在将纤芯和该纤芯周边的包层的一部分包含的区域R1中能够应用的各种折射率分布的图。
图4A～图4D是表示能够应用的纤芯配置的各个例子的CMCF的剖视图。
图5是分别针对第1实施方式所涉及的CMCF的3个样品1～3(CMCF 1～CMCF 3)、和作为其对比例的单芯光纤(下面，记为“SCF(Single-core optical Fiber)”汇总了光学特性的图表。
图6A及图6B是分别针对第1实施方式所涉及的CMCF的3个样品1～3(CMCF 1～CMCF3)，分别表示相邻纤芯间的应力分布的最大值σ_max(MPa)和传送损耗的降低量(dB/km)的关系、以及纤芯间隔(相邻纤芯彼此的中心间距离)Λcore(μm)和传送损耗的降低量(dB/km)的关系的图形。
图7A～图7C是表示第2实施方式所涉及的CMCF和母材各自的截面构造、折射率分布及碱金属浓度分布的图。
具体实施方式
[本发明的实施方式的说明]
首先分别单独举例说明本发明的实施方式的内容。
(1)本实施方式所涉及的CMCF(耦合型多芯光纤)作为其一个方式，具有：分别沿规定方向延伸的多个纤芯；以及将所述多个纤芯分别覆盖的单个包层。特别是，多个纤芯分别包含对传送损耗的降低作出贡献的规定浓度的碱金属。另外，为了维持多个纤芯中的相邻纤芯彼此的光学性的耦合状态，该相邻纤芯间的功率耦合系数h设定为大于或等于1×10－3/m。另外，为了实现显著的传送损耗的降低，将相邻纤芯彼此的中心连结的线段上的应力分布的最大值σ_max取负值。即，在位于相邻纤芯间的包层残留有压缩应力。附带说一下，在最大值σ_max为正的情况下，意味着在位于相邻纤芯间的包层残留有拉伸应力。此外，各纤芯中含有从锂、钠、钾、铷的组中选择出的1种或者大于或等于2种碱金属。
上述的方式所涉及的光纤是CMCF，是应用于即使在纤芯各自中传播的信号间发生了XT(纤芯间XT)，通过MIMO处理也会将信号分别进行解码的传送系统的传送介质。对于如上所述的CMCF，为了减轻MIMO处理的负荷，要求将信号间的差分群时延(DGD：DifferentialGroup Delay)保持为较小。因此，在CMCF中，通过将纤芯间隔设得狭窄，从而积极地使得在信号间发生XT。如上所述，通过积极地使得在信号间发生XT，从而使信号彼此混合，其结果，将CMCF设计为实质上将信号间的DGD减小(参照非专利文献3)。此外，纤芯间隔依赖于各纤芯的折射率构造，但为了在信号间使得充分发生XT，优选相邻纤芯间的功率耦合系数h设定为大于或等于1×10－3/m(参照非专利文献2)。
在这里，为了有效地降低传送损耗，需要在纺丝前的该CMCF的母材中设置多个碱金属添加区域，在该母材的纺丝过程中在碱金属添加区域间使碱金属相互扩散。此时，由碱金属的扩散引起纤芯周边的玻璃的粘性降低，在纺丝后的该CMCF形成压缩应力的残留区域。例如，在该CMCF的母材中，在多个纤芯部分别包含有碱金属添加区域的结构中，在纺丝后的该CMCF中，位于相邻纤芯间的包层成为碱金属的扩散区域。如上所述，通过在纺丝前的该CMCF的母材形成多个碱金属添加区域，从而得到能够防止纺丝过程中的碱金属浓度的降低，有效地降低传送损耗的CMCF。
(2)作为本实施方式的一个方式，优选应力分布的最大值σ_max小于或等于－20MPa。
(3)作为本实施方式的一个方式，优选纤芯间隔Λcore小于或等于35μm。
(4)作为本实施方式的一个方式，可以在纺丝前的该CMCF的母材中，在相当于包层的区域设置至少1个碱金属添加区域。在该情况下，优选在纺丝后的该CMCF中，与母材的碱金属添加区域的中心位置相当的扩散中心位置、和多个纤芯中的与该扩散中心位置相邻的纤芯的中心位置之间的距离Λcore-clad小于或等于45μm。较优选小于或等于30μm，更优选小于或等于25μm。
(5)作为本实施方式的一个方式，优选在多个纤芯分别由GeO2分子的添加量小于或等于1重量％的SiO2玻璃构成，并且在包层添加有氟的结构中，多个纤芯各自的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.16dB/km。较优选的是，波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.155dB/km，更优选的是小于或等于0.150dB/km。
(6)作为本实施方式的一个方式，优选在多个纤芯的至少任一个添加有规定浓度的锗的结构中，该添加有锗的纤芯的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.18dB/km。
(7)作为本实施方式的一个方式，优选多个纤芯各自的碱金属的平均浓度大于或等于0.2原子ppm且小于或等于50原子ppm。
(8)作为本实施方式的一个方式，优选在纺丝前的该CMCF的母材中，与多个纤芯相当的区域各自中的卤素的平均浓度大于或等于1000原子ppm且小于或等于30000原子ppm。
(9)作为本实施方式的一个方式，优选包层的表面的碱金属的浓度小于或等于1原子ppm。
以上，在该[本发明的实施方式的说明]一栏中列举出的各方式，能够应用于剩余的全部方式的各方式，或者能够应用于这些剩余的方式的全部组合。
[本发明的实施方式的详细内容]
下面，参照附图详细地说明本发明所涉及的CMCF的具体例。此外，本发明并不限定于这些例示，而是由权利要求书示出，包含与权利要求书等同的内容以及范围内的全部变更。另外，在附图说明中对相同的要素标注相同标号，省略重复的说明。
(第1实施方式)
在图1A中，示出用于制作第1实施方式所涉及的CMCF 200A的、纺丝前的母材100A的截面构造。图1A所示的截面是与母材100A的中心轴AX(与该母材100A的长度方向一致)正交的截面，该母材100A具有：沿着中心轴AX，从一端A向另一端B分别延伸的纤芯部110；以及将这些纤芯部110各自覆盖的包层部120，在图1A的截面中，作为一个例子，以将中心轴AX包围的方式配置有3个纤芯部110。具有图1A所示的截面的该CMCF 200A是通过对母材100A进行纺丝而得到的，其截面构造与母材100A的截面构造是相似关系。即，通过对母材100A进行纺丝而得到的CMCF 200A的纤芯210相当于母材100A的纤芯部110，该CMCF 200A的包层220相当于母材100A的包层部120。此外，在图1A中作为纤芯配置的例子，示出了在母材100A(或者该CMCF 200A)的中心轴AX的周围配置有3个纤芯部110(或者纤芯210)的构造，但如后面记述所示，在本实施方式中能够应用各种纤芯排列，并不限定于图1A的例子。
图1B是沿着图1A中的线L(将相邻的纤芯部110彼此的中心穿过的线)的母材100A的折射率分布150A和碱金属浓度分布160A。根据该图1B可知，在本实施方式中，母材100A的纤芯部110各自成为添加有碱金属的碱金属添加区域。
图1C是通过对母材100A进行纺丝而得到的本实施方式所涉及的CMCF 200A的折射率分布250A及碱金属浓度分布260A，与图1B同样地，是沿着图1A中的线L的分布。
并且，图2A及图2B是用于说明图1C所示的CMCF 200A的折射率分布250A和应力分布255的关系的图。特别是，在图2A中示出图1C所示的CMCF 200A的折射率分布250A，在图2B中示出在图1A的线L上的各位置处与折射率分布250A相关联的应力分布255。如图1B所示，在母材100A的各纤芯210成为碱金属添加区域的情况下，在纺丝后得到的CMCF 200A中，碱金属从各纤芯210扩散，从而即使在相邻的纤芯210的中间也存在碱金属。此时，纤芯210周边的玻璃的粘性降低，得到如图2B所示的形状的应力分布255。此外，在本说明书中，将该CMCF 200A中的相邻的纤芯部110彼此的中心连结的线段上的应力分布的最大值表示为σ_max。即，图2B所示的应力分布255的最大值σ_max取负值，因此在纤芯210及位于其周边的包层220形成压缩应力的残留区域。
通常，在设置有分别添加碱金属后的多个纤芯部110的母材100A中，在纺丝过程中被加热，从而各纤芯部110中的碱金属相互扩散。因此，如图1C所示，纺丝后的CMCF 200A的各纤芯210中的碱金属浓度降低。但是，如果纤芯间隔Λcore接近，则从某个纤芯扩散的碱金属向相邻的纤芯流入，从而碱金属的浓度降低被缓和，能够促进玻璃构造的弛豫。因此，在本实施方式所涉及的CMCF 200A中，能够降低传送损耗。另外，与SCF的情况相比，能够期待传送损耗的降低(参照非专利文献2)。此时，为了有效地使碱金属向纤芯210相互扩散，优选相邻纤芯彼此较近(纤芯间隔Λcore小)，另一方面，在非耦合型MCF中，纤芯间XT增大。如上所述，在纤芯间XT大的情况下，在非耦合型MCF中，还发生由该纤芯间XT引起的传送损耗的增加，在碱金属添加的效果方面存在极限。
与此相对，本实施方式所涉及的CMCF 200A为了减轻MIMO处理的负荷，设计为将信号间的DGD实质性地减小，为了在信号间充分地发生XT，相邻纤芯间的功率耦合系数h设计为大于或等于1×10－3/m。
此外，例如如在上述非专利文献1记载所示，每单位长度的从纤芯m向纤芯n移动的光功率Pn能够表示为下面的式(1)。
dPn/dz＝h(Pm-Pn)…(1)
在这里，h是功率耦合系数，就该CMCF而言，意味着在相邻纤芯彼此中光功率进行耦合的效率(对耦合型纤芯进行规定)。另外，上述式(1)的功率耦合系数h意味着从纤芯m向纤芯n的功率耦合系数hmn，根据各纤芯的折射率、纤芯间隔、该CMCF的弯曲状态进行计算。具体而言，上述式(1)的功率耦合系数h(＝hmn)与上述非专利文献1的式(8)同样地，通过以下的式(2)被规定，设为非专利文献1的全部记载引入本说明书中。此外，在非专利文献1的式(8)记载的功率耦合系数hnm是从纤芯n向纤芯m的功率耦合系数，与作为从纤芯m向纤芯n的功率耦合系数hmn的上述式(1)的功率耦合系数h等价。
h(＝hmn)＝ΔXmn/Δz…(2)
在这里，Δz是光纤片段[z1、z2](与光入射端面等基准点相距沿光纤长度方向的距离z1的位置和与基准点相距距离z2(＞z1)的位置之间的光纤片段)的片段长度，以z2－z1赋予。另外，ΔXmn是以上述非专利文献1的式(4)赋予、是片段长度Δz的光纤区域内的从纤芯m向纤芯n的平均串扰增加量(average crosstalk increase)。
此外，纺丝前的母材100A中的纤芯部110的碱金属的添加浓度设定为，在纺丝后的CMCF 200A中，各纤芯210的碱金属的平均浓度成为大于或等于0.2原子ppm且小于或等于50原子ppm。其原因在于，添加了高浓度的碱金属后的SiO2玻璃被促进结晶化，因此如果纺丝后的CMCF 200A的各纤芯210所包含的碱金属的平均值大于或等于0.2原子ppm，则在纺丝过程中能够推进纤芯210的玻璃构造的弛豫。另一方面，如果纺丝后的CMCF 200A中的纤芯210的碱金属的平均浓度成为大于或等于50原子ppm，则照射了累积吸收剂量大于或等于0.10Gy的辐射线之后的波长1550nm下的传送损耗，与照射辐射线之前进行比较，增加0.02dB/km以上，在海底系统等需要长期的传送损耗的稳定性的系统中使用时产生问题，因此不优选。
另外，在母材100A的纤芯部110中卤素浓度低的情况下，不能充分得到母材制造工序中的由卤素引起的杂质的去除效果，导致由杂质的吸收引起的传送损耗的增加。另一方面，在卤素过多的情况下，生成碱金属的卤素化合物而作为结晶的生成核起作用，因此不优选。另外，通过将Cl、F等卤素的浓度设定在1000原子ppm～30000原子ppm的范围，从而能够得到低传送损耗的CMCF而不存在上述的问题。
并且，纺丝后的CMCF 200A的玻璃表面(包层220的表面)处的碱金属的浓度小于或等于1原子ppm。如果碱金属扩散至纺丝后的CMCF 200A的玻璃表面，则由于碱金属的SiO2玻璃网的切断效果，发生机械性的疲劳系数的大幅降低，因此发生实际使用上的问题，不优选。为了避免该问题，优选至纺丝后的CMCF 200A的玻璃表面为止碱金属的浓度小于或等于1原子ppm，更优选小于或等于0.1原子ppm。在作为碱金属而将钾添加至母材100A的纤芯部110的情况下，在纺丝后，钾在半径15～50μm的范围扩散。扩散半径依赖于母材阶段的钾浓度、纺丝过程中的温度履历。因此，优选在预先调查纺丝后的钾到达距离的基础上，在母材100A的截面内，决定相对纤芯部110或者包层部120的钾添加位置。
具体而言，为了低传送损耗化而在母材100A的纤芯部110中添加的碱金属元素(例如钾)的平均浓度大于或等于5原子ppm，优选小于或等于50原子ppm。钾浓度越高，由辐射线照射引起的损耗增加也越高，因此优选母材阶段中的纤芯部110的钾平均浓度的上限设为500原子ppm。另外，在从母材100A向CMCF 200A的纺丝工序中，在拉丝炉内母材100A的各位置保持在大于或等于1500℃的时间小于或等于110分钟，拉丝速度(纺丝速度)优选大于或等于1200m/min，更有选1500～2300m/min。母材100A的直径优选70～170mmφ，更优选90～150mmφ。
母材100A的各位置保持在大于或等于1500℃的温度的时间越短，纺丝后的CMCF200A的、波长1.55μm下的传送损耗越小。可想到该现象是由下面的理由引起的。即，在母材100A的纤芯部110含有平均浓度小于或等于500原子ppm的钾的情况下，根据该母材100A得到的CMCF 200A的假想温度为1400～1550℃，在拉丝炉内的从峰值温度(大于或等于1500℃)至1500℃为止的时间推进钾的扩散。另一方面，如果过度地推进钾的扩散，则由于通信波长频带(1550nm频带)的光功率分布而导致钾向外侧广泛扩散。在该情况下，有效的钾浓度变低，因此得不到玻璃网的结构弛豫，不能降低传送损耗。由此，保持在大于或等于良好地推进钾的扩散的玻璃温度1500℃的时间越短，纺丝后的CMCF 200A的光传输损耗越降低。
通过如上所述的条件下的从母材100A向CMCF 200A的纺丝，在纺丝后的CMCF 200A的各纤芯210中，能够适当地实现大于或等于0.2原子ppm的碱金属浓度。此外，实质上，在纤芯为纯石英玻璃的CMCF的情况下，为了使传送损耗小于0.170dB/km，母材的各位置保持在大于或等于1500℃的温度的时间需要小于或等于110分钟，更优选小于或等于70分钟。
并且，本实施方式能够适当地组合缓冷拉丝而得到，该缓冷拉丝能够将纺丝过程中的CMCF保温为一定以上的温度，促进玻璃构造的弛豫。在将本实施方式和缓冷拉丝组合的情况下，能够得到更低的传送损耗。关于缓冷拉丝方法，只要是本领域技术人员，就能够得到为了降低传送损耗而所需的适当的制造条件。
另外，在本说明书中，表示碱浓度及卤素的浓度的“原子ppm”是指，100万单位的SiO2玻璃中的掺杂原子的个数。例如，在钾的情况下，与SiO2玻璃中的耦合形态无关地，表示K的原子数相对于SiO2分子数之比。在Li、Na、Rb的情况，另外在Cl、F的情况下也相同。
对于具有如上述的构造的CMCF 200A的将各纤芯210及该纤芯210周边的包层220的一部分包含的区域R1(参照图1A)，如图3A～图3G所示，能够应用各种折射率分布。
对于各纤芯210的折射率分布及与此相伴的光学特性，能够根据用途而选择适当的构造，纤芯210各自的构造可以相同，另外也可以是各自不同的构造。另外，该CMCF 200A的截面内的纤芯数并没有限制，根据所收容的纤芯数，该CMCF 200A的截面直径(玻璃直径)及在包层220的外周面上设置的包覆树脂的外径可适当地设定。
具体而言，作为将各纤芯210包含的区域R1的折射率分布的形状，对相当于纤芯210的区域，能够应用台阶(Step)型(图3A)，环(Ring)型(图3B)，双台阶(Double step)型(图3C)，渐变(Graded)型(图3D)等任意者。另外，对相当于包层220的区域，能够应用凹陷(Depressed)型(图3E)，匹配(Matched)型(图3F)，沟槽(Trench)型(图3G)等任意者。另外，各纤芯210可以具有以在纤芯传播的模数为一个的单模动作为前提的构造，也可以具有以在多个模传播的多模动作为前提的构造。
另外，图4A～图4D是表示在本实施方式能够应用的纤芯配置的各个例子的CMCF的剖视图。即，作为在本实施方式能够应用的纤芯配置，例如如图4A～图4C分别所示，可以采用以相对于该CMCF 200A的中心轴AX而成为轴对称的方式配置有纤芯210的构造。另外，如图4D所示，也可以采用分别由多个纤芯要素构成的多个纤芯组在该CMCF 200A的中心轴AX的周围圆环配置的构造。
在如上述的折射率分布中，在应用了纤芯210的至少任一个由GeO2分子的添加量小于或等于1重量％的SiO2玻璃构成，而且在包层220添加有氟的结构的情况下，优选纤芯210的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.16dB/km。一般来说，在由实质上没有添加用于使纤芯的折射率上升的GeO2分子的SiO2玻璃构成了纤芯的情况下，能够抑制由GeO2分子的浓度波动引起的分散，因此能够将传送损耗抑制为小于或等于0.16dB/km。优选传送损耗小于或等于0.155dB/km，更有选小于或等于0.150dB/km。
另外，在如上述的折射率分布中，也可以采用在纤芯210的至少任一个中添加有锗的构造。在该情况下，优选多个纤芯各自的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.18dB/km。添加有锗的纤芯通常与具有纯石英纤芯的光纤相比传送损耗高。但是，通过与碱金属一起添加至纤芯，从而分散被降低，其结果能够降低传送损耗。但是，如果在母材阶段对添加有锗的纤芯部添加碱金属，则在纺丝后的纤芯内容易发生结晶，因此制造性劣化。因此，在母材制造工序中，对添加有锗的纤芯部不直接添加碱金属，仅在母材的包层部添加碱金属，期望通过纺丝时的加热时使碱金属向纤芯扩散。
接下来，使用图5、图6A及图6B，详细地说明本实施方式所涉及的CMCF 200A的多个样品和对比例的光学特性等。
作为准备出的本实施方式所涉及的CMCF 200A的样品，CMCF 1～CMCF 3分别具有如图1A所示的具备3个纤芯的截面构造，各纤芯周边具有如图3A所示的折射率分布(台阶型)。另外，CMCF 1～CMCF 3各自的纤芯配置如图1A所示，采用了在中心轴AX的周围配置有3个纤芯210的构造。另一方面，对比例是具有1个纤芯的SCF，具有如图3A所示的折射率分布。
样品1的CMCF 1、样品2的CMCF 2、样品3的CMCF 3及对比例的SCF均是将纯石英作为基准，将包层作为基准的纤芯中心的相对折射率差Δ为0.32％，纤芯直径2a为11.1μm。另外，CMCF 1的纤芯间隔Λcore为28μm，功率耦合系数h为1.1×10－2/m。CMCF 2的纤芯间隔Λcore为32μm，功率耦合系数h为1.0×10－3/m。CMCF 3的纤芯间隔Λcore为38μm，功率耦合系数h为8.5×10－6/m。此外，CMCF 1、CMCF 2、CMCF 3及对比例SCF均是光纤外径为125μm，纺丝条件是纺丝速度为1300m/min、纺丝张力为80～100g。另外，CMCF 1、CMCF 2、CMCF 3及SCF在各自的母材的各纤芯部添加有钾而作为碱金属添加物。
图5是将这些CMCF 1、CMCF 2、CMCF 3及SCF各自的光学特性汇总的表。
即，以上述方式制成的SCF的波长1550nm下的平均有效截面积Aeff为110μm2。另外，CMCF 1(Λcore＝28μm)的各纤芯的波长1550nm下的平均有效截面积Aeff为107μm2，纤芯间的应力最大值σ_max为－28MPa(压缩应力)。CMCF 2(Λcore＝32μm)的各纤芯的波长1550nm下的平均有效截面积Aeff为109μm2，纤芯间的应力最大值σ_max为－20MPa(压缩应力)。CMCF3(Λcore＝38μm)的各纤芯的波长1550nm下的平均有效截面积Aeff为105μm2，纤芯间的应力最大值σ_max为1MPa(拉伸应力)。
另外，波长1550nm下的对比例的SCF的传送损耗为0.161dB。在相同的纺丝条件中，波长1550nm下的CMCF 1的传送损耗为0.148dB，波长1550nm下的CMCF 2的传送损耗为0.153dB，波长1550nm下的CMCF 3的传送损耗为0.158dB，关于与SCF的传送损耗相比的情况下的传送损耗的降低量，CMCF 1是－0.013dB/km、CMCF 2是－0.008dB/km、CMCF 3是－0.003dB/km。
图6A是分别针对包含以上述方式制成的样品1～3(CMCF 1～CMCF 3)的各种CMCF样品，表示相邻纤芯间的应力分布的最大值σ_max(MPa)和传送损耗的降低量(dB/km)的关系的图形。
根据该图6A可知，在应力最大值σ_max为负值、即、能够维持压缩应力的样品(包含CMCF 1、CMCF 2)中，能够确认到显著的传送损耗的降低。较优选的是，通过将应力最大值σ_max设为小于或等于－20MPa，从而能够将传送损耗进一步降低。更优选的是，应力最大值σ_max小于或等于－30MPa。
另外，图6B是分别针对包含以上述方式制成的样品1～3(CMCF 1～CMCF 3)的各种CMCF样品，表示纤芯间隔Λcore(μm)和传送损耗的降低量(dB/km)的关系的图形。
根据该图6B可知，如CMCF 3那样，在纤芯间隔Λcore超过35μm的样品的情况下，传送损耗的降低量小于0.005dB/km。另一方面，如CMCF 1、CMCF 2那样，在纤芯间隔Λcore小于或等于35μm的样品的情况下，传送损耗的降低量大于或等于0.005dB/km。此外，较优选纤芯间隔Λcore小于或等于30μm，更优选小于或等于25μm。
(第2实施方式)
图7A～图7C是表示第2实施方式所涉及的CMCF 200B和母材100B各自的截面构造、折射率分布及碱金属浓度分布的图。在图7A～图7C示出的第2实施方式中，在用于制造CMCF200B的母材100B中，除了2个纤芯部110之外，在夹在纤芯部110间的包层部120也设置有碱金属添加区域500，除了这一点，与第1实施方式的结构(图1A)相同。此外，在图7A的例子中，在线L上相邻的纤芯部110的中间位置设定为碱金属的浓度取极大值的扩散中心位置O。
即，在图7A中母材100B具有沿着中心轴AX，从一端A向另一端B分别延伸的纤芯部110；以及将这些纤芯部110各自覆盖的包层部120，在图7A的截面上，作为一个例子，以包围中心轴AX的方式配置有3个纤芯部110。本实施方式所涉及的CMCF 200B是通过对母材100B进行纺丝而得到的，其截面构造与母材100B的截面构造是相似关系，该CMCF 200B的纤芯210相当于母材100B的纤芯部110，该CMCF 200B的包层220相当于母材100B的包层部120。另外，图7B是沿着图7A中的线L的母材100B的折射率分布150B和碱金属浓度分布160B。根据该图7B可知，在本实施方式中，在母材100B的包层部120也形成有添加了碱金属后的碱金属添加区域500。另外，在图7B中，在纤芯部110的一者中没有示出碱金属浓度分布，但理所当然地，在本实施例中也可以是在全部纤芯部110形成碱金属添加区域。图7C是通过对母材100B进行纺丝而得到的本实施方式所涉及的CMCF 200B的折射率分布250B及碱金属浓度分布260B，与图7B同样地，是沿着图7A中的线L的分布。图7C示出的Λcore-clad表示纺丝后的CMCF 200B的碱金属的浓度取极大值的扩散中心位置O和各纤芯210的中心位置之间的距离。
根据本实施方式，除了母材100B的纤芯部110以外，向包层部120也添加碱金属，从而能够更有效地降低传送损耗。但是，在添加有碱金属的区域和纤芯部110的距离远的情况下，在纺丝过程中碱金属不会向纤芯扩散，不能得到传送损耗的降低效果。因此，在作为碱金属例如使用钾(K)的原子符号以下的物质的情况下，在纺丝后的CMCF 200B中，纤芯210的中心和相当于碱金属添加区域500的中心的扩散中心位置O之间的距离Λcore-clad需要小于或等于45μm。较优选的是，距离Λcore-clad小于或等于30μm，更优选的是小于或等于25μm。
另外，如果向母材100B的纤芯部110添加碱金属，则在纺丝过程中的纤芯内容易发生结晶，并且有时在碱金属向纤芯部110的添加工序中，发生由碱金属以外的杂质向纤芯部110混入而导致的传送损耗增加。因此，不是在母材阶段中向纤芯部110直接添加碱金属，使在纺丝工序中添加至包层部120的碱金属(碱金属添加区域500)向纺丝过程中的纤芯扩散，由此能够得到低传送损耗，而没有结晶化、由杂质的混入导致的过剩损耗的危险，没有生产成品率的降低。
此外，在母材100B中，关于纤芯部110及包层部120中的碱金属添加区域的配置，在两个纤芯部110和其中间区域，碱金属添加区域沿着母材长度方向(中心轴AX)延伸。通过该结构，与将相邻的纤芯部110分别设定为碱金属添加区域的第1实施方式相比，即使将纤芯间隔Λcore增大，也能实现所得到的CMCF的低传送损耗化。但是，在与包层外周接近的区域设置有碱金属的情况下，由于纺丝过程中的扩散，导致光纤外周的碱金属的浓度上升，所得到的CMCF 200B的机械强度降低，因此不优选。因此，CMCF 200B的包层220的表面处的碱金属的浓度优选小于或等于1原子ppm。
如以上所述，根据本实施方式，得到通过对碱金属的浓度降低进行抑制而实现有效的传送损耗的降低的CMCF(耦合型MCF)。

Claims (9)

1.一种耦合型多芯光纤，其具有：从一端向另一端延伸的多个纤芯；以及将所述多个纤芯分别覆盖的单个包层，
该耦合型多芯光纤的特征在于，
所述多个纤芯分别包含对传送损耗的降低作出贡献的碱金属，
所述多个纤芯中的相邻纤芯间的功率耦合系数h大于或等于1×10－3/m，并且将所述相邻纤芯彼此的中心连结的线段上的应力为压缩应力。
2.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述线段上的应力的最大值σ_max小于或等于－20MPa。
3.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述相邻纤芯彼此的中心间距离Λcore小于或等于35μm。
4.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述包层包含碱金属的浓度取极大值的扩散中心位置，所述扩散中心位置、和所述多个纤芯中的与所述扩散中心位置相邻的纤芯的中心位置之间的距离Λcore-clad小于或等于45μm。
5.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述多个纤芯分别由GeO2分子的添加量小于或等于1重量％的SiO2玻璃构成，
在所述包层添加氟，
所述多个纤芯各自的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.16dB/km。
6.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
在所述多个纤芯的至少任一个添加有锗，
添加有所述锗的纤芯的波长1550nm下的传送损耗小于或等于0.18dB/km。
7.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述多个纤芯各自的碱金属的平均浓度大于或等于0.2原子ppm且小于或等于50原子ppm。
8.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
在纺丝前的该耦合型多芯光纤的母材中，与所述多个纤芯相当的区域各自中的卤素的平均浓度大于或等于1000原子ppm且小于或等于30000原子ppm。
9.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其特征在于，
所述包层的表面的碱金属的浓度小于或等于1原子ppm。
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