JP2011018013A - 光通信システム及び配列変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】二次元に配列された複数のコアを有するマルチコアファイバを備えた光通信システム等を提供する。
【解決手段】光通信システムにおいて、発光エリアが一次元に配列されたOLT110とマルチコアファイバ400間に設けられた配列変換器120は、第１及び第２端面120a,120bと、複数の光導波路310を備える。各光導波路310は、一方の端面310aが第１端面120aと一致する一方、他方の端面310bが第２端面120bと一致するよう配置されている。特に、第１端面120aにおける光導波路端面310aの配列と、第２端面120bにおける光導波路端面310bの配列は異なっており、異種のネットワーク資源間の光学的結合を実現した。
【選択図】図２

Description

本発明は、光ファイバ網の一部として、その断面において複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバを備えた光通信システムと、光通信システムへの適用が可能なコネクタとして、種々のネットワーク資源間での良好な光結合を可能にするための配列変換器に関するものである。

従来、１つの送信局と複数の加入者との間の光通信を可能にするＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスを提供するため、例えば図１７に示されたように、多段の光スプリッタを介在させることで１本の光ファイバを各加入者が共有する、いわゆるＰＯＮ（Passive Optical Network）システムが実現されている。

すなわち、図１７に示されたＰＯＮシステムは、インターネットなどの既存の通信システムの最終中継局である端局１（送信局）と、端局１と加入者宅２（加入者）との間に敷設された光ファイバ網とを備える。この光ファイバ網は、分岐点として設けられたクロージャー（光スプリッタ３０を含む）と、端局１からクロージャーまでの光通信回線１２と、クロージャーから各加入者宅２までの光通信回線３１から構成されている。

上記端局１は、局側終端装置１０（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と、ＯＬＴ１０からの多重化信号を分岐する光スプリッタ１１を備える。一方、上記加入者宅２には、加入者側終端装置２０（ＯＮＵ：Optical Network Unit）が設けられている。また、端局１と加入者宅２との間に敷設されている光ファイバ網の分岐点としてのクロージャーには、少なくとも、到達した多重化信号をさらに分岐するための光スプリッタ３０や、サービス内容を制限するための波長選択フィルタなどが配置されている。

以上のように、図１７に示されたＰＯＮシステムでは、端局１内に光スプリッタ１１が設けられるとともに、光ファイバ網上に配置されたクロージャー内にも光スプリッタ３０が設けられているので、１つの局側終端装置１０からは複数の加入者に対してＦＴＴＨサービスの提供が可能になっている。

しかしながら、上述のように多段の光スプリッタを介することで複数の加入者が一本の光ファイバを共有するＰＯＮシステムでは、輻輳制御（Congestion Control）や受信ダイナミックレンジの確保など、将来的な伝送容量の増加に対して技術的課題を抱えているのは事実である。本技術的課題（輻輳制御・ダイナミックレンジの確保など）を解決する手段の一つとして、ＳＳ（Single Star）システムへの移行が考えられる。ＳＳシステムへ移行する場合は、局内側においてファイバ心数がＰＯＮシステムに対して増大するため、局内側光ケーブルにおいて極細径化・超高密度化が必須となる。極細径・超高密度化用の光ファイバとしては、マルチコアファイバが好適である。

例えば、マルチコアファイバとして、特許文献１に開示された光ファイバは、その断面において二次元に配置された7個以上のコアを有する。また、特許文献２には、複数のコアが一直線上に配列された光ファイバが開示されており、光導波路・半導体光集積素子との接続が容易になる旨、記載されている。

特開平０５−３４１１４７号公報 特開平１０−１０４４４３号公報 特開昭６０−２３０６０７号公報 特開昭６２−２９７８０９号公報 特開昭６３−０６５４１２号公報

発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。

すなわち、上記特許文献１に記載されたマルチコアファイバは、送信端や受信端において、光デバイス等との接続が困難になる。これは、上記特許文献２にも記載されている通り、通常製造される光導波路、半導体光集積素子等の光学デバイスは、一次元に複数の光送受信要素（発光エリア又は受光エリア）が配列されているのが一般的であり、このような光デバイスを、断面において複数のコアが二次元に配置されているマルチコアファイバに光学的に結合させることは困難であった。

さらに、上記特許文献２に記載されたマルチコアファイバは、当該マルチコアファイバ一本当りのコア数を大幅に増加させることが困難である。すなわち、上記特許文献２の図１等に開示されているように、適切な間隔で配置されたコアの数はたかだか４個である。したがって、断面内に複数のコアが二次元に配置された場合と比較すると、コア数の増加が制限されることは明らかである。なお、複数のコアを一直線上に配列させる方法としては、コア間隔を小さくすることが考えられるが、隣接コア間でのクロストークを考慮すると、光通信システムに適用可能なコア間隔の最小値には、ファイバ長・通信品質に応じた限界がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、二次元に配列された複数のコアを有するマルチコアファイバを光ファイバ網の一部として適用する光通信システムと、光通信システムにおいて種々の構成要素（ネットワーク資源）間の良好な光学的結合を可能にするコネクタとして、光入射部又は光出射部の配列が異なるネットワーク資源間での光結合を可能にするとともに、従来の光導波路数制限を緩和させるための構造を備えた配列変換器を提供することを目的としている。

本発明に係る光通信システムは、それぞれが光学的に独立した光導波路として機能する複数のコアを有するとともに、その断面において複数のコアが二次元に配列されているマルチコアファイバと、マルチコアファイバの端面に対面した第１端面を有する光学素子とを有する。光学素子は、第１端面上において、マルチコアファイバにおける複数のコアの二次元配列に対応し、複数の光通過エリアが二次元に配列されている。

本発明に係る光通信システムにおいて、光学素子は、マルチコアファイバのコア配列と異なるよう配置された複数の光電変換素子と、第１端面と、複数の光電変換素子と対面する第２端面と、第１端面と第２端面にそれぞれの両端面が固定された複数の光導波路とを備えた配列変換器とを有してもよい。配列変換器の光導波路端面の配列は、第１端面において前記マルチコアファイバにおける複数のコアの二次元配列となっており、一方、第２端面において複数の光電変換素子の配列となっている。

本発明に係る光通信システムにおいて、光学素子は、複数の光出射部として光出射面上に二次元に配列された複数の発光エリアに対応して設けられた複数の発光素子を有してもよい。また、光学素子は、複数の光入射部として光入射面上に二次元に配列された複数の受光エリアに対応して設けられた複数の受光素子を有してもよい。

本発明に係る配列変換器は、光学的に互いに対向するよう配置された第１端面及び第２端面と、第１端面と前記第２端面にそれぞれの両端面が固定された複数の光導波路とを備える。複数の光導波路の端面の配列は、第１端面と第２端面とでは異なっている。

本発明に係る配列変換器において、隣接する光導波路間の間隔は、各端面で一定で、かつ、第１端面と第２端面とでは、異なっていてもよい。

さらに、本発明に係る配列変換器において、複数の光導波路それぞれのコアの外径は、第１端面に対し第２端面において拡大していてもよい。本発明に係る配列変換器において、複数の光導波路の端面の配列は、第１端面において二次元配列であり、第２端面において一次元配列であってもよい。

本発明に係る配列変換器は、複数の２コア矩形ファイバを含んでもよい。この場合、複数の２コア矩形ファイバそれぞれにおける一方の端部を束ねることで、各端面により当該配列変換器の第1端面が構成される。一方、複数の２コア矩形ファイバそれぞれにおける他方の端部を束ねることで、各端面により当該配列変換器の第２端面が構成される。なお、２コア矩形ファイバは、それぞれが所定方向に沿って伸びかつ光導波路として機能する２本のコア領域と、これら２本のコア領域を一体的に取り囲むクラッド領域と、クラッド領域の外周に設けられた樹脂被覆を備える。また、２コア矩形ファイバは、各コア領域が伸びる所定方向に直交する平面上において、クラッド領域の外周形状又は樹脂被覆の外周形状が、２本のコア領域の中心を通る長軸方向と、２本のコア領域間の中央において長軸方向と直交する短軸方向によって規定される略矩形に整形されている。特に、当該配列変換器において、複数の２コア矩形ファイバそれぞれの一方の端部は、第１端面として各短軸方向が一致するよう配置される。また、複数の２コア矩形ファイバそれぞれの他方の端部は、第２端面として各長軸方向が一致するよう配置される。

第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部は互いに接触した状態で配置されてもよい。２コア矩形ファイバの端面それぞれは、接着剤を介して固定することも可能であるが、加熱により直接融着することにより、当該配列変換器の端面（第1及び第２端面の少なくとも一方）において、コア領域間隔の高精度な調節が可能になる。

本願発明に係る配列変換器は、第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部を、配列状態を維持した状態で保持するガイド部材を備えてもよい。この場合、当該配列変換器における端面の形成（２コア矩形ファイバの端部配列）が容易になる。

また、第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、隣接するコア領域間の間隔は一定であるのが好ましい。上述のように、当該配列変換器がガイド部材を備える構成では、ガイド部材が、複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部を保持したときに隣接するコア領域間の間隔が一定になるよう、設計されてもよい。

さらに、本発明に係る配列変換器において、第１及び第２端面のうち少なくとも一方は、コア領域間隔を変換するための光学素子に接続されてもよい。あるいは、第１及び第２端面のうち少なくとも一方における隣接するコア間の間隔は、複数の２コア矩形ファイバの端部を略矩形断面を有するそれぞれのクラッド領域を一体化した状態でテーパー状に加工することにより、調節されてもよい。

本発明に係る光通信システムによれば、特殊な構造を有する光学素子をマルチコアファイバの少なくとも一方に設けることにより、複数のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバを通信用光伝送路に適用可能になる。また、この光通信システムに光学素子として適用可能な、本発明に係る配列変換器によれば、発光素子、受光素子など、光学的に結合されるべき種々のネットワーク資源との良好な光学的結合が可能になるとともに、従来の光導波路数制限の緩和も可能になる。このように、上述の構造を備えた配列変換器は、種々のネットワーク資源により構成される光通信システムへの適用が可能である。

本発明に係る光通信システムの第１実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る配列変換器の一実施形態（マルチコアファイバの光入射端側）の概略構成を説明するための図である。 図２に示された配列変換器における各部の構成を説明するための図である。 本発明に係る配列変換器の他の実施形態（マルチコアファイバの光出射端側）の構成を説明するための図である。 図１中に示されたＩ−Ｉ線に沿った、マルチコアファイバの断面構造を示す図である。 本発明に係る配列変換器の一実施形態を製造する方法の一例を説明するための図である。 本発明に係る配列変換器の変形例の構成要素である２コア矩形ファイバの構造を説明するための図である。 第１変形例に係る配列変換器として、矩形の外周形状を有する２コア矩形ファイバが適用された配列変換器の概略構成を示す図である。 図８に示された第１変形例に係る配列変換器の端面構造を説明するための図である。 第１変形例に係る配列変換器として、矩形の外周形状を有するクラッドを有する２コア矩形ファイバが適用された配列変換器の概略構成を示す図である。 図１０に示された第１変形例に係る配列変換器の端面構造を説明するための図である。 図１０に示された第１変形例に係る配列変換器における各端面でのコア間隔調節を説明するための図である。 第２変形例に係る配列変換器の概略構成を説明するための示す図である。 第３変形例に係る配列変換器の概略構成を説明するための図である。 本発明に係る光通信システムの第２実施形態の構成を示す図である。 本発明に係る光通信システムの第３実施形態の構成を示す図である。 従来の光通信システム（ＰＯＮシステム）の構成を示す図である。

以下、本発明に係る配列変換器及びそれを含む光通信システムの各実施形態を、図１〜図１６を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。また、説明の都合上、図１７にも言及する。

（光通信システムの第１実施形態）
図１は、本発明に係る光通信システムの第１実施形態の構成を示す図である。
この第１実施形態に係る光通信システムは、図１７と同様に、１つの送信局と複数の加入者との間の光通信を可能にするＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスを提供する。ただし、図１に示された光通信システムは、送信局からマルチコアファイバを介して複数の信号チャネルを出力するＳＳ（Single Star）システムである。

すなわち、第１実施形態に係るＳＳシステムは、インターネットなどの既存の通信システムの最終中継局である端局１００Ａ（送信局）と、加入者宅２００Ａ（加入者）と、端局１００Ａと加入者宅２００Ａ（加入者）との間に敷設された光ファイバ網の一部を構成するとともに、両端面において二次元に配列された複数のコア（光導波領域）を有するマルチコアファイバ４００を備える。

端局１００Ａは、それぞれが独立に駆動制御されるとともに一次元に配列された複数の発光エリア１１０ａを有し、これら複数の発光エリア１１０ａから信号光を出力するワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０（局側終端装置）と、ワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０の光出射面（複数の発光エリア１１０ａが配列されている面）とマルチコアファイバ４００の光入射面とを光学的に結合する配列変換器１２０を備える。マルチコアファイバ４００は、端局１００Ａ側において採用される極細径・超高密度光ケーブルに収納される。一方、加入者宅２００Ａには、ＯＮＵ２１０が設けられている。マルチコアファイバ４００の光出射面と各加入者宅２００ＡのＯＮＵ２１０とを光学的に結合させるため、マルチコアファイバ４００の光出射面と加入者宅２００Ａとの間にも配列変換器３００が設けられている。配列変換器３００と各加入者宅２００Ａとはテープファイバ５００を構成する各光ファイバにより光学的に接続されている。

端局１００Ａにおいて、ワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０は、１６個の発光エリア１１０ａが一次元に配列された発光素子である。このワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０と１６個のコアが二次元に配列されたマルチコアファイバ４００との間には配列変換器１２０が設けられている。配列変換器１２０は、ワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０における各発光エリア１１０ａとマルチコアファイバ４００における各コアとを一対一で光学的に結合させる。すなわち、配列変換器１２０は、複数の光導波路を有しており、これら光導波路の一方の端面は第１端面１２０ａ上において二次元に配列される一方、他方の端面は第２端面１２０ｂ上において一次元に配列されている。

具体的に配列変換器１２０は、図２に示されたような構造を有する。すなわち、配列変換器１２０は、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂと、それぞれ異なる信号チャネルに対応して用意された光導波路を含む光導波路部材３１０を備える。なお、図２では、信号チャネルごとに用意された４本の光導波路をそれぞれ含む光導波路部材３１０が示されているが、ワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０から出力される信号チャネル数に一致するか、それ以上であれば、特にこれら光導波路部材の数に制限はない。したがって、上述のように、ワンチップマルチャネルＯＬＴ１１０が１６個の発光エリア１１０ａを有する場合（信号チャネル数は１６）には、１６本以上の光導波路部材３１０が設けられていればよい。この配列変換器１２０において、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂは、それぞれが光入出力端として機能するよう、光学的に互いに対向するよう配置される。また、複数の光導波路部材３１０それぞれは、一方の端面３１０ａが第１端面１２０ａに一致するとともに、他方の端面３１０ｂが第２端面１２０ｂに一致するよう、これら第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂの間に配置されている。第１端面１２０ａでは、マルチコアファイバ４００の光入射端面において二次元に配列されたコア端面と複数の光導波路部材３１０とがそれぞれ一対一で光学的に結合するよう、複数の光導波路部材３１０の他方の端面３１０ａが、第１端面１２０ａを規定するｘ２−ｙ２平面上に二次元に配列された状態で保持されている。また、第２端面１２０ｂでは、ワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０の、一次元に配列された発光エリア１１０ａと複数の光導波路部材３１０とがそれぞれ一対一で光学的に結合するよう、複数の光導波路部材３１０の一方の端面３１０ｂがｘ１軸に沿って一次元に配列された状態で保持されている。なお、図２では、発光エリア１１０ａが一次元に配列されたワンチップマルチチャネルＯＬＴ１１０が示されているが、複数の受光エリアを有する受光素子においても、これら受光エリアが一次元に配列されてもよい。

具体的に、図２に示された配列変換器１２０における各部の構成を、図３を参照しながら詳細に説明する。なお、図３（ａ）は各光導波路部材３１０の外観、図３（ｂ）は図３（ａ）中のＩＩ−ＩＩ線に沿った光導波路部材３１０の断面構造、図３（ｃ）は第２端面１２０ｂ上における光導波路部材の端面３１０ｂの配列状態、そして、図３（ｄ）は第１端面１２０ａ上における光導波路部材の端面３１０ａの配列状態が、それぞれ示されている。

図３（ａ）に示されたように、各光導波路部材３１０は、一方の端面３１０ｂから他方の端面３１０ａに向かってその断面が拡大しているテーパー形状を有する。また、各光導波路部材３１０は、図３（ｂ）に示されたように、所定軸に沿って伸びた光導波路領域として機能するコア３１１領域と、コア領域３１１の外周に設けられたクラッド領域３１２を備える。

上述のように、コア領域３１１の外周にクラッド領域３１２が設けられた場合、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂそれぞれにおけるクラッド領域３１２の厚みを調節することにより、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂにおける光導波路ピッチ（コア領域３１１の配列ピッチ）が調節可能になる。例えば、図３（ｃ）に示されたように、直径Ｄ１のコア領域３１１（光導波路部材３１０の端面３１０ｂに一致している）は、第２端面１２０ｂ上において、クラッド領域３１２の厚みを調節することにより、間隔ｄ１ごとに一次元に配列される。一方、第１端面１２０ａ上において、図３（ｄ）に示されたように、直径Ｄ２（＞Ｄ１）のコア領域３１１（光導波路部材３１０の端面３１０ａに一致している）は、クラッド領域３１２の厚みを調節することにより、間隔ｄ２ごとに二次元に配列される。

以上のように構成された配列変換器１２０により、一次元に配列された４つの発光エリア１１０ａは第２端面１２０ｂ上において一次元に配列された光導波路端面３１０ｂと光学的に結合される。一方、第１端面１２０ａでは、これら光導波路３１０の端面３１０ａが二次元に配列変換されているので、この第１端面１２０ａに二次元に配列された光導波路端面３１０ａと、マルチコアファイバ４００における複数コアの端面４００ａが光学的に結合される。

上述のように構成された複数の光導波路部材３１０は、異種のネットワーク資源間の良好な光学的結合を可能にするため、第１端面１２０ａにおける一方の端面３１０ａの配列と、第２端面１２０ｂにおける他方の端面３１０ｂの配列が異なった状態で保持されている。また、光学的に結合されるべきネットワーク資源それぞれにおける信号チャネルの出射位置間隔又は入射位置間隔は異なっているのが一般的である。したがって、図２及び図３に示されたように、複数の光導波路部材３１０それぞれは、第１端面１２０ａから第２端面１２０ｂに向かってその断面積が徐々に拡大又は縮小していく形状、すなわち、クラッド層の外径が徐々に拡大又は縮小していく形状を有する。各光導波路部材３１０の形状をこのようにテーパー形状に加工しておくことにより、光学的に結合されるべきネットワーク資源によって異なる光入出力位置の数や配列ピッチに合わせて、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂのいずれにおける光導波路端面３１０ａ、３１０ｂの数や配列ピッチを調節することが可能になる。また、第１及び第２端面１２０ａ、１２０ｂのいずれも光導波路端面の二次元配列が許容され得るので、当該配列変換器１２０によれば、光学的に結合されるべきネットワーク資源の種類によらず、光導波路数制限が緩和される。なお、ネットワーク資源によって異なる光入出力位置の数や配列ピッチは、例えば発光素子における発光エリアの数や配列ピッチ、受光素子における受光エリアの数や配列ピッチ、マルチコアファイバにおける複数コアの端面４００ａの数や配列ピッチなどである。

図４は、マルチコアファイバ４００の光出射端側に配置された配列変換器３００の構造を示す図である。この配列変換器３００の構造は、基本的に上述の配列変換器１２０と同様である。すなわち、マルチコアファイバ４００の光出射端面上に二次元に配列された複数のコアは、端局１００Ａの外部において、コネクタである配列変換器３００の第１端面３００ａ（ｘ１−ｙ１平面によって規定）上に二次元に配列された複数の光導波路部材３１０の端面３１０ａに光学的に結合される。一方、配列変換器３００の第２端面３００ｂ上にｘ２軸に沿って一次元に配列された複数の光導波路部材３１０の端面３１０ｂは、テープファイバ５００に含まれる光ファイバの一方の端部それぞれに光学的に結合されている。このテープファイバ５００の光ファイバそれぞれは、適当な位置で切り離され、切り離された各光ファイバの他端が、対応する加入者宅２００Ａに引き込まれる（設置されているＯＮＵ２１０に光学的に結合される）。

具体的に配列変換器３００は、図４に示されたような構造を有する。すなわち、配列変換器３００は、第１及び第２端面３００ａ、３００ｂと、それぞれ異なる信号チャネルに対応して用意された光導波路を含む光導波路部材３１０を備える。なお、図４では、信号チャネルごとに用意された４本の光導波路をそれぞれ含む光導波路部材３１０が示されているが、マルチコアファイバ４００のコア数に一致するか、それ以上であれば、特にこれら光導波路部材の数に制限はない。したがって、マルチコアファイバ４００が１６のコアを有する場合（信号チャネル数は１６）には、１６本以上の光導波路部材３１０が設けられていればよい。この配列変換器３００において、第１及び第２端面３００ａ、３００ｂは、それぞれが光入出力端として機能するよう、互いに対向するよう配置される。また、複数の光導波路部材３１０それぞれは、一方の端面３１０ａが第１端面３００ａに一致するとともに、他方の端面３１０ｂが第２端面３００ｂに一致するよう、これら第１及び第２端面３００ａ、３００ｂの間に配置されている。第１端面３００ａでは、マルチコアファイバ４００の、二次元に配列された複数コアの端面４００ｂと複数の光導波路部材３１０とがそれぞれ一対一で光学的に結合するよう、複数の光導波路部材３１０の一方の端面３１０ａがｘ１−ｙ１平面で規定される第１端面３００ａ上において二次元に配列された状態で保持されている。また、第２端面３００ｂでは、テープファイバ５００に含まれる光ファイバ（テープファイバ５００の局側端部の複数の光ファイバが一次元に配列された状態で一体的に保持されている）それぞれ端面と複数の光導波路部材３１０とがそれぞれ一対一で光学的に結合するよう、複数の光導波路部材３１０の他方の端面３１０ｂが、第２端面３００ｂ上のｘ２軸沿って一次元に配列された状態で保持されている。なお、この配列変換器３００において、複数の光導波路部材３１０それぞれは、図３に示された構造を有する。また、当該配列変換器３００の第２端面３００ｂ上における各光導波路部材３１０とテープファイバ５００の各光ファイバとが光学的に結合するためには、第２端面３００ｂ上における光導波路間隔（図３（ｃ）におけるコア間隔ｄ１）と、テープファイバ５００のコア間隔（テープファイバ５００に含まれる光ファイバのコア同士の間隔）とを一致させる必要がある。そのため、図４に示された複数の光導波路部材３１０の外径は、第１端面３００ａから第２端面３００ｂに向かって徐々に縮小している。

図５は、図１に示されたマルチコアファイバ４００の、Ｉ−Ｉ線に沿った断面構造を示す図である。この図５に示されたように、マルチコアファイバ４００は、複数のコア（図５では１６個のコア）を有するが、これらコアのうちコア４１０は、所定の光学特性を有する第１グループに属する一方、コア４２０は、第１グループとは異なる光学特性を有する第２グループに属する。具体的に第１及び第２グループ間では、コアの屈折率分布・コア径等を変化させることによりコア間の伝搬定数が異なっている。また、当該マルチコアファイバ４００では、光学特性の異なるコア４１０、４２０を隣接するように配列することにより、隣接コア間でのクロストークを抑制するという効果が得られる。なお、図５では均一クラッドの例を示しているが、各コア周辺に空孔を設けたホールアシスト構造を採用するか、あるいは、各コア周辺にトレンチを設けた構造を採用することにより、曲げ損失を低減させるとともに、より一層のコア間クロストークの低減も可能になる。

次に、この発明に係る配列変換器の製造方法の一例を、図６を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では、図２及び図３に示されたような配列変換器１２０として、４本の光導波路部材を有する配列変換器を製造する例を示すが、図４に示された配列変換器３００についても同様に製造可能である。

まず、外装の樹脂被覆が除去された４本の裸光ファイバを用意し、これら用意された裸光ファイバそれぞれをその長手方向に沿って延伸することにより、テーパー形状の光導波路部材３１０を生成する。各光導波路部材３１０の一方の端面３１０ｂにおいて、クラッド領域の厚みは、各光導波路部材３１０におけるコア領域の間隔がｄ１になるよう光導波路間隔ｄ１の１／２に設定される（図３（ｃ）参照）。一方、各光導波路部材３１０の他方の端面３１０ａにおいて、クラッドの領域の厚みは、各光導波路部材３１０におけるコア領域の間隔がｄ２になるよう光導波路間隔ｄ２の１／２に設定されている（図３（ｄ）参照）。

以上のように用意された４本の光導波路部材３１０は、一方の端面３１０ｂがｘ１軸に沿って一次元に配列される一方、他方の端面３１０ａがｘ２−ｙ２平面上において二次元に配列されることにより、図６（ａ）に示されたような光導波路束３５０が得られる。

続いて、石英ガラス、ジルコニア等からなる平板形状の固定部材３２０、３３０が用意される。固定部材３２０は、光導波路束３５０の一方の端部（光導波路部材３１０の端面３１０ｂ側）を固定する部材であって、当該配列変換器の第２端面１２０ｂに相当する前面３２０ｂと、前面３２０ｂに対向する裏面３２０ａを有する。また、この固定部材３２０には、光導波路部材３１０の端面３１０ｂ側をｘ１軸に沿って一次元に配列した状態で保持するための貫通孔３２０ｃが設けられている。一方、固定部材３３０は、光導波路束３５０の他方の端部（光導波路部材３１０の端面３１０ａ側）を固定する部材であって、前面３３０ｂと、前面３３０ｂに対向する面であって当該配列変換器の第１端面１２０ａに相当する裏面３３０ａを有する。また、この固定部材３３０には、光導波路部材３１０の端面３１０ａ側をｘ２−ｙ２平面上に二次元に配列した状態で保持する貫通孔３３０ｃが設けられている。

上述のような構造を有する固定部材３２０が光導波路束３５０の一方の端部に取り付けられるとともに、固定部材３３０が光導波路束３５０の他方の端部に取り付けられる（図６（ｂ）参照）。この構成により、テーパー状の光導波路部材３１０それぞれの配列が高精度に維持される。

さらに、光導波路束３５０の両端に取り付けられた固定部材３２０、３３０間の空間には、光導波路束３５０全体を保護するための樹脂３４０が充填され、光導波路束３５０の表面が覆われる。また、この樹脂３４０により、光導波路束３５０と固定部材３２０、３３０の相対な位置が固定される（図６（ｃ）参照）。

以上の工程を経て得られた当該配列変換器において、固定部材３２０の前面３２０ｂに相当する第２端面１２０ｂ上では、光導波路部材３１０の一方の端面３１０ｂが一次元に配列された状態が維持される（図６（ｄ）参照）。一方、固定部材３３０の前面３３０ａに相当する第１端面１２０ａ上では、光導波路部材３１０の他方の端面３１０ａが二次元に配列された状態が維持される（図６（ｅ）参照）。

なお、当該配列変換器の製造方法は、上述の方法以外によっても製造可能である。例えば、最外層の樹脂層が除去された裸光ファイバを、最密構造を構成するように積層した上で、一方の端から他方の端までに至る間でこれら裸光ファイバの配列を一部入れ替えることにより、一方の端部では光ファイバ端面を一次元に配列する一方、他方の端部では光ファイバ端面を二次元に配列する。このように得られたファイバ束（光導波路束）を石英ガラスのパイプに挿入し、ファイバ束とパイプを一体化する（加熱する）。さらに、この一体化部材を加熱・延伸することで、一体化部材の端部におけるパイプ外径(端部におけるコア間隔)が所望の値となるように調節する方法なども考えられる。また、何れの方法についても、コア数は４本に限定されるものではなく、それ以上のコア数でも適用可能なことは明らかである。

（配列変換器の変形例）
次に、上述の配列変換器（本発明に係る配列変換器の一実施形態）の変形例を、図７〜図１４を参照しながら詳細に説明する。

この変形例に係る配列変換器は、図７示されたように、全体又は一部に矩形断面を有する２コア矩形ファイバにより構成される。具体的に、図７（ａ）に示された２コア矩形ファイバ６１０は、所定軸ＡＸに沿って伸びかつ光導波領域として機能する２本のコア領域６１１と、これら２本のコア領域６１１を一体的に取り囲むクラッド領域６１２と、クラッド領域６１２の外周に設けられた樹脂被覆６１３を備える。この２コア矩形ファイバ６１０において、最外層に相当する樹脂被覆の外周形状及びクラッド領域６１２の外周形状はいずれも、２本のコア領域６１１の中心を通る長軸方向Ａ１と、２本のコア領域６１１間の中央において長軸方向Ａ１と直交する短軸方向Ａ２によって規定される略矩形に整形されている。

一方、図７（ｂ）に示された２コア矩形ファイバ６２０は、所定軸ＡＸに沿って伸びかつ光導波領域として機能する２本のコア領域６２１と、これら２本のコア領域６２１を一体的に取り囲むクラッド領域６２２と、クラッド領域６２２の外周に設けられた樹脂被覆６２３を備える。この２コア矩形ファイバ６２０において、最外層に相当する樹脂被覆の外周形状は円形であるが、クラッド領域６２２の外周形状が、２本のコア領域６２１の中心を通る長軸方向Ａ１と、２本のコア領域６２１間の中央において長軸方向Ａ１と直交する短軸方向Ａ２によって規定される略矩形に整形されている。なお、図７（ｂ）に示された２コア矩形ファイバ６２０を利用する場合には、用意される２コア矩形ファイバ６２０の両端の樹脂被覆６２３は、予め除去される。

図８は、第１変形例に係る配列変換器として、２本の２コア矩形ファイバ６１０（図７（ａ）参照）が適用された配列変換器６００ａの概略構成を示す図である。図８に示されたように、用意された２本の２コア矩形ファイバ６１０それぞれの一方の端部は、短軸方向Ａ２に配列するように接着剤６３０を介して固定されており、これにより、第１端面６１０ａが形成される。また、２本の２コア矩形ファイバ６１０それぞれの他方の端部は、長軸方向Ａ１に配列するように接着剤６３０を介して固定され、これにより、第２端面６１０ｂが形成される。

上述のように形成された第１及び第２端面６１０ａ、６１０ｂの構成を図９に示す。なお、図９（ａ）は、第１端面６１０ａにおけるコア領域６１１の配列状態を示す図であり、図９（ｂ）は、第２端面６１０ｂにおけるコア領域６１１の配列状態を示す図である。また、図９（ｃ）に示されたように、樹脂被覆６１３の外周形状とコア領域６１１間の配置関係が設定されていれば、複数の２コア矩形ファイバ６１０の端部を、短軸方向Ａ２に配列させるか、あるいは、長軸方向Ａ１に配列した場合、第１及び第２端面６１０ａ、６１０ｂのいずれにおいてもコア領域６１１間の間隔を一定に設定することが可能になる。

次に、図１０は、第１変形例に係る配列変換器として、２本の２コア矩形ファイバ６２０（図７（ｂ）参照）が適用された配列変換器６００ｂの概略構成を示す図である。図１０に示されたように、用意された２本の２コア矩形ファイバ６２０の両端部６２０ａ、６２０ｂは、樹脂被覆６２３が除去され、矩形の外周形状を有するクラッド領域６２２が露出している。この図１０に示された第１変形例に係る配列変換器６００ｂにおいて、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの一方の端部は、短軸方向Ａ２に配列させた状態で、加熱により融着固定されており（端部の一体化）、これにより、第１端面６２０ａが形成される。また、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの他方の端部は、長軸方向Ａ１に配列させた状態で、加熱により融着固定され（端部の一体化）、これにより、第２端面６２０ｂが形成される。

上述のように形成された第１及び第２端面６２０ａ、６２０ｂの構成を図１１に示す。なお、図１１（ａ）は、第１端面６２０ａにおけるコア領域６２１の配列状態を示す図であり、図１１（ｂ）は、第２端面６２０ｂにおけるコア領域６２１の配列状態を示す図である。また、図１１（ｃ）に示されたように、樹脂被覆６２３が除去されたクラッド領域６２２の外周形状とコア領域６２１間の配置関係が設定されていれば、複数の２コア矩形ファイバ６２０の端部を、短軸方向Ａ２に配列させるか、あるいは、長軸方向Ａ１に配列した場合、第１及び第２端面６２０ａ、６２０ｂのいずれにおいてもコア領域６２１間の間隔を一定に設定することが可能になる。

なお、各端面６２０ａ、６２０ｂにおけるコア領域６２１間の間隔は、任意に調節可能である。例えば、第１及び第２端面６２０ａ、６２０ｂのうち少なくとも一方に、コア領域６２１間の間隔を変換するための光学素子を接続してもよい。あるいは、図１２に示されたように、２本の２コア矩形ファイバ６２０の端部を、露出したクラッド領域６２２を一体化した状態でテーパー上に加工することにより、隣接するコア領域６２１間の間隔を調節してもよい。ここで、図１２（ａ）は、第１端面６２０ａにおける隣接するコア領域６２１間の間隔の調節状態を示し、図１２（ｂ）は、第２端面６２０ｂにおける隣接するコア領域６２１間の間隔を調節状態を示す。

さらに、第２変形例に係る配列変換器は、図１３に示されたように、用意される２コア矩形ファイバ６２０（図７（ａ）に示された２コア矩形ファイバ６１０でもよい）の両端を、ガイド部材により固定する構造を備える。

すなわち、図１３（ａ）に示されたように、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの一方の端部（樹脂被覆６２３が除去されたクラッド領域６２２）は、第１ガイド部材７００ａに設けられたガイド孔７１０ａに挿入された状態で、接着剤等で固定される。一方、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの他方の端部（樹脂被覆６２３が除去されたクラッド領域６２２）は、図１３（ｂ）に示されたように、第２ガイド部材７００ｂに設けられたガイド孔７１０ｂに挿入された状態で、接着剤等で固定される。なお、第１ガイド部材７００ａは、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの一方の端部（クラッド領域６２２）を、短軸方向Ａ２に配列させた状態で保持する部材である。また、第２ガイド部材７００ｂは、２本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの他方の端部（クラッド領域６２２）を、長軸方向Ａ１に配列させた状態で保持する部材である。

この第２変形例に係る配列変換器においても、第１及び第２ガイド部材７００ａ、７００ｂが、２コア矩形ファイバ６２０それぞれの端部を保持したときに隣接するコア領域６２１間の間隔が一定になるよう、設計されるのが好ましい。この場合、図１３（ｃ）に示されたように、ガイド孔７１０ａ、７２０ｂを規定するガイド部分の中心（図中、破線７２０で示す）に対してコア領域６２１の配置が決定される。このように第１及び第２ガイド部材７００ａ、７００ｂを設計しておくことにより、２コア矩形ファイバ６２０の端部を、短軸方向Ａ２に配列させるか、あるいは、長軸方向Ａ１に配列した場合、第１及び第２端面６２０ａ、６２０ｂのいずれにおいてもコア領域６２１間の間隔を一定に設定することが可能になる。

なお、上述の第１及び第２変形例に係る配列変換器は、何れも２本に２コア矩形ファイバ６１０（又は６２０）が適用されたが、さらに多くの２コア矩形ファイバにより構成することも可能である。例えば、８本の２コア矩形ファイバ（図７（ａ）及び図７（ｂ）の何れの構成であってもよい）によって配列変換器（第３変形例）が構成されてもよい。図１４は、第３変形例に係る配列変換器として、それぞれが図７（ｂ）に示す構造を備えた２コア矩形ファイバ６２０が適用された配列変換器において、各端面のコア領域６２１配置を示す図である。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、何れも短軸方向Ａ２に４本の２コア矩形ファイバ６２０が配置されるとともに、長軸方向Ａ１に２本の２コア矩形ファイバ６２０が配置されており、これにより、当該第３変形例に係る配列変換器の第１端面６２０ａが構成される。ここで、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、用意された８本の２コア矩形ファイバ６２０それぞれの端部の整列向きが異なっている。一方、当該第３変形例に係る配列変換器における第２端面６２０ｂは、図１４（ｃ）に示されたように、長軸方向Ａ１に８本の２コア矩形ファイバ６２０の他端を配置することにより構成される。

さらに、上述の配列変換器（実施形態及びその変形例）において、コア領域が一次元配列される第２端面側において、上記特許文献３〜５等に開示されているコア間隔変換素子と各コア領域を光学的に結合させることで、コア領域の二次元配列から一次元配列への変換とともに、コア領域間の間隔変換も実現可能になる。さらに、端部の樹脂被覆を除去する２コア矩形ファイバ６２０（図７（ｂ）参照）が適用される場合には、この第３変形例に係る配列変換器においても、図１２に示されたように、各２コア矩形ファイバ６２０の端部（露出したクラッド領域６２２）を加熱により一体化した後、テーパー状に延伸することによって第１端面６２０ａ側（コア領域６２１の二次元配列側）、あるいは、第２端面６２０ｂ側（コア領域６２１の一次元配列側）のコア領域６２１間の間隔を変換させることも可能である。

（光通信システムの第２実施形態）
図１５は、本発明に係る光通信システムの第２実施形態の構成を示す図である。この第２実施形態に係る光通信システムも、第１実施形態と同様に、送信局である端局１００Ｂからマルチコアファイバ４００を介して複数の信号チャネルを出力するＳＳ（Single Star）システムであって、端局１００Ｂと複数の加入者２００Ｂとの間の光通信を可能にするＦＴＴＨ（Fiber To The Home）サービスを提供する。

すなわち、第２実施形態に係るＳＳシステムは、図１５（ｂ）に示されたように、インターネットなどの既存の通信システムの最終中継局である端局１００Ｂ（送信局）と、加入者宅２００Ｂ（加入者）と、端局１００Ｂと加入者宅２００Ｂ（加入者）との間に敷設された光ファイバ網の一部を構成するとともに、両端面において二次元に配列された複数のコア（光導波領域）を有するマルチコアファイバ４００を備える。

端局１００Ｂは、１６個の発光エリアが二次元に配列されたワンチップマルチチャネル発光素子（ＴＸ）１５０を備える。すなわち、図１５（ａ）に示されたように、ワンチップマルチチャネル発光素子１５０は、図５に示されたマルチコアファイバ４００におけるコア配列に一致するよう、二次元に配列された複数の発光エリア１５０ａを有する。したがって、この第２実施形態では、図１５（ａ）に示されたワンチップマルチチャネル発光素子１５０が、マルチコアファイバ４００の少なくとも一方の端面側に配置された光学素子に相当する。また、各発光エリア１５０ａは、マルチコアファイバ４００における複数のコアそれぞれに到達すべき光を出射する複数の光出射部に相当する。

このように、第２実施形態の構成によれば、図１に示された第１実施形態における端局１００Ａ内の配列変換器１２０は不要になり、当該ワンチップマルチチャネル発光素子１５０における各発光エリア１５０ａとマルチコアファイバ４００における各コアとを直接光学的に結合することが可能になる。

なお、この第２実施形態において、加入者宅２００Ｂには、ＯＮＵ２１０が設けられている。また、マルチコアファイバ４００の光出射面と各加入者宅２００ＢのＯＮＵ２１０とを光学的に結合させるため、マルチコアファイバ４００の一方の端面と加入者宅２００Ｂとの間に配列変換器３００が設けられている。配列変換器３００と各加入者宅２００Ｂとはテープファイバを構成する各光ファイバにより光学的に接続されている。

（光通信システムの第３実施形態）
図１６は、本発明に係る光通信システムの第３実施形態の構成を示す図である。この第３実施形態に係る光通信システムは、マルチコアファイバ４００を介して複数の信号チャネルの送受信を可能にすることにより多対多の大容量光通信システムであり、図１６（ｂ）に示されたように、送信局１００Ｃと、受信局２００Ｃと、送信局１００Ｃと受信局２００Ｃ（受信局）との間に敷設された光ファイバ網の一部を構成するとともに、両端面において二次元に配列された複数のコア（光導波領域）を有するマルチコアファイバ４００を備える。ただし、この第３実施形態に係る光通信システムは、受信局２００Ｃが二次元に配列された複数の受光エリア２５０ａ（それぞれがマルチコアファイバ４００の各コアに対応している）を有するワンチップマルチチャネル受光素子２５０を備えた点で、第２実施形態と異なっている。

第３実施形態に係る光通信システムにおいて、端局１００Ｃは、第２実施形態と同様に、１６個の発光エリア１５０ａが二次元に配列されたワンチップマルチチャネル発光素子（ＴＸ）１５０（図１５（ａ））を備える。したがって、ワンチップマルチチャネル発光素子１５０の複数の発光エリア１５０ａは、図１５に示されたマルチコアファイバ４００におけるコア配列に一致するよう、二次元に配列されている。このとき、送信局１００Ｃにおけるワンチップマルチチャネル発光素子１５０が、マルチコアファイバ４００の少なくとも一方の端面側に配置された光学素子に相当する。また、各発光エリア１５０ａは、マルチコアファイバ４００における複数のコアそれぞれに到達すべき光を出射する複数の光出射部に相当する。このように、この第３実施形態でも、図１に示された第１実施形態における端局１００Ａ内の配列変換器１２０は不要になり、当該ワンチップマルチチャネル発光素子１５０における各発光エリア１５０ａとマルチコアファイバ４００における各コアとを直接光学的に結合することが可能になる。

一方、受信局２００Ｃは、１６個の受光エリア２５０ａが二次元に配列されたワンチップマルチチャネル受光素子（ＲＸ）２５０（図１６（ａ））を備える。したがって、ワンチップマルチチャネル受光素子２５０の複数の受光エリア２５０ａは、図５に示されたマルチコアファイバ４００におけるコア配列に一致するよう、二次元に配列されている。このとき、受信局２００Ｃにおけるワンチップマルチチャネル受光素子２５０が、マルチコアファイバ４００の少なくとも一方の端面側に配置された光学素子に相当する。このように、この第３実施形態では、図１に示された第１実施形態における端局１００Ａ内の配列変換器１２０の他、第１及び第２実施形態における配列変換器３００も不要になる。したがって、当該ワンチップマルチチャネル受光素子２５０における各受光エリア２５０ａとマルチコアファイバ４００における各コアとを直接光学的に結合することが可能になる。

特に、上述のような第３実施形態の構成は、第１及び第２実施形態のような加入者系のように一対多の構成ではなく、一対一の構成において、通信容量の増大が望まれる光通信システムに有効である。

本発明に係る配列変換器は、種々のネットワーク資源により構成される光通信システムへの適用が可能である。

１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…送信局（端局）、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ…加入者宅（加入者）、１１０…ワンチップマルチチャネルＯＬＴ（局側終端装置）、２５０…ＯＮＵ（加入者側終端装置）、１２０、３００、６００ａ、６００ｂ…配列変換器（コネクタ）、３１０…光導波路部材、３１１…コア領域、３１２…クラッド領域、１５０…ワンチップマルチチャネルＴＸ、２５０…ワンチップマルチチャネルＲＸ、４００…マルチコアファイバ、７００ａ、７００ｂ…ガイド部材。

Claims (15)

1. それぞれが光学的に独立した光導波路として機能する複数のコアを有するとともに、その断面において前記複数のコアが二次元に配列されているマルチコアファイバと、
   前記マルチコアファイバの端面に対面した第１端面を有する光学素子とを有し、
   前記光学素子は、前記第１端面上において、前記マルチコアファイバにおける複数のコアの二次元配列に対応し、複数の光通過エリアが二次元に配列されている
   光通信システム。
2. 前記光学素子は、前記マルチコアファイバのコア配列と異なるよう配置された複数の光電変換素子と、
   前記第１端面と、前記複数の光電変換素子と対面する第２端面と、前記第１端面と前記第２端面にそれぞれの両端面が固定された複数の光導波路とを備えた配列変換器とを有し、
   前記配列変換器の光導波路端面の配列は、前記第１端面において前記マルチコアファイバにおける複数のコアの二次元配列となっており、一方、前記第２端面において前記複数の光電変換素子の配列となっていることを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
3. 前記光学素子は、複数の光出射部として、光出射面上に二次元に配列された複数の発光エリアに対応して設けられた複数の発光素子を有することを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
4. 前記光学素子は、複数の光入射部として、光入射面上に二次元に配列された複数の受光エリアに対応して設けられた複数の受光素子を有することを特徴とする請求項１記載の光通信システム。
5. 光学的に互いに対向するよう配置された第１端面及び第２端面と、
   前記第１端面と前記第２端面にそれぞれの両端面が固定された複数の光導波路と
   を備えた配列変換器であって、
   前記複数の光導波路の端面の配列は、前記第１端面と前記第２端面とでは異なっていることを特徴とする配列変換器。
6. 隣接する光導波路間の間隔が、一の端面内において一定で、かつ、前記第１端面と前記第２端面とでは異なっていることを特徴とする請求項５記載の配列変換器。
7. 前記複数の光導波路それぞれのコア領域の外径は、前記第１端面に対し前記第２端面において拡大していることを特徴とする請求項５又は６記載の配列変換器。
8. 前記複数の光導波路の端面の配列は、前記第１端面において二次元配列であり、前記第２端面において一次元配列であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項記載の配列変換器。
9. それぞれが所定方向に沿って伸びかつ光導波路して機能する２本のコア領域と、前記２本のコア領域を一体的に取り囲むクラッド領域と、前記クラッド領域の外周に設けられた樹脂被覆を備えるとともに、前記所定方向に直交する平面上において、前記クラッド領域の外周形状又は前記樹脂被覆の外周形状が、前記２本のコア領域の中心を通る長軸方向と、前記２本のコア領域間の中央において前記長軸方向と直交する短軸方向によって規定される略矩形に整形された２コア矩形ファイバを複数本含み、
   前記複数の２コア矩形ファイバそれぞれの一端は、前記第１端面として各短軸方向が一致するよう配置される一方、前記複数の２コア矩形ファイバそれぞれの他端は、前記第２端面として各長軸方向が一致するよう配置されていることを特徴とする請求項５記載の配列変換器。
10. 前記第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、前記複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部は互いに接触した状態で配置されていることを特徴とする請求項９記載の配列変換器。
11. 前記第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、前記複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部を、配列状態を維持した状態で保持するガイド部材を備えたことを特徴とする請求項９記載の配列変換器。
12. 前記第１及び第２端面のうち少なくとも一方において、隣接するコア領域間の間隔は一定であることを特徴とする請求項９記載の配列変換器。
13. 前記ガイド部材は、前記複数の２コア矩形ファイバそれぞれの端部を保持するときに隣接するコア領域間の間隔が一定になるよう設計されていることを特徴とする請求項１１記載の配列変換器。
14. 前記第１及び第２端面のうち少なくとも一方における隣接するコア領域間の間隔は、コア領域の間隔を変換するための光学素子に接続されることにより調節されていることを特徴とする請求項９記載の配列変換器。
15. 前記第１及び第２端面のうち少なくとも一方における隣接するコア領域間の間隔は、前記複数の２コア矩形ファイバの端部を、略矩形断面を有するそれぞれのクラッド領域を一体化した状態でテーパー状に加工することにより調節されていることを特徴とする請求項９記載の配列変換器。
    

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