JP2011170336A - マルチコアファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】許容範囲内での曲げに起因したコア間におけるクロストークの増加を効果的に抑制するための構造を備えたマルチコアファイバを提供する。
【解決手段】マルチコアファイバ１００Ａは、光軸ＡＸに沿ってそれぞれ伸びた複数種類のコア(１１０Ａ１、１１０Ｂ１〜１１０Ｂ３，１１０Ｃ１〜１１０Ｃ３)と、クラッド領域１２０を備え、各コアの実効屈折率は、異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差(Δ_ｅｆｆ)がコア同士のコア間隔(Ｄ)及び曲げ半径(Ｒ)で規定される条件を満たすよう設定される。
【選択図】図１

Description

この発明は、所定軸に沿ってそれぞれ伸びた複数のコアを有するマルチコアファイバに関するものである。

光伝送における大容量化を実現するため、複数のコアをクラッド領域により一体的に取り囲むよう構成されたマルチコアファイバが知られている。

例えば非特許文献１に記載されたマルチコアファイバでは、コアの中心間間隔が３０μｍの場合、隣接するコア間の電力移行率は、クラッドに対するコアの比屈折率差Δ（以下、コアΔという）の隣接コア間での差をごく僅かに（例えば０．００５％）変えれば、十分低いクロストークを実現できる。これにより、クラッド径が１２５μｍであり、コアΔが異なる３種類のコアを有するマルチコアファイバが実現可能であるとしている。ただし、ファイバの曲げについての考慮はない。非特許文献１に基づきマルチコアファイバを試作した結果では、クロストークの理論値と実測値が大きく乖離していることが報告されており、コア径のサイズが設計からずれた影響とされていた。しかし、曲げの影響については考慮されていなかった。

IEICEElectronics Express, Vol.6, No.2, pp98-103 藪哲郎「光導波路解析入門」、pp.58-63,森北出版、2007

発明者らは、マルチコアファイバにおけるクロストークの実測値と理論値が大きく乖離していることに対し、曲げの影響が大きく関係しているのではと考え、検討を行った。その結果、曲げの影響が大きいことが判明した。つまり、曲げを考慮せずに、すなわち、真っすぐな状態でクロストークが問題ないように設計されたマルチコアファイバであっても、曲げた場合には、クロストークが問題となる場合があることを発見した。通常、光ファイバはボビンに巻かれた状態で光学特性を測定し、品質の保証を行うが、曲げの影響を考慮せずに設計されたマルチコアファイバでは、ボビンに巻かれたことにより起こる曲げによって伝送上や各コアの光学特性の測定上問題になるレベルのクロストークが生じることを発見した。そこで発明者らは、従来のマルチコアファイバについて、曲げた場合でもクロストークが問題にならないようにするべきであるという結論に達した。

この発明は、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、許容範囲内での曲げがマルチコアファイバに加えられた状態において、各コア間におけるクロストークの問題を抑制するための構造を備えたマルチコアファイバを提供することを目的としている。なお、ここで言う「許容範囲内での曲げた状態」とは、ボビン等に巻かれた状態をいい、部分的に光ファイバをどこまで曲げてもよいということではない。

上述の課題を解決するため、本発明に係るマルチコアファイバは、所定軸に沿ってそれぞれ伸びた、設計上実効屈折率が異なる複数種類のコアと、これら複数種類のコアを一体的に取り囲んだクラッド領域とを備える。

一般に、所定の曲率で曲げられた導波路では、基準コアを中心に、曲げの外側に位置するコアでは光路長が長くなる一方、曲げの内側に位置するコアでは光路長が短くなる（物理的に距離が伸びる又は縮む)。そのため、直線導波路に換算した等価屈折率を考える必要がある。具体的には、曲げに起因した等価屈折率の変動を考慮した上で、コア同士についてその実効屈折率間の比屈折率差を設定する必要がある。なお、等価屈折率とは、上記非特許文献２などに詳述されているが、簡単に説明すると、光ファイバを直線導波路として扱うために、曲げによる実際の屈折率の変化はないと考えた上で、曲げにより生じる光路長差を屈折率の差として表した屈折率である。

本発明に係るマルチコアファイバでは、同種コア間の最短コア間隔Ｄ_ｍｉｎ（コア同士の中心間隔）がクロストークの問題が生じない最短距離以上になるように各コアが配置される。また、当該マルチコアファイバは、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満である異なる種類のコア同士の組み合わせを有する。特に、当該マルチコアファイバは、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の全ての組み合わせにおいて、所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤ、曲げ半径をＲとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが以下の式（１）を満たしている。

また、本発明に係るマルチコアファイバにおいて、異種コア間での実効屈折率の等価屈折率の差がクロストークの問題を生じる範囲内の場合、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満のある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは以下の式（２）を満たすのが好ましい。

本発明に係るマルチコアファイバは、半径Ｒの胴部を有するボビンに巻かれているのが好ましい。この場合、当該マルチコアファイバが出荷される際にボビンに巻かれていれば、それを受け入れる顧客がボビンに巻かれた状態で当該マルチコアファイバのクロストークや各コアの光学特性が問題ないかを検証できる。

本発明に係るマルチコアファイバにおいて、ボビンの胴部半径Ｒは、２００ｍｍ〜３０ｍｍであるのが好ましい。ボビンの胴部半径Ｒが２００ｍｍ以下では等価屈折率Δ_ｅｑによるクロストークが顕著になるため、本願発明に係るマルチコアファイバが有効である一方、該胴部半径Ｒが３０ｍｍ以下では当該マルチコアファイバ自体の設計、製造が困難になる。ボビンの胴部半径Ｒは、１５０ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい。ボビンの胴部半径Ｒは、１００ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい。より具体的には、ボビンの胴部半径Ｒは、７６ｍｍ、８５ｍｍ、１１５ｍｍ、１４０ｍｍのいずれかであるのが好ましい。

より具体的には、本願発明に係るマルチコアファイバは、少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、前記所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが以下の式（３）を満たすのが好ましい。

なお、当該マルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（４）を満たすのが好ましい。

また、当該マルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（５）を満たすのが好ましい。

さらに、本願発明に係るマルチコアファイバは、少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、異種コア間での実効屈折率の等価実効屈折率の差がクロストークの問題を生じる範囲内の場合に、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが以下の式（６）を満たしてもよい。

なお、当該マルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（７）を満たすのが好ましい。

また、当該マルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（８）を満たすのが好ましい。

本発明に係るマルチコアファイバにおいて、コアは、クラッド領域内で捻回を受けた状態であるのが好ましい。「捻回」を受けた状態としては、光ファイバの線引き時に捻回が付与された状態や線引き後別途捻回が付与された状態であって、複数のコアがファイバ中心軸に対して周方向に捻回している状態を言う。特定方向への捻回でも、方向が反転する捻回でもよい。これにより、当該マルチコアファイバが曲げられた際に特定のコアの屈折率が集中的に上昇することがなく、分散される。その結果、クロストークの影響が緩和され、必要以上にコア間での屈折率差を設けなくともよい。

本発明に係るマルチコアファイバにおいて、異なる種類のコア同士について、光学特性に大きな影響を与えることなく実効屈折率間の比屈折率差を大きくするためには、種々の構造が考えられる。

例えば、ある種類のコアの周辺部分の屈折率と、別の種類のコアの周辺部分の屈折率とに差を与えることにより、異なる種類のコア間において上述のような実効屈折率間の比屈折率差Δ_ｅｆｆが付与され得る（第１の構成）。また、複数種類のコアを、ステップインデックスコア、Ｗ型コア、二重型コアのうちの２種類乃至３種類で構成することにより、異なる種類のコア間において上述のような実効屈折率間の比屈折率差Δ_ｅｆｆが付与され得る（第２の構成）。なお、第１及び第２の構成は、同時に採用されてもよい。

さらに、第１及び／又は第２の構成を有する当該マルチコアファイバは、より小さなクロストークを実現するために、クラッド領域により一体的に取り囲まれたコアそれぞれの周辺にトレンチが付加されてもよい。

この発明によれば、マルチコアファイバに含まれ、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが十分な差として与えられるため、許容範囲内での曲げに対して各コア間におけるクロストークの増加を効果的に抑制される。

本発明に係るマルチコアファイバの一実施形態の構造を示す斜視図である。 図１に示されたマルチコアファイバのＩ−Ｉ線に沿った断面構造を示す図である。 本発明に係るマルチコアファイバの他の実施形態の断面構造を示す図である。 曲げに関するパラメータｘ、Ｒが変化したときの、実際の屈折率と等価屈折率との比屈折率差である等価比屈折率差Δ_ｅｑを示す表である。 図４（ｂ）に示された表におけるパラメータｘと比屈折率差Δ_ｅｑとの関係、及びパラメータ（１／Ｒ）と等価比屈折率差Δ_ｅｑとの関係を示す図である。 曲げが加えられたときのマルチコアファイバにおける各コアの実効屈折率と実効屈折率の等価屈折率を示す図である。 曲げが加えられたときのマルチコアファイバにおける２つのコア（実効屈折率が異なるコア１、コア２）の屈折率プロファイル及び等価屈折率プロファイルである。 異なる種類のコア間において実効屈折率に差を持たせるための構造を説明するための図である（その１）。 異なる種類のコア間において実効屈折率に差を持たせるための構造を説明するための図である（その２）。

以下、本発明に係るマルチコアファイバの各実施形態を、図１〜図９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。

まず、図１は、本発明に係るマルチコアファイバの一実施形態の構造を示す斜視図である。図２は、図１に示されたマルチコアファイバのＩ−Ｉ線に沿った断面構造を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ａは、所定軸ＡＸに沿ってそれぞれ伸びたコアであって３種類に分類される７本のコア１１０Ａ１、１１０Ｂ１〜１１０Ｂ３、１１０Ｃ１〜１１０Ｃ３と、これら７本のコアを一体的に取り囲んだクラッド領域１２０を備える。本実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ａにおいて、コア配置は、コア１１０Ａ１を中心に配置し、このコア１１０Ａ１を中心に、別の種類のコア１１０Ｂ１〜１１０Ｂ３、と更に別の種類のコア１１０Ｃ１〜１１０Ｃ３が、隣接するコア同士のコア間隔がＤになるように交互に配置されている。

なお、本発明に係るマルチコアファイバのコア配置は、上述の配置には限定されない。例えば、図３（ａ）に示された他の実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ｂのように、合計１９本のコアであってそれぞれが３つの種類に分類されたコア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）、コア１１０Ｂｎ（ｎ＝１〜６）、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜６）が配置されてもよい。また、図３（ｂ）に示された他の実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ｃのように、合計６本のコアであってそれぞれが２つの種類に分類されたコア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜３）、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜３）が配置されてもよい。さらに、図３（ｃ）に示された他の実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ｄのように、合計１２本のコアであってそれぞれが２つの種類に分類されたコア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜６）、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜６）が配置されてもよい。

次に、本発明に係るマルチコアファイバにおける各コアの実効屈折率の設定方法について説明する。

２つのコア間の電力移行率Ｆは、以下の式（９）で表される。

ただし、κはコア間の結合係数で、β_nはコアnの伝搬定数である。

また、結合長Ｌ（１つのコアに入射したときに他方のコアのパワーが最大になる距離)は、以下の式（１０）で表される。

ここで、上記非特許文献１によれば、Ｆを小さくする、又は、Ｌを大きくすることでクロストークが小さくできるが、クラッド径を１２５μｍとし、コアΔが０．４％である一般的なコアが採用されたマルチコアファイバでは、Ｆを大きいままにＬだけを十分長くし、多数のコアをクラッド内に納めることは難しい。

そこで、Ｆを小さくする必要がある。Ｆを小さくためにはψを大きくすること、つまりコア間の伝搬定数差、言い換えればコア間の実効屈折率の差を大きくすることが必要となる。上記非特許文献１では、これについてシミュレーションを交えて考察している。それによれば、隣接するコア同士のコア間隔Ｄが３０μｍ以上であり、かつ、この隣接するコア間においてコアΔが０．００５％違っていれば十分クロストーク低減できるとしている。そのため、上記非特許文献１は、コアΔが、それぞれ０．３８％、０．３９％、０．４０％の３種類のいずれかに属し、かつ、隣接するコア同士のコア間隔Ｄが４０μｍになるよう配置された７本のマルチコアファイバを提案している。

しかしながら、上記非特許文献１の考察は、マルチコアファイバの曲げを考慮していない。そのため、マルチコアファイバの曲げ状態によって実際にはクロストークが非常に大きくなってしまう場合もかなり含まれている。

マルチコアファイバを曲げると、当該マルチコアファイバ内の位置によって各コアの曲げ径が極僅かに異なる。そのため、各コアの光路差も異なってくる。このように曲げられたマルチコアファイバを直線導波路として扱う場合、光路長差に基づく屈折率として、等価屈折率を用いる必要がある。等価屈折率は、上記非特許文献２に記載されたように、実際の屈折率に、（１＋ｘ／Ｒ）を掛けることで求められる。ただし、Ｒは基準とするコア（基準コア）の曲げ半径、ｘは基準コアからの曲げ径方向の位置である（図４（ａ）参照）。どのコアを基準としてもよい。曲がったマルチコアファイバの実際の屈折率をｎ_０（ｘ）、直線導波路換算の等価屈折率をｎ_１（ｘ）とするとき、実際の屈折率と等価屈折率との比屈折率差である等価比屈折率差Δ_ｅｑは、パラメータｘとパラメータＲを用いて、以下の式（１１）で表される。

図４（ｂ）は、曲げに関するパラメータｘ、パラメータＲを変更したときに上記式（５）から導かれる等価比屈折率差Δ_ｅｑを示す表である。なお、以下の説明では、特に言及がない場合、図１及び図２に示す中心コア１１０Ａ１を基準コアとして考える。また、図５（ａ）は、図４（ｂ）の表におけるパラメータｘと等価比屈折率差Δ_ｅｑとの関係を示し、図５（ｂ）は、パラメータ（１／Ｒ）と等価比屈折率差Δ_ｅｑとの関係を示す。

なお、図５（ａ）において、グラフＧ５１１はＲ＝１４０ｍｍにおけるパラメータｘとΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５１２はＲ＝６０ｍｍにおけるパラメータｘとΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５１３はＲ＝３０ｍｍにおけるパラメータｘとΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５１４はＲ＝１０ｍｍにおけるパラメータｘとΔ_ｅｑとの関係を示す。また、図５（ｂ）において、グラフＧ５２１はパラメータｘ＝４０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２２はパラメータｘ＝３０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２３はパラメータｘ＝２０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２４はパラメータｘ＝１０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２５はパラメータｘ＝０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２６はパラメータｘ＝−１０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２７はパラメータｘ＝−２０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２８はパラメータｘ＝−３０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係、グラフＧ５２９はパラメータｘ＝−４０μｍにおけるパラメータ（１／Ｒ）とΔ_ｅｑとの関係を示す。

ここで、パラメータｘ＝４０μｍだと、パラメータＲ＝１４０ｍｍでも、Δ_ｅｑは、±０．０２％を超える。なお、上述の非特許文献１で提案されている比屈折率差Δが０．３８％、０．３９％、０．４０％の３種類のコアで構成され、隣接するコア同士のコア間隔Ｄが４０μｍになるよう配置された７本のコアを含むマルチコアファイバでは、異なる種類のコア同士におけるコアΔの差は０．０１％であるから、実効屈折率同士の比屈折率差Δ_ｅｆｆは、０．０１％以下である。このことから、上記非特許文献１のマルチコアファイバでは、パラメータＲ＝１４０ｍｍの曲げを加えただけで、Δ_ｅｑが、Δ_ｅｆｆと逆転してしまうことが分かる。すなわち、上記非特許文献１のマルチコアファイバでは、僅かな曲げでも、異なる種類のコア同士における実効屈折率の等価屈折率間の比屈折率差の絶対値が非常に小さくなることが生じるため、各コア間のクロストークが大きくなり得ることが分かる。

マルチコアファイバをボビンに巻きつける場合を考えても、当該マルチコアファイバは製造時のバラツキや巻き取り時のバラツキによってどうしても回転してしまうので、長手にコア配置が回転してしまう。このとき基準コアから各コアへのコア間隔Ｄは長手方向に一定でも当該マルチコアファイバの長手方向に沿った位置によって上記パラメータｘがコア間隔Ｄの範囲で変動し、異なる種類のコア同士における実効屈折率間の等価比屈折率の差が小さくなる箇所が当該マルチコアファイバの長手方向に沿って分布してしまう。このような状態を図６に示す。ただし、図６（ｂ）は、長手方向に一様に曲げられた状態で、かつ、光ファイバ内でコアの位置が光ファイバ断面内で円周方向に等間隔に配列された状態で、円周方向のコア位置が長手方向に一定周期で回転している設定での等価屈折率の変動を示している。

図６は、曲げが加えられたときのマルチコアファイバにおける各コアの実効屈折率と実効屈折率の等価屈折率を示す図であり、ボビンに巻かれた状態と同じようにマルチコアファイバが曲げられている場合の等価屈折率換算した実効屈折率の一例である。特に、図６では、図１及び図２に示すマルチコアファイバ１００Ａにおける各コアの実効屈折率と実効屈折率の等価屈折率を示す。図６（ａ）は、マルチコアファイバの長手位置と各コアの実効屈折率の関係を示し、グラフＧ６１１は、当該マルチコアファイバ１００Ａの光軸ＡＸ上に位置する中心コア（基準コア）１１０Ａ１の実効屈折率、グラフＧ６１２は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する別の種類のコア１１０Ｂ１〜１１０Ｂ３の実効屈折率、グラフＧ６１３は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する更に別の種類のコア１１０Ｃ１〜１１０Ｃ３の実効屈折率を、それぞれ示す。また、図６（ｂ）は、マルチコアファイバの長手位置と各コアにおける実効屈折率の等価屈折率を示し、グラフＧ６２１は、基準コア１１０Ａ１の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２２は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する別の種類のコア１１０Ｂ１の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２３は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する別の種類のコア１１０Ｂ２の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２４は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する別の種類のコア１１０Ｂ３の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２５は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する更に別の種類のコア１１０Ｃ１の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２６は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する更に別の種類のコア１１０Ｃ２の実効屈折率の等価屈折率、グラフＧ６２７は、基準コア１１０Ａ１の周辺に位置する更に別の種類のコア１１０Ｃ３の実効屈折率の等価屈折率を、それぞれ示す。なお、図６（ｂ）中の領域Ａは、中心コア１１０Ａ１に対する異種コアとのクロストークが問題となる事例を示している。各コアの実効屈折率の等価屈折率が、領域Ａにおいて交差している。具体的には、グラフＧ６２１に対してグラフＧ６２２、Ｇ６２３、Ｇ６２４、また、グラフＧ６２１に対してグラフＧ６２５、Ｇ６２６、Ｇ６２７が、それぞれ交差している。グラフＧ６１２、Ｇ６１３の実効屈折率を、グラフＧ６２１に対して更に離れた屈折率と設定することで、交差する問題（クロストークの問題）を回避することが必要であることが理解される。

また、複数種類のコアで構成されるマルチコアファイバでは、同じ種類のコアが複数本存在する場合がある。このようなマルチコアファイバでは、同じ種類のコア同士は、クロストークが低くなるように十分なコア間隔Ｄが確保された状態で配置されている。したがって、同じ種類のコア同士の最短コア間隔をＤ_ｍｉｎとすると、異なる種類のコア同士のコア間隔ＤがＤ_ｍｉｎ以上のとき、これらコア同士における実効屈折率間の比屈折率差は考慮する必要がない(実効屈折率の等しい同じ種類コアでもクロストーク十分低いため)。ただし、コア間隔ＤがＤ_ｍｉｎ未満となる異なる種類のコア同士の全組み合わせについては、少なくとも、以下の式（１２）の条件を満たす必要がある。これは、コア間隔ＤがＤ_ｍｉｎより短い異なる種類のコア同士の組み合わせにおいて、実効屈折率の等価屈折率が等しくならないために必要である。これにより、曲げ半径Ｒ以上の曲げが加えられてもコア間のクロストークを低く抑えることができる。

上述の考察に基づいて、基準コアからの曲げ径方向の位置ｘを、中心コアを基準コアとして中心コアから各コアの曲げ径方向の位置と考えていたものを、異なる種類のコア間に置き換えて考えると、当該マルチコアファイバの断面において異なる種類のコア同士のコア間隔をＤ、曲げ半径をＲとするとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての対について、一の種類のコアにおける実際の実効屈折率（等価屈折率換算していない実際の実効屈折率）と別の種類のコアにおける実際の実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが、少なくとも以下の式（１３）の条件を満たす必要がある。

ただし、上記式（１３）中のαは、曲げを考慮せずに設計された当該マルチコアファイバにより十分低いクロストークが実現できる場合の、異なる種類のコア同士における実効屈折率間の比屈折率差である。また、上記式（１３）は、Δ_ｅｆｆ＞０となるように低い実効屈折率に対する高い実効屈折率の比屈折率差を取っており、Δ_ｅｑ＞０となるように基準コアをとっている。なお、図７は、曲げが加えられたときのマルチコアファイバにおける２つのコア（実効屈折率が異なるコア１、コア２）の屈折率プロファイル及び等価屈折率プロファイルである。曲げを考慮しない場合は図７（ａ）の場合で考えればよく、Δ_ｅｆｆ≧αを満たせば十分であると考えてしまう。しかしながら、曲げを考慮すると図７（ｂ）の等価屈折率を考慮する必要がある。この場合、Δ_ｅｆｆ−Δ_ｅｑ≧α、つまり、Δ_ｅｆｆ≧Δ_ｅｑ＋αを満たす必要があることが分かる。

なお、上記非特許文献１によれば、隣接するコア同士のコア間隔Ｄ＝３０μｍであればコアΔの差は０．００５％で十分であることから、上記パラメータαも、０．００５％で十分であり、比屈折率差Δ_ｅｆｆは、百分率表示で、以下の式（１４）を満たせばよい。これにより、曲げ半径Ｒ以上の曲げが加えられてもコア間のクロストークを低く抑えることができる。

本実施形態に係るマルチコアファイバは、通常、半径Ｒの胴部を有するボビンに巻かれることを想定している。この場合、当該マルチコアファイバが出荷される際にボビンに巻かれていれば、それを受け入れる顧客がボビンに巻かれた状態で当該マルチコアファイバのクロストークが問題ないかを検証できる。

ボビンの胴部半径Ｒは、２００ｍｍ〜３０ｍｍである。ボビンの胴部半径Ｒが２００ｍｍ以下では等価屈折率Δ_ｅｑによるクロストークが顕著になるため、本願発明に係るマルチコアファイバが有効である一方、該胴部半径Ｒが３０ｍｍ以下では当該マルチコアファイバ自体の設計、製造が困難になる。ボビンの胴部半径Ｒは、１５０ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい。ボビンの胴部半径Ｒは、１００ｍｍ〜３０ｍｍであってもよい。より具体的には、ボビンの胴部半径Ｒは、７６ｍｍ、８５ｍｍ、１１５ｍｍ、１４０ｍｍのいずれかであるのが好ましい。

より具体的には、本実施形態に係るマルチコアファイバは、少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、前記所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが以下の式（１５）を満たすのが好ましい。以下、各数式におけるパラメータＤは、曲げ半径Ｒと同様に、ｍｍの単位で表すものとする。

なお、実施形態に係るマルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（１６）を満たしてもよい。

また、本実施形態に係るマルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（１７）を満たしてもよい。

さらに、本実施形態に係るマルチコアファイバは、少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、異種コア間での実効屈折率の等価屈折率の差がクロストークの問題を生じる範囲内の場合に、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが以下の式（１８）を満たしてもよい。

本実施形態に係るマルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（１９）を満たすのが好ましい。

本実施形態に係るマルチコアファイバにおいて、曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆは、以下の式（２０）を満たしてもよい。

なお、上記式（１４）を満たすためには、異なる種類のコア同士における実効屈折率間の比屈折率差がかなり大きくする必要がなる。例えば、パラメータＲ＝３０ｍｍを許容する場合、コア間隔Ｄ＝３０μｍであるコア同士における実効屈折率間の比屈折率差Δ_ｅｆｆが０．１０５％以上を満たさなければならない。また、コア間隔Ｄ＝４０μｍでは、Δ_ｅｆｆ≧０．１３８％を満たさなければならない。これをコアΔやコア径の差だけで実現しようとすると、各コアのモードフィールド径（ＭＦＤ）など、様々な光学特性に大きな影響を及ぼしてしまう。

そこで、本実施形態に係るマルチコアファイバでは、以下のような構造を採用することにより、異なる種類のコア同士において実効屈折率間の大きな比屈折率差を実現するのが望ましい。具体的には、本発明に係るマルチコアファイバの屈折率プロファイルとして、図８（ｂ）、図８（ｃ）に示すような屈折率プロファイルを採用することにより実現可能である。なお、図８（ｂ）及び８（ｃ）には、図８（ａ）に示す断面構造を有するマルチコアファイバ１００Ｂの線Ｌに沿った屈折率プロファイルである。この図８（ａ）の断面構造は、実質的に図３（ａ）に示す他の実施形態に係るマルチコアファイバ１００Ｂの断面構造に一致している。なお、図面上、３種類のコアが、半径方向に一直線上にのった形態の図になっているが、半径方向の距離及び位置が異なればよく、一直線上にのっていなくともよい。また、半径方向の距離が同じ円周上に、図示したような異なる複数種類のコアが存在しても良い。

すなわち、図８（ｂ）に示す屈折率プロファイル１５０Ａは、図８（ａ）中の線Ｌに沿った各部の屈折率を示し、領域１５１Ａは、コア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）の屈折率、領域１５１Ｃは、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜６）の屈折率、領域１５１Ｂは、コア１１０Ｂｎ（ｎ＝１〜６）の屈折率をそれぞれ示す。このような屈折率プロファイル１５０Ａは、コア径及びコアΔの調整は、光学特性に大きな影響を及ぼさない範囲にとどめ、大きなΔ_ｅｆｆは、異なる種類のコア間に位置するクラッド領域１２０の屈折率に段差を設けることで実現される。

また、図８（ｃ）に示す屈折率プロファイル１６０Ａは、図８（ａ）中の線Ｌに沿った各部の屈折率を示し、領域１６１Ａは、コア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）の屈折率、領域１６１Ｃは、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜６）の屈折率、領域１６１Ｂは、コア１１０Ｂｎ（ｎ＝１〜６）の屈折率をそれぞれ示す。このような屈折率プロファイル１６０Ａは、コア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）を二重コアの内側コアとし、コア１１０Ｃｎ（ｎ＝１〜６）をステップインデックスコアとし、コア１１０Ｂｎ（ｎ＝１〜６）をＷ型コアとすることにより実現される。少なくとも、これら３種類のコア構造のうち２種以上のコア構造が採用されればよい。このような屈折率プロファイル１６０Ａによっても、大きなΔ_ｅｆｆが実現される。なお、コア１１０Ａｎ、コア１１０Ｂｎ、コア１１０Ｃｎそれぞれは、上述のコア構造に限定されるものではなく、二重コア、Ｗ型コア、ステップインデックスコアの何れであってもよい。

ただし、図８（ｂ）に示す屈折率プロファイル１５０Ａは、クラッド屈折率の低いコアから、クラッド屈折率の高いコアに向けて光が漏れやすくなるため、曲げロスが大きくなる可能性があるの。そのため、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、一部のコアの周辺あるいは全てのコアの周辺にトレンチが付加されてもよい。

なお、図９（ａ）は、図８（ａ）と同様に、図３（ａ）のマルチコアファイバ１００Ｂに一致したマルチコアファイバの一部断面構造を示すが、各コアの周辺にトレンチ２００が設けられた点で、図８（ａ）に示す断面構造とは異なる。

同様に、図９（ｂ）に示す屈折率プロファイル１５０Ｂも、各コアの周辺にトレンチ２００が設けられた点で、屈折率プロファイル１５０Ａ（図８（ｂ）参照）とは異なる。図９（ｃ）に示す屈折率プロファイル１６０Ｂも、各コアの周辺にトレンチ２００が設けられた点で、図８（ｃ）に示す屈折率プロファイル１６０Ａとはことなる。なお、屈折率プロファイル１６０Ｂにおいて、コア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）はＷ型コアであるため、このコア１１０Ａｎ（ｎ＝１〜７）の周辺には、トレンチは形成されていない。

１００Ａ〜１００Ｄ…マルチコアファイバ、１１０Ａ１、１１０Ａｎ（ｎ＝１２、…）…コア、１１０Ｂ１〜１１０Ｂ３、１１０Ｂｎ（ｎ＝１、２、…）…コア、１１０Ｃ１〜１１０Ｃ３、１１０Ｃｎ（ｎ＝１、２、…）…コア、１２０…クラッド領域、２００…トレンチ。

Claims (17)

1. 所定軸に沿ってそれぞれ伸びた、設計上実効屈折率が異なる複数種類のコアと、前記複数種類のコアを一体的に取り囲んだクラッド領域とを備え、同種コア間の最短コア間隔Ｄ_ｍｉｎ（コア同士の中心間隔）がクロストークの問題が生じない最短距離以上になるように各コアが配置されたマルチコアファイバであって、
   前記コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満である異なる種類のコア同士の組み合わせを有し、
   コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、前記所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤ、曲げ半径をＲとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが
   

   

   
   なる条件を満たすマルチコアファイバ。
2. 異種コア間での実効屈折率の等価屈折率の差がクロストークの問題を生じる範囲内の場合、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが
   

   

   
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項１記載のマルチコアファイバ。
3. 前記マルチコアファイバは、半径Ｒの胴部を有するボビンに巻かれていることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチコアファイバ。
4. 前記ボビンの胴部半径Ｒは、２００ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のマルチコアファイバ。
5. 前記ボビンの胴部半径Ｒは、１５０ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のマルチコアファイバ。
6. 前記ボビンの胴部半径Ｒは、１００ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のマルチコアファイバ。
7. 前記ボビンの胴部半径Ｒは、７６ｍｍ、８５ｍｍ、１１５ｍｍ、１４０ｍｍのいずれかであることを特徴とする請求項３記載のマルチコアファイバ。
8. 所定軸に沿ってそれぞれ伸びた、設計上実効屈折率が異なる複数種類のコアと、前記複数種類のコアを一体的に取り囲んだクラッド領域とを備え、同種コア間の最短コア間隔Ｄ_ｍｉｎ（コア同士の中心間隔）がクロストークの問題が生じない最短距離以上になるように各コアが配置されたマルチコアファイバであって、
   前記コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満である異なる種類のコア同士の組み合わせを有し、
   少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせにおいて、前記所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが
   

   

   
   なる条件を満たすマルチコアファイバ。
9. 曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが、
   

   

   
   なる条件を満たすことを特徴とする請求項８記載のマルチコアファイバ。
10. 曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが、
    

    

    
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項８記載のマルチコアファイバ。
11. 所定軸に沿ってそれぞれ伸びた、設計上実効屈折率が異なる複数種類のコアと、前記複数種類のコアを一体的に取り囲んだクラッド領域とを備え、同種コア間の最短コア間隔Ｄ_ｍｉｎ（コア同士の中心間隔）がクロストークの問題が生じない最短距離以上になるように各コアが配置されたマルチコアファイバであって、
    前記コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満である異なる種類のコア同士の組み合わせを有し、
    少なくとも一部が２００ｍｍ以下の半径Ｒで曲げられ、異種コア間での実効屈折率の等価屈折率の差がクロストークの問題を生じる範囲内の場合に、前記所定軸に直交する当該マルチコアファイバの断面においてコア間隔をＤとするとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満のある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが
    

    

    
    なる条件を満たすマルチコアファイバ。
12. 曲げ半径Ｒが１５０ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが、
    

    

    
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項１１記載のマルチコアファイバ。
13. 曲げ半径Ｒが１００ｍｍのとき、コア間隔がＤ_ｍｉｎ未満の異なる種類のコア同士の全ての組み合わせについて、ある種類のコアの実効屈折率と別の種類のコアの実効屈折率との比屈折率差Δ_ｅｆｆが、
    

    

    
    なる条件を満たすことを特徴とする請求項１１記載のマルチコアファイバ。
14. 前記コアが前記クラッド領域内で捻回を受けた状態であることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチコアファイバ。
15. 前記ある種類のコアの周辺部分の屈折率と、前記別の種類のコアの周辺部分の屈折率とに差を与えることにより、異なる種類のコア同士について前記実効屈折率間の比屈折率差Δ_ｅｆｆが付与されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチコアファイバ。
16. 前記複数種類のコアを、ステップインデックスコア、Ｗ型コア、二重型コアのうちの２種類乃至３種類で構成することにより、異なる種類のコア同士について前記実効屈折率間の比屈折率差Δ_ｅｆｆが付与されることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチコアファイバ。
17. 前記クラッド領域により一体的に取り囲まれたコアそれぞれの周辺にトレンチが付加されたことを特徴とする請求項１５又は１６記載のマルチコアファイバ。

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