JP2011180243A

JP2011180243A - マルチコア光ファイバ

Info

Publication number: JP2011180243A
Application number: JP2010042331A
Authority: JP
Inventors: Takushi Nagashima; 拓志永島; Toshiki Taru; 稔樹樽
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2011-09-15

Abstract

【課題】コアの高密度化およびクロストークの抑制が共に可能なマルチコア光ファイバを提供する。
【解決手段】マルチコア光ファイバ１Ａは、ファイバ軸方向に延在する７個のコア１０〜１６と、これらコア１０〜１６を取り囲む共通のクラッド２０とを備え、クラッド２０内にコア１０〜１６それぞれの周囲にファイバ軸方向に延在する８個の空孔３０が形成されている。ファイバ軸に垂直な断面において、７個のコア１０〜１６のうちの任意の第１コアと、該第１コアに最も近い位置にある第２コアとの間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔３０が存在する。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチコア光ファイバおよびマルチコア光ファイバ製造方法に関するものである。

マルチコア光ファイバは、ファイバ軸方向に延在する複数のコアが共通のクラッドで覆われている（特許文献１，２を参照）。複数のコアそれぞれが光学的に独立した光導波路として機能するので、マルチコア光ファイバは大容量の情報を伝送することができる。

特開昭６１−２５１５３４号公報特開平８−１１９６５６号公報

このようなマルチコア光ファイバは、更に大容量の情報を伝送する為にコアの本数が多いことが望まれる。その一方で、コアの本数を多くする為にコア間隔を狭くすると、コア間でクロストークが発生して信号光伝送品質が低下する。このように、マルチコア光ファイバにおいては、コアの高密度化とクロストークの抑制とを両立させることは困難であった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、コアの高密度化およびクロストークの抑制が共に可能なマルチコア光ファイバを提供することを目的とする。また、このようなマルチコア光ファイバを製造する方法を提供することをも目的とする。

本発明のマルチコア光ファイバは、ガラスからなる複数のコアと、これら複数のコアの屈折率より低い屈折率を有し複数のコアを取り囲む共通のクラッドと、このクラッドに設けられた空孔とを有し、複数のコアおよび空孔がファイバ軸方向に延在し、ファイバ軸に垂直な断面において、複数のコアのうちの任意のコア（以下「第１コア」という）と、該第１コアに最も近い位置にあるコア（以下「第２コア」という）との間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔が存在することを特徴とする。このような空孔を有する本発明のマルチコア光ファイバは、コアの高密度化およびクロストークの抑制が共に可能となる。

本発明のマルチコア光ファイバは、断面において、複数のコアそれぞれに対しコア径の３.０〜４.０倍の距離の位置の円周上に複数の空孔が存在し、空孔の直径が３.０〜５.０μｍであるのが好適である。この場合には、本発明のマルチコア光ファイバは、曲げ損失が低減されたものとなる。

本発明のマルチコア光ファイバ製造方法は、円柱形状の外形を有し軸方向に貫通する複数の孔部が設けられたガラスからなるクラッド材を用意するとともに、クラッド材の屈折率より高い屈折率を有するロッド部の外周にクラッド材の屈折率と同じ屈折率を有し軸方向に溝が形成された周縁部が設けられたガラスからなるコア材を複数の孔部と同じ個数だけ用意し、クラッド材の孔部にコア材を挿入し、周縁部の溝を空孔としたままクラッド材とコア材とを加熱一体化して紡糸することを特徴とする。

或いは、本発明のマルチコア光ファイバ製造方法は、円柱形状の外形を有し低屈折率のクラッド部中に軸方向に延在する高屈折率の複数のコア部が設けられたガラスからなる円柱状部材を用意し、円柱状部材のコア部以外の部分であって、複数のコアのうちの任意のコア（以下「第１コア」という）と、該第１コアに最も近い位置にあるコア（以下「第２コア」という）との間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、軸方向に貫通する空孔を形成して、その空孔を維持したまま円柱状部材を紡糸することを特徴とする。

或いは、また、本発明のマルチコア光ファイバ製造方法は、各々ガラスからなる複数の高屈折率ロッド材，低屈折率ロッド材およびキャピラリを、複数の高屈折率ロッド材のうちの任意の高屈折率ロッド材（以下「第１高屈折率ロッド材」という）と、該第１高屈折率ロッド材に最も近い位置にある高屈折率ロッド材（以下「第２高屈折率ロッド材」という）との間の距離より、第１高屈折率ロッド材および第２高屈折率ロッド材それぞれからの距離が短い位置にキャピラタリを配した状態で、ガラスからなるパイプに挿入してスタック体を作製し、キャピラリの中心孔を維持したままスタック体を加熱一体化して紡糸することを特徴とする。

本発明によれば、コアの高密度化およびクロストークの抑制が共に可能なマルチコア光ファイバを提供することができる。

比較例のマルチコア光ファイバ２の断面図である。第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａの断面図である。第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂの断面図である。第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃの断面図である。第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄの断面図である。第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅの断面図である。第６実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｆの断面図である。第７実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｇの断面図である。第８実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｈの断面図である。第１実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法の説明図である。第２実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法の説明図である。第３実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、比較例のマルチコア光ファイバ２の断面図である。この図はファイバ軸に垂直な断面を示している。比較例のマルチコア光ファイバ２は、ファイバ軸方向に延在する７個のコア１０〜１６と、これらコア１０〜１６を取り囲む共通のクラッド２０とを備える。コア１０〜１６およびクラッド２０はガラスからなる。コア１０〜１６の屈折率はクラッド２０の屈折率より高い。コア１０〜１６それぞれの断面形状は円形である。ファイバ軸に垂直な断面において、コア１０は中央に配置され、６個のコア１１〜１６はコア１０を中心とする円の円周上に等間隔に配置されている。

コア１０〜１６およびクラッド２０それぞれは、石英ガラスを主成分として、必要に応じて屈折率調整用の不純物が添加される。例えば、コア１０〜１６はＧｅＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３を添加された石英ガラスであって、クラッド２０は純石英ガラスである。或いは、例えば、コア１０〜１６は純石英ガラスであって、クラッド２０はＦ元素またはＢ元素を添加された石英ガラスである。

このような比較例のマルチコア光ファイバ２において、断面において共通のクラッド内にコアを高密度に配置することができれば、コアの本数を増やすことができ、したがって、更に大容量の情報を伝送することができる。しかし、その一方で、コアの本数を多くする為にコア間隔を狭くすると、コア間でクロストークが発生して信号光伝送品質が低下する。このように、比較例のマルチコア光ファイバ２においては、コアの高密度化とクロストークの抑制とを両立させることは困難である。以下に説明する本実施形態のマルチコア光ファイバは、コアの高密度化およびクロストークの抑制が共に可能なものである。

図２は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図１に示された比較例のマルチコア光ファイバ２と比較すると、この図２に示される第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、クラッド２０内にコア１０〜１６それぞれの周囲に８個の空孔３０が形成されている点で相違している。各空孔３０はファイバ軸方向に延在する。各空孔３０の断面形状は円形である。各コアの周囲に形成された８個の空孔３０は、該コアを中心とする円の円周上に等間隔に配置されている。図中において各空孔３０は白抜きの円で示されている。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａでは、ファイバ軸に垂直な断面において、７個のコア１０〜１６のうちの任意の第１コアと、該第１コアに最も近い位置にある第２コアとの間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔３０が存在する。第１実施形態では、７個のコア１０〜１６は３角格子の格子点に配置されているので、任意の隣り合う２個のコアの間の距離は一定である。例えば、隣り合う２個のコア１０とコア１１との間の距離より、何れかの空孔３０とコア１０との間の距離が短く、且つ、その空孔３０とコア１１との間の距離が短い。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、各コアの周囲に設けられた空孔による光閉じ込め効果を有するので、コア間のクロストークを抑制することができる。そして、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、クロストークが抑制されることから、コアの高密度化が可能となり、コアの本数を増やすことができて、更に大容量の情報を伝送することができる。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、ＩＴＵ-ＴのＧ６５２の規格に従う標準的なシングルモード光ファイバと同等のコア径や比屈折率差を有するのが好ましい。また、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、ファイバ軸に垂直な断面において、各コアに対しコア径の３.０〜４.０倍の距離の位置に空孔が存在し、各空孔の直径が３.０〜５.０μｍであるのが好ましい。この場合、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、Ｇ６５２規格互換の光学的特性を有しつつ、曲げ損失が低減されたものとなる。

図３は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図２に示された第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａと比較すると、この図３に示される第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、各コアの周囲の空孔３０の配置の点で相違している。

第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂでは、クラッド２０内にコア１０〜１６それぞれの周囲に６個の空孔３０が形成されていて、隣り合う２個のコアが両者間の２個の空孔を共有する態様となっている。これにより、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、更なるコアの高密度化が可能となる。

第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂでも、ファイバ軸に垂直な断面において、７個のコア１０〜１６のうちの任意の第１コアと、該第１コアに最も近い位置にある第２コアとの間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔３０が存在する。

第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂも、ＩＴＵ-ＴのＧ６５２の規格に従う標準的なシングルモード光ファイバと同等のコア径や比屈折率差を有するのが好ましい。また、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂも、ファイバ軸に垂直な断面において、各コアに対しコア径の３.０〜４.０倍の距離の位置に空孔が存在し、各空孔の直径が３.０〜５.０μｍであるのが好ましい。

なお、マルチコア光ファイバにおいて各コアの周囲のクラッド内に低屈折率領域が設けられたトレンチ構造とすることによっても、クロストークの抑制およびコアの高密度化が可能である。これに対して、本実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａ，１Ｂは、各コアの周囲に空孔が設けられていることにより、より確実なクロストークの抑制およびコアの高密度化が可能である。

上述した本実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａ，１Ｂは本発明の好適な態様の例であるが、本発明は以下のような様々な態様が可能である。図４〜図６それぞれは、共通のクラッド２０内に２個のコア１１，１４を有するマルチコア光ファイバの断面図である。図７は、共通のクラッド２０内に４個のコア１１〜１４を有するマルチコア光ファイバの断面図である。また、図８および図９それぞれは、共通のクラッド２０内に７個のコア１０〜１６を有するマルチコア光ファイバの断面図である。

図４に示される第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃは、共通のクラッド２０内に２個のコア１１，１４および１個の空孔３０が設けられている。空孔３０とコア１１との中心間距離をｄ_１とし、空孔３０とコア１４との中心間距離をｄ_４とし、また、コア１１とコア１４との中心間距離をｄ_０とすると、距離ｄ_０より距離ｄ_１および距離ｄ_４の双方が短い位置に空孔３０が存在する。

図５に示される第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄは、共通のクラッド２０内に２個のコア１１，１４および１個の空孔３０が設けられている点では第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃと同じであって、特にコア１１とコア１４とを結ぶ線分の中点の位置に空孔３０が存在する。

図６に示される第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅは、共通のクラッド２０内に２個のコア１１，１４および２個の空孔３０が設けられている。２個の空孔３０は、コア１１とコア１４とを結ぶ線分に対して互いに対称関係にある位置に存在する。

図７に示される第６実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｆは、共通のクラッド２０内に４個のコア１１〜１４および６個の空孔３０が設けられている。４個のコア１１〜１４は一定間隔で一列に配列されている。４個のコア１１〜１４のうち任意の隣り合う２個のコアを互いに結ぶ線分に対して互いに対称関係にある位置に空孔３０が存在する。

図８に示される第７実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｇは、共通のクラッド２０内に７個のコア１０〜１６および１２個の空孔３０が設けられている。７個のコア１０〜１６の配置は、図１〜図３の場合と同様である。７個のコア１０〜１６のうち任意の隣り合う２個のコアを互いに結ぶ線分の中点の位置に空孔３０が存在する。

図９に示される第８実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｈは、共通のクラッド２０内に７個のコア１０〜１６および１２個の空孔３０が設けられている。７個のコア１０〜１６の配置は、図１〜図３の場合と同様である。７個のコア１０〜１６のうち任意の隣り合う２個のコアを互いに結ぶ線分に対して互いに対称関係にある位置に空孔３０が存在する。

図４〜図９の何れの場合にも、ファイバ軸に垂直な断面において、隣り合う第１コアと第２コアとの間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔が存在する。

次に、本実施形態のマルチコア光ファイバを製造する方法について説明する。以下では、図２に示された第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａを製造する場合について説明するが、他の実施形態のマルチコア光ファイバを製造する場合も同様である。図１０〜図１２それぞれは、本実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法の説明図である。これらの図も軸に垂直な断面を示している。

図１０に示される第１実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法では、各々ガラスからなるコア材１１０（同図（ａ））およびパイプ１００（同図（ｃ））が先ず用意される。コア材１１０は、パイプ１００のクラッド材１２０の屈折率より高い屈折率を有するロッド部１１１と、このロッド部１１１の外周に設けられクラッド材１２０の屈折率と同じ屈折率を有する周縁部１１２とからなる。コア材１１０の断面において、ロッド部１１１の外形は円形であり、周縁部１１２の外形も円形である。このコア材１１０の周縁部１１２に対し軸方向に溝１１３が形成されてコア材１１０Ａ（同図（ｂ））とされる。コア材１１０Ａにおいて８本の溝が軸方向に形成されている。

パイプ１００は、円柱形状の外形を有し、軸方向に貫通する７個の孔部１３０が設けられたクラッド材１２０である。コア材１１０Ａは、孔部１３０の個数と同じ個数だけ用意される。各孔部１３０にコア材１１０Ａが挿入される。そして、周縁部１１２に形成された溝１１３が空孔とされたまま、パイプ１００とコア材１１０Ａとが加熱一体化されて紡糸され、本実施形態のマルチコア光ファイバが製造される。このとき、ロッド部１１１はコア１０〜１６となり、周縁部１１２およびクラッド材１２０はクラッド２０となり、周縁部１１２に形成された溝１１３は空孔３０となる。

図１１に示される第２実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法では、ガラスからなる円柱状部材２００（同図（ａ））が先ず用意される。円柱状部材２００は、円柱形状の外形を有し、低屈折率のクラッド部２２０中に軸方向に延在する高屈折率のコア部２１０〜２１６が設けられている。この円柱状部材２００のコア部２１０〜２１６以外の部分に軸方向に貫通する空孔２３０が形成されて円柱状部材２００Ａ（同図（ｂ））とされる。また、空孔２３０は、コア２１０〜２１６のうちの任意のコア（以下「第１コア」という）と、該第１コアに最も近い位置にあるコア（以下「第２コア」という）との間の距離より、第１コアおよび第２コアそれぞれからの距離が短い位置に形成される。そして、孔２３０が維持されたまま円柱状部材２００Ａが紡糸されて、本実施形態のマルチコア光ファイバが製造される。このとき、コア部２１０〜２１６はコア１０〜１６となり、クラッド部２２０はクラッド２０となり、空孔２３０は空孔３０となる。

図１２に示される第３実施形態のマルチコア光ファイバ製造方法では、各々ガラスからなる複数の高屈折率ロッド材３１０，低屈折率ロッド材３２０およびキャピラリ３３０が、ガラスからなるパイプ３４０に挿入されて、スタック体３００が作製される。このとき、複数の高屈折率ロッド材３１０のうちの任意の高屈折率ロッド材（以下「第１高屈折率ロッド材」という）と、該第１高屈折率ロッド材に最も近い位置にある高屈折率ロッド材（以下「第２高屈折率ロッド材」という）との間の距離より、第１高屈折率ロッド材および第２高屈折率ロッド材それぞれからの距離が短い位置にキャピラタリ３３０を配した状態とされる。低屈折率ロッド材３２０として様々な径のものが用意される。低屈折率ロッド材３２０は、パイプ３４０内において高屈折率ロッド材３１０および低屈折率ロッド材３２０が所定位置に配置されたときに、これらの間の隙間を埋めるものとして用いられる。そして、キャピラリ３３０の中心孔が維持したままスタック体３００が加熱一体化されて紡糸され、本実施形態のマルチコア光ファイバが製造される。このとき、高屈折率ロッド材３１０はコア１０〜１６となり、低屈折率ロッド材３２０，キャピラリ３３０およびパイプ３４０はクラッド２０となり、キャピラリ３３０の中心孔は空孔３０となる。

１Ａ〜１Ｈ…マルチコア光ファイバ、１０〜１６…コア、２０…クラッド、３０…空孔、１００…パイプ、１１０，１１０Ａ…コア材、１１１…ロッド部、１１２…周縁部、１２０…クラッド材、１３０…空孔、２００，２００Ａ…円柱状部材、２１０〜２１６…コア部、２２０…クラッド部、２３０…空孔、３００…スタック体、３１０…高屈折率ロッド材、３２０…低屈折率ロッド材、３３０…キャピラリ、３４０…パイプ。

Claims

ガラスからなる複数のコアと、これら複数のコアの屈折率より低い屈折率を有し前記複数のコアを取り囲む共通のクラッドと、このクラッドに設けられた空孔とを有し、
前記複数のコアおよび前記空孔がファイバ軸方向に延在し、
ファイバ軸に垂直な断面において、前記複数のコアのうちの任意のコア（以下「第１コア」という）と、該第１コアに最も近い位置にあるコア（以下「第２コア」という）との間の距離より、前記第１コアおよび前記第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、何れかの空孔が存在する、
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
前記断面において、前記複数のコアそれぞれに対しコア径の３.０〜４.０倍の距離の位置の円周上に複数の空孔が存在し、前記空孔の直径が３.０〜５.０μｍである、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。
円柱形状の外形を有し軸方向に貫通する複数の孔部が設けられたガラスからなるクラッド材を用意するとともに、前記クラッド材の屈折率より高い屈折率を有するロッド部の外周に前記クラッド材の屈折率と同じ屈折率を有し軸方向に溝が形成された周縁部が設けられたガラスからなるコア材を前記複数の孔部と同じ個数だけ用意し、
前記クラッド材の前記孔部に前記コア材を挿入し、前記周縁部の溝を空孔としたまま前記クラッド材と前記コア材とを加熱一体化して紡糸する、
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ製造方法。
円柱形状の外形を有し低屈折率のクラッド部中に軸方向に延在する高屈折率の複数のコア部が設けられたガラスからなる円柱状部材を用意し、
前記円柱状部材の前記コア部以外の部分であって、前記複数のコアのうちの任意のコア（以下「第１コア」という）と、該第１コアに最も近い位置にあるコア（以下「第２コア」という）との間の距離より、前記第１コアおよび前記第２コアそれぞれからの距離が短い位置に、軸方向に貫通する空孔を形成して、その空孔を維持したまま前記円柱状部材を紡糸する、
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ製造方法。
各々ガラスからなる複数の高屈折率ロッド材，低屈折率ロッド材およびキャピラリを、前記複数の高屈折率ロッド材のうちの任意の高屈折率ロッド材（以下「第１高屈折率ロッド材」という）と、該第１高屈折率ロッド材に最も近い位置にある高屈折率ロッド材（以下「第２高屈折率ロッド材」という）との間の距離より、前記第１高屈折率ロッド材および前記第２高屈折率ロッド材それぞれからの距離が短い位置に前記キャピラタリを配した状態で、ガラスからなるパイプに挿入してスタック体を作製し、
前記キャピラリの中心孔を維持したまま前記スタック体を加熱一体化して紡糸する、
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ製造方法。