JP2011193459A - 多芯ファイバ伝送システムおよび多芯ファイバ伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多芯ファイバ（ＭＣＦ）を使用するネットワーク・コンポーネントを含むＭＣＦ伝送システムを提供する。
【解決手段】本発明の光データ・リンクは、複数の伝送デバイスのうちのその少なくとも１つがアレイとして構成される第１および第２の複数の伝送デバイスを含む。マルチチャネル伝送リンクは、その間で複数の並列伝送チャネルを形成するために第１の複数の伝送デバイスに接続された第１端と第２の複数の伝送デバイスに接続された第２端、複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つのアレイ構成と一致する構成を有する複数の個々のコアを有する多芯ファイバを含む。
【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本願は、次の米国特許仮出願の優先権の利益を主張するものであり、次の米国特許仮出願は、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている。
２０１０年３月１６日に出願した米国仮出願第６１／３１４，１８３号、および
２０１０年３月１０日に出願した米国仮出願第６１／３１２，４９７号。

本発明は、全般的には多芯ファイバ伝送のシステムおよび方法に関する。

インターネット・サービスの急速かつ全世界的な増加は、大容量光ファイバ通信の必要を加速してきた。図１に、従来技術による例示的な光ネットワーク・アーキテクチャ２０の単純化された図を示す。このネットワーク・アーキテクチャは、コア・ネットワーク６０を介してデータを送信し、受信するデータ・センタ４０を含む。アクセス・ネットワーク８０が、コア・ネットワーク６０に接続され、ネットワーク加入者の構内９０にデータを送信し、ネットワーク加入者の構内９０からデータを受信するのに使用される。

図２は、アクセス・ネットワーク８０の例示的なアーキテクチャの単純化された図である。コア・ネットワーク６０からのデータは、光回線終端装置（ＯＬＴ）８４の中央局（ＣＯ）８２によって受信される。その後、そのデータは、リモート・ノード（ＲＮ）８６に転送され、ＲＮ ８６では、受動光スプリッタ８８が、そのデータをネットワーク加入者の構内９０（図１）に配置された複数の光ネットワーク・ユニットＯＮＵ１…ＯＮＵｎに分配するのに使用される。各ＯＮＵｎは、その信号を受動光コンバイナ８８に送り、その信号はＯＬＴ ８４で受信され、その後、これらの信号は、コア・ネットワークに送信される。

最近の情報理論研究は、ファイバあたりの容量が光ネットワークにおける極限点に達したことを示した。したがって、ファイバあたりの容量を増やすために多芯ファイバ（ＭＣＦ）を使用するネットワーク・コンポーネントの設計および開発へのかなりの関心がある。実用的応用例でＭＣＦのシステム性能およびコスト有効性に対して大きい影響を有するクリティカルな問題は、（１）トランシーバからＭＣＦに出入りする個々の信号を結合する構造および技法の開発、（２）長距離にわたって低損失低クロストークで各コア内の信号トランスポートを可能にする効率的なＭＣＦの設計および実証、ならびに（３）高いケーブル密度と共に低コストでトランシーバとして市販コンポーネントを使用することができるＭＣＦ伝送システムの開発である。

米国仮出願第６１／３１４，１８２号明細書 米国特許第５，８６４，６４４号明細書 米国仮出願第６１／３１４，１８１号明細書 米国仮出願第６１／３１４，１８４号明細書

本発明の第１の態様は、第１および第２の複数の伝送デバイスがあり、第１および第２の複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つがアレイとして構成される光データ・リンクを対象とする。マルチチャネル伝送リンクは、その間で複数の並列伝送チャネルを形成するために第１の複数の伝送デバイスに接続された第１端および第２の複数の伝送デバイスに接続された第２端を有する。マルチチャネル伝送リンクは、現在のマルチファイバ配置またはリボン配置より大幅に小さいコア間間隔を有し、複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つのアレイ構成と一致する構成を有する、複数の個々のコアを有する多芯ファイバを含む。多芯ファイバは、多芯ファイバの個々のコアが複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つ内のそれぞれのデバイスと位置合せされた状態で複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つに直接に接続される端面を有する。本発明のさらなる態様によれば、マルチチャネル伝送リンクは、多芯ファイバを複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つに接続するテーパー多芯カプラを含む。

本発明のさらなる態様は、複数の受動光ネットワーク・トランシーバと、複数の光スプリッタと、複数の並列伝送チャネルをその間で形成するために複数の受動光ネットワーク・トランシーバに接続された第１端および複数の光スプリッタに接続された第２端を有するマルチチャネル伝送リンクとを含むアクセス・ネットワークを対象とする。マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有する多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含む。

マルチチャネル伝送リンクは、テーパー・カプラ本体で一緒にまとめられるそれぞれの第１端を有する複数の個々のファイバを含むテーパー多芯カプラによって複数の光スプリッタに接続される。個々のファイバのコアは、伝送リンクの端で多芯ファイバ・スパンの個々のコアの構成と一致するコア構成を有する端面で終わるテーパー・カプラ本体を通って延びる。カプラ端面は、多芯ファイバに接続され、個々のファイバは、複数の光スプリッタ内のそれぞれのスプリッタに接続されたそれぞれの端を有する。

本発明のもう１つの態様は、第１および第２の複数の伝送デバイスと、第１の複数の伝送デバイスと第２の複数の伝送デバイスとの間の複数の並列伝送チャネルを形成するために第１の複数の伝送デバイスに接続された第１端および第２の複数の伝送デバイスに接続された第２端を有するマルチチャネル伝送リンクとを含む光コア・ネットワークを対象とする。

マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有する多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含む。第１の複数の伝送デバイスおよび第２の複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つは、テーパー・カプラ本体で一緒にまとめられるそれぞれの第１端を有する複数の個々のファイバを含むテーパー多芯カプラによって多芯ファイバの端に接続される。個々のファイバのコアは、多芯ファイバの個々のコアの構成と一致するコア構成を有する端面で終わるテーパー・カプラ本体を通って延びる。カプラ端面は、多芯ファイバに接続され、個々のファイバは、第１の複数の伝送デバイスおよび第２の複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つ内のそれぞれのデバイスに接続されたそれぞれの端を有する。

本発明の上記の態様ならびにその利益は、下で詳細に述べられる。

従来技術による例示的な光ネットワーク・アーキテクチャを示す単純化された図である。 従来技術によるアクセス・ネットワークの例示的なアーキテクチャを示す単純化された図である。 本発明の態様による高速光データ伝送のシステムを示す図である。 本発明の態様によるテーパー多芯カプラを示す等角図である。 本発明の態様によるグレーデッドインデックス多芯ファイバの端面を示すイメージである。 断層撮影インデックス・プロファイラ（ｔｏｍｏｇｒａｐｈｉｃ ｉｎｄｅｘ ｐｒｏｆｉｌｅｒ）によって測定された、図５に示された多芯ファイバの屈折率分布を示す図である。 本発明の態様による、空間分割多重、波長分割多重、マルチチャネル、マルチスパン伝送システムを示す概略図である。 本発明の態様によるテーパー多芯コネクタを示す概略図である。 本発明の態様による例示的なＰＯＮアーキテクチャを示す概略図である。

本発明の態様は、（１）高性能スーパーコンピュータおよびデータ・センタ、（２）コア・ネットワーク、ならびに（３）光アクセス・ネットワークの領域におけるＭＣＦ伝送アプリケーションで使用される構造および技法を対象とする。

この３つの文脈での応用に関するシステム要件およびトランシーバ・テクノロジには大きい相違がある。したがって、個々のトランシーバとＭＣＦとの間の接続性をもたらすのに使用される構造および技法は、異なる。

この説明は、次のように編成されている。
１．データ・センタ
２．コア・ネットワーク
３．光アクセス・ネットワーク
４．要約
５．結論

１．高性能スーパーコンピュータおよびデータ・センタ
データ・センタおよび高性能コンピューティング環境は、通常、数千個または数万個の光リンクを含む。これらの光リンクのうちで最長の光リンクは、通常、１００ｍ未満の長さを有する。これらの高速並列光データ・リンクの成功の展開を保証するための主要な要件は、低コスト、高密度、および低電力消費である。

以前の手法は、ファイバあたり１データチャネル配置と共に多モード・ファイバ・リボンを利用する、１次元並列光データ・リンクに焦点を合わせた。しかし、そのようなシステム構成は、コストが高く、複雑であり、かさばる。

図３は、高速光データ伝送のシステム１００を示す図であり、ここでは、多モード多芯ファイバ（ＭＣＦ）１２０が、送信機のアレイ１４０と対応する受信機のアレイ１６０との間で複数の高速並列光データ・リンク１２４を提供するのに使用される。現在の例では、送信機のアレイ１４０は、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、シリコン・フォトニクス・デバイス、または類似物の２次元（２Ｄ）アレイを使用して実施され、受信機のアレイ１６０は、表面法線ＰｉＮ光検出器または類似物の２Ｄアレイを使用して実施される。本開示において、送信機、受信機、および類似物を、包括的に「伝送デバイス」と称する。

現在の例では、並列データ・リンクを提供するのに使用されるＭＣＦは、ＭＣＦの１０ｍから１００ｍにわたる７つのチャネルの同時伝送が可能な７コア・グレーデッドインデックス多芯ファイバである。そのようなファイバは、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／３１２，４９７号に記載されている。現在の議論から、説明される技法および構造を、他のタイプのファイバを使用して実施できることは明白である。たとえば、単一モード７コアＭＣＦが、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／３１４，１８３号明細書に記載されている。

挿入画１３０に示されているように、７つの個々のＭＣＦコア１２２は、六角形構成で配置され、６つのコアが六角形の頂点に位置決めされ、１つのコアが六角形の中央に位置決めされている。この配置は、隣接するコアの間の適切な距離を有する、ファイバ構造内のコアの効率的なパッキングをもたらす。

コアの幾何形状が伝送デバイスの幾何形状と一致するならば、長方形アレイなどの他の配置を使用することができる。また、７コアを有するＭＣＦが図示されているが、ファイバ、カプラ、および伝送デバイスへの結合のあるクリティカルな特徴が損なわれない限り、任意の個数のコアをＭＣＦ内で構成することができる。具体的に言うと、コアの減衰が、従来の単一コア・ファイバに類似することが必須である。これは、コア製造の周知の方法を使用して達成することができるが、アセンブリ方法が追加の減衰を導入しないことをも必要とする。また、コアの間およびコアの中のクロストークを管理し、各コア内で伝搬する光学場の分布に依存するコア間間隔に制限を設けなければならない。さらなる考慮事項は、コア位置が、従来の方法を使用してファイバを一緒にスプライスできるのに十分な公差で維持されなければならないことである。これは、マーカーが、１つまたは複数のコアを一意に識別するためにファイバ内に導入されることを必要とする場合がある。

挿入画１５０ａは、エミッタ・アレイ１４０およびＭＣＦ １２０の第１端を含む、伝送リンク１００の第１端１５０の拡大分解図を示す。挿入画１７０ａは、第２端の拡大分解図を示す。

エミッタ・アレイ１４０および受信機アレイ１６０内の個々のデバイス１４２および１６２は、特にコア直径およびコア・ピッチに関してＭＣＦコア１２２の構成と一致するそれぞれの２次元（２Ｄ）構成に配置される。この配置は、個々のＭＣＦコア１２２がそれぞれの個々の送信機１４２に位置合せされた状態で、ＭＣＦの第１端面１２６を送信機アレイ１４０に直接に取り付けることを可能にする。同様に、ＭＣＦ １２０の第２端面１２８を、個々のＭＣＦコア１２２がそれぞれの個々の受信機１６２に位置合せされた状態で受信機アレイ１６０に直接に取り付けることができる。この形で、複数の高速光リンクが作成される。

図３に示された例示的なシステム１００では、送信機のアレイは、ＭＣＦの第１端に突合せ結合（ｂｕｔｔ−ｃｏｕｐｌｅｄ）されたＶＣＳＥＬの２Ｄアレイを含み、アレイ内の各ＶＣＳＥＬは、それぞれの個々のＭＣＦコアに位置合せされる。各ＶＣＳＥＬを、データ信号を用いて直接に変調することができる。受信機のアレイ１６０は、ＭＣＦの第２端に突合せ結合された表面法線ＰｉＮ検出器の２Ｄアレイを含み、アレイ内の各表面法線ＰｉＮ検出器は、それぞれの個々のＭＣＦコアに位置合せされる。

説明される配置を使用して、単一コア・ファイバを使用するシステムと比較して、伝送システムの容量における７倍の増加を達成することが可能であることがわかる。説明される配置は、高い空間密度を達成する。２Ｄ ＶＣＳＥＬはウェハ・レベルで製造できるので、製造コストは劇的に下がる。

現在の例では、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイを、市販デバイスを使用して実施することができ、市販デバイスは、現在、１０Ｇｂ／ｓもの高い帯域幅および５０μｍもの小さい中心間ピッチを有する。しかし、２Ｄ ＶＣＳＥＬアレイの最小中心間ピッチは、熱および電気クロストークによって５０μｍの範囲で制限され得る。したがって、いくつかの状況では、ＶＣＳＥＬの２Ｄアレイの構成を所与のＭＣＦの幾何構造と直接に一致させることが可能ではない。また、一般的に言って、ＭＣＦが従来の単一コア・ファイバと同一のまたはこれに匹敵する外径すなわち１２５μｍ程度の外径を有することが有利である。

したがって、図４に、上記および他の文脈でトランシーバおよび類似デバイスとの接続性を提供する、本発明のさらなる態様によるテーパー多芯カプラ１８０の等角図を示す。図２に示されているように、テーパー多芯カプラ１８０は、複数の個々のコア１８４と共にある長さのＭＣＦファイバ本体１８２を含む。ファイバ本体１８２は、第１端面１８６と第２端面１８８との間で断熱的にテーパー加工される。

第１端面１８６は、ＶＣＳＥＬのアレイまたは同様の送信機デバイスと一致するサイズおよび構成を有する。この配置は、突合せ結合技法または類似物を使用して、カプラ・ファイバの個々のコア１８４が送信機のアレイ内のそれぞれのデバイスに位置合せされた状態で、第１端面をＶＣＳＥＬのアレイに直接に取り付けることを可能にする。

第２端面１８８は、従来の単一コア・ファイバと同一の外径を有するＭＣＦ １２０と一致するサイズおよびコア構成を有する。したがって、カプラの第２端面１８８を、カプラの個々のコア１８４がそれぞれのＭＣＦコア１２２に位置合せされた状態でＭＣＦ端面１２６にスプライスすることができる。カプラ１８０とＭＣＦ １２０との間の低損失スプライシングは、方位制御を有する市販の偏波維持スプライサを使用して達成することができる。その代わりに、多芯ファイバに最適化された方位監視および制御を有するスプライサを、改善されたスプライシングのために使用することができる。

図５に、上で説明したグレーデッドインデックスＭＣＦの端面１９０の、その構造を示すイメージを示す。図示の例では、ＭＣＦは、約２６μｍのコア直径および約３９μｍのコア・ピッチを有する、六角形アレイに配置された７つの個々のコア１９２を含む。クラッディング外径は、１２５μｍであり、アクリル樹脂二重コーティング層の外径は、２５０μｍである。

１．３μｍでの７つの個々のＭＣＦコアの平均伝送損失は、約０．５ｄＢ／ｋｍであり、これは、従来のグレーデッドインデックス・ファイバの典型的な値である。高速並列ＭＣＦ伝送、たとえば１０Ｇｂ／ｓ超を達成するためには、個々のコアの間にクロストークがほとんどまたは全くなく、その結果、各コアの送信される信号が、他のコアで送信される信号からの大量の干渉を受けないようにすることが必要である。さらに、グレーデッドインデックス・プロファイルの最適化された設計および正確な制御は、製造プロセス中の各コア内の適切なトレンチ形状と共に、各コア内の中央モードおよび外側モードを正確に制御できるようにするために、モード帯域幅を増やせるようにするために必須である。コア、特に外側コアの変形を除去できる形でファイバ製造を実行することも重要である。これは、下で説明するように、基本的な多芯ファイバ幾何形状を作るのに使用される方法に依存する周知の方法を使用して達成することができる。

グレーデッドインデックス多芯ファイバを、スタックアンドドロー（ｓｔａｃｋ−ａｎｄ−ｄｒａｗ）プロセスを使用して製造することができる。複数のフィラー要素（ロッド、管など）の中に位置決めされた複数のコア・ロッドを含むプリフォームが組み立てられる。プリフォーム・アセンブリを一緒に保持する１つの形は、たとえば、その中にロッドが位置決めされる外側管を使用することである。プリフォームは、ターゲット・ファイバ・パラメータが維持されることを保証するために、製造プロセス中に監視される。コアの幾何配置、コアの間の間隔、およびコア偏心率も、製造プロセス中に品質管理のために監視される。

さらに、ファイバ引抜き時にコア配置が所望のターゲット構成を達成するように、プリフォーム外周を、プラズマ、ＨＦエッチング、機械的研磨、または類似物によって選択的にエッチングすることができる。コア・ロッドの正しい位置決めおよびロッドの間の間隙間隔の正しい処理（または除去）を用いて、コア変形を最小にすることができる。これは、コア・ロッドの間の間隙間隔を固体フィラー・ロッドまたは固体フィラー粒子で充てんすることによって、均一なガラス本体にあけられた穴にコア・ロッドを挿入することによって、または最小限のボイド・スペースと共に一緒に束ねられる形状にコア・ロッドを研磨することによって、達成することができる。

プリフォーム・スタックは、組み立てられた後に、当技術分野で既知の技法を使用して、加熱され、合併され、多芯ファイバに引き抜かれる。

図６に、断層撮影インデックス・プロファイラによって測定された、多芯ファイバの屈折率分布１９４を示す。比屈折率差は、約２％である。図６から、コア１９６のすべてが、かなり円形であり、最適化されたグレーデッドインデックス・プロファイルを維持することがわかる。

ある信号コアから隣接コアへの光クロストークは、ＭＣＦの設計および製造における重要な問題である。多芯ファイバのクロストーク特性は、部分的には、屈折率分布、幾何学的構造、および類似物などのファイバ設計特徴に依存する。多芯ファイバのクロストーク特性は、ファイバ長、曲げ特性、その他などの他の要因にも依存する。

上で説明したＭＣＦについて、１７ｃｍ直径の直径を有するリールに巻き付けられたファイバの５５０ｍ長さでの中央コアから隣接外側コアへの光クロストークが、中央コアが８５０ｎｍ波長多モードＶＣＳＥＬによって励起された時に、ファイバの出力端面で光出力強度分布をスキャンすることによって測定された。６つの外側コアと中央コアとの間の５５０ｍファイバでのクロストークは、すべて、−４０ｄＢ未満になることが測定された。

ＭＣＦ接続性を高めるために、また、多モードＭＣＦとＶＣＳＥＬ／ＰＩＮ検出器の２Ｄアレイとの間の突合せ結合の結合効率および空間公差を高めるために、それぞれのＧＲＩＮレンズを、ＭＣＦの各個々のコア上に製造することもできる。グレーデッドインデックス・プロファイルを有する複数のコア・ロッドから作られたＭＣＦは、コンパクトなデバイス内に複数のＧＲＩＮレンズを提供して、ＭＣＦとトランシーバとの間の相互接続をもたらす。

本発明のさらなる態様によれば、ＭＣＦ内の個々のコアの方位を保つために、ＭＣＦは、どのコアがどの送信機に接続されるのかを区別するためにマーカーを設けられる。このマーカーは、溝、平坦な表面、もしくは類似物などの機械的特徴、または吸収体、エミッタ、散乱体、屈折器、もしくは類似物などの光学的特徴を使用して実施することができる。マーカーは、方位のインジケータとして働くことができ、あるいはその代わりに、好ましい方位を機械的に作ることができる（たとえば、平坦表面マーカーは、結合中の望まれない方位を防ぐことができる）。

２．コア・ネットワーク
コア・ネットワークは、ネットワーク・アーキテクチャのバックボーン（背骨）とみなすことができ、通常は、数百ｋｍまたは数千ｋｍの長さを有するデータ・リンクを含む。現在の光コア・ネットワークでは、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーを有するＬｉＮｂＯ３マッハツェンダ（ＭＺ）変調器が、通常は送信機として使用され、高速ＰＩＮ光検出器が、受信機として使用される。

光コア・ネットワークでのファイバあたりの容量は、１０年おきに約１００の割合で増加した。高密度波長分割多重（ＷＤＭ）技法および偏波分割多重（ＰＤＭ）技法を使用するファイバでの３２−Ｔｂ／ｓの総容量が、最近、研究団体で実証され、数Ｔｂ／ｓのトランスポート容量が、商業的に入手可能である。１００Ｇｂ／ｓイーサネットが近い将来に展開されることと、オペレータ・キャリアがファイバあたり１００Ｔｂ／ｓ超をトランスポートできることを必要とすることとが、期待される。しかし、最近の研究は、ファイバあたりの容量が、現在の伝送技法を使用するファイバあたり１００Ｔｂ／ｓに達することができないことを示した。したがって、ファイバ・テクノロジにおける「破壊的」イノベーションすなわち、市場での広範囲にわたる変化を引き起こすイノベーションが、所望の容量を達成するために必要である可能性がある。本明細書では、１つのそのような破壊的イノベーションが、コア・ネットワークのために空間分割多重（ＳＤＭ）と共にＭＣＦを使用することであることを提案する。

これから、本発明のさらなる態様による、単一モードＭＣＦを用いてＳＤＭを実行し、ＳＤＭ、ＷＤＭ、およびＰＤＭマルチスパンＭＣＦ伝送を形成するのにテーパー多芯コネクタ（ＴＭＣ）を使用する方式を説明する。

図７に、本発明のさらなる態様による、ＳＤＭおよびＷＤＭ（またはＰＤＭ）マルチスパン伝送リンク２００の概略図を示す。伝送リンク２００では、第１および第２のテーパー多芯コネクタ（ＴＭＣ）２４０および２６０が、それぞれ、単一モードＭＣＦ ２４０の一連のスパンへおよびこれから多重化デバイス（たとえば、ＷＤＭまたはＰＤＭ）２４２および対応する多重分離デバイス（たとえば、波長分割デマルチプレクサまたは偏波分割デマルチプレクサ）に接続するのに使用される。各スパンの後に、多芯光増幅器２２４が、通常、伝送損失を補償するために使用される。代替案では、分散ラマン増幅を使用して、信号がファイバに沿って伝搬する時にその信号を増幅することができる。

伝送リンク２００は、７コア単一モードＭＣＦ ２２０の一連のスパン２２０ａ〜ｎを含む。各スパン２２０ａ〜ｎは、数十ｋｍから数百ｋｍの範囲に及ぶ距離にわたる同時７コア伝送が可能である。ＭＣＦコア２２２の例示的な断面構成が、挿入画２３０に示されている。

第１ＴＭＣ ２４０は、空間分割多重（ＳＤＭ）を提供するため、および複数の波長分割多重または偏波分割多重（ＷＤＭまたはＰＤＭ）光デバイス２４２への接続性を提供するために最初のＭＣＦスパン２２０ａの先端に設けられ、光デバイス２４２は、既知の波長分割多重または偏波分割多重の技法２４２を使用して異なる波長または偏波で複数の送信機２４４を組み合わせるのに使用される。第２ＴＭＣ ２６０は、空間分割多重分離を提供するため、および複数の波長分割多重分離または偏波分割多重分離（ＷＤＤＭまたはＰＤＤＭ）光デバイス２６２への接続性を提供するために、最後のＭＣＦスパン２２０ｎの後端に設けられ、光デバイス２６２は、それぞれの複数の光受信機２６６に接続される波長チャネルまたは偏波チャネル２６４を多重分離するのに使用される。

図７に示されているように、多芯増幅器２２４を、信号増幅を提供するために、ＭＣＦスパン２２０ａ〜ｎの間に配置することができる。現在の例では、多芯増幅器２４２は、希土類、たとえば、エルビウムまたはエルビウム−イッテルビウムをドーピングされたファイバを含む。多芯ラマン増幅器またはパラメトリック増幅器を、分布増幅またはランプ増幅（ｌｕｍｐ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のために使用することができる。始端と受信機端との両方のＷＤＭカプラを、光増幅用のポンプ光を提供するのに使用することができる。

図８に、より詳細なテーパー多芯コネクタ（ＴＭＣ）２４０の概略図を示す。ＴＭＣ ２４０は、複数の光ファイバ２４４を含み、各ファイバは、それを通って延びるそれぞれのコア２４６を含む。複数のファイバ２４４は、テーパー・カプラ本体２４８で一緒にまとめられ、テーパー・カプラ本体２４８は、許容できる低いレベルのクロストーク、たとえば−２５ｄＢ未満を伴って個々のファイバ・コア２４６の分離を維持する。ＴＭＣからの挿入損失も、できる限り小さく保たれなければならない。テーパー・カプラ本体２４８は、端面２５０で終わる。

現在の例では、ＴＭＣ ２４０は、例示的なＭＣＦ ２２０の端面２３０の外径と一致する外径を有する。さらに、ＴＭＣ端面２５０は、コア直径、コア・ピッチ、モードフィールド・サイズ、モードフィールド形状、および類似物に関して、多芯ファイバ２２０のコア２２２の構成と一致するコア構成を有する。個々のファイバ２４４を、波長チャネルまたは偏波チャネルを多重化（または多重分離）するのに使用でき、複数の光送信機、光受信機、または同様の伝送デバイスのいずれかに接続される、それぞれの波長分割多重デバイスまたは偏波分割多重デバイスに接続することができる。カプラ端面２５０は、カプラ・コア２４６がそれぞれのＭＣＦコア２２２に位置合せされた状態で、ＭＣＦ端面２３０に直接に接続される。カプラ端面およびＭＣＦ端面は、低損失融着接続技法または類似物を使用して接続される。

説明されたＴＭＣの１つの利益は、これを使用してＷＤＭデバイスまたはＰＤＭデバイスと組み合わされた伝送リンク内でＳＤＭ機能を実行でき、したがって、伝送容量が全般的に増えることである。

製造技法を含むテーパー多芯コネクタは、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／３１４，１８２号により詳細に記載されている。

本発明が、米国特許第５，８６４，６４４号に示されたテーパー・ファイバ・バンドル（ＴＦＢ）などの従来技術のデバイスとは異なることに留意されたい。１つの重要な相違は、現在説明されているＴＭＣが、複数の高速並列データ・リンクの接続性を提供するのに使用され、したがって、複数の個々のコアの完全性を保つことである。その一方で、ＴＦＢは、全く異なる応用、すなわち、クラッディング励起（ｃｌａｄｄｉｎｇ−ｐｕｍｐｅｄ）型のファイバ・レーザー、増幅器、または単一のコアおよびポンピング光エネルギが打ち込まれる大きいクラッディングを有する同様のデバイスに光エネルギを供給するのに使用される。したがって、ＴＦＢは、複数の単一ファイバ入力を有することができるが、複数のコアの完全性を維持することができず（すなわち、低いクロストークを実現しない）、並列データ伝送に使用することはできない。

長距離マルチスパン伝送など、いくつかの応用では、図７に示された増幅器２２４などの多芯増幅器が必要である。多芯ファイバ増幅器は、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／３１４，１８１号に記載されている。

３．光アクセス・ネットワーク
光アクセス・ネットワークでは、受動光ネットワーク（ＰＯＮ）アーキテクチャが一般に使用され、このアーキテクチャでは、中央局の光回線終端装置（ＣＯ／ＯＬＴ）が、約２０〜６０ｋｍ程度の長さを有する光ファイバによってリモート・ノード（ＲＮ）に接続され、受動光スプリッタが、加入者構内の光ネットワーク・ユニット（ＯＮＵ）に接続される。ＩＴＵ−Ｔなどのさまざまな標準規格に従って、アップストリーム信号は、１３１０ｎｍの範囲内の波長を有し、ダウンストリーム信号は、１４９０ｎｍの範囲内の波長を有する。光アクセス・ネットワークでは、直接変調レーザー（ＤＭＬ）、エレクトロアブソーバ・モジュレーテッド・レーザー（ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｂｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌａｓｅｒ、ＥＭＬ）、または同様のデバイスが、一般に送信機として使用され、アバランシェ・ダイオード検出器または同様のデバイスが、受信機として使用される。

インターネット・サービスの最近のすばやい増加は、多数の供給ファイバの増加する必要をもたらし、ダクト・パイプ・ライン（ｄｕｃｔ ｐｉｐｅ ｌｉｎｅ）の輻輳をもたらした。したがって、低コスト高ファイバカウント高密度ケーブルが、将来の光アクセス・ネットワーク用の実用的なＰＯＮシステムを構築するために必要である。ＭＣＦは、現在のケーブル直径によって課せられる制限を克服する解決策を提供する。ダクト・パイプ区域内の多数の供給ファイバ・ケーブルの輻輳を解決するために、単一モードＭＣＦ伝送をＰＯＮシステムに使用することができる。

図９に、本発明の態様による例示的なＰＯＮアーキテクチャ３００の概略図を示し、この図では、７コア単一モードＭＣＦ ３２０ならびに第１および第２のＴＭＣ ３４０および３６０が、７つのチャネルの同時伝送に使用される。

ＣＯ／ＯＬＴ ３４２では、複数のＰＯＮトランシーバ３４４（１４９０ｎｍダウンストリーム信号送信機および１３１０ｎｍアップストリーム受信機）が、複数のそれぞれの単一コア・ファイバ３４６を介して第１ＴＭＣ ３４０に接続され、単一コア・ファイバ３４６のそれぞれは、それを通って延びるそれぞれのコア３４８を含む。第１ＴＭＣ端面３５０は、融着接続または同様の技法を使用して、単一モードＭＣＦの第１端面３３０に接続される。

ＲＮ ３６２では、第２ＴＭＣ ３６０の端面３６４が、融着接続または同様の技法を使用して、ＭＣＦの第２ＭＣＦ端面３３２に接続される。それぞれのコア３６８を有する個々のファイバ３６６は、第２ＴＭＣ ３６０で一緒にまとめられ、コア３６８は、別々にＴＭＣ端面３６４まで延びる。ファイバ３６６は、それぞれの光ファイバ・スプリッタ３７０に接続される。現在の例では、光ファイバ・スプリッタは、１：３２の分割比を有する。各スプリッタは、加入者の構内のＯＮＵ ３７２に接続される。

４．要約
上で説明したトポロジおよび応用は、別個であるが、ネットワークを構成する光コンポーネントは、複数の点で共通性を有する。ＭＣＦに関して、コアが単一モードであろうと複数のモードを担持しようと、光減衰は、匹敵する単一コア・ファイバより大幅に大きくなってはならない。

単一モードＭＣＦに関して、損失は、１３１０ｎｍで０．４２ｄＢ／ｋｍを超えてはならず、１４９０ｎｍで０．３ｄＢ／ｋｍを超えてはならない。多モードＭＣＦに関して、損失は、８５０ｎｍで２．２ｄＢ／ｋｍ、１３００ｎｍで０．５ｄＢ／ｋｍを超えてはならない。これらの損失レベルは、効率的な通信リンクおよび損失バジェットを確立するために重要である。これらの損失レベルの達成は、本願の譲受人によって所有され、参照によってその全体が本明細書に組み込まれている、米国仮出願第６１／３１２，４９７号および米国仮出願第６１／３１４，１８４号に記載されている。コア特性およびアセンブリ特性に対する同様の注意が、コアの間およびコアの中でのクロストークを管理するために必要である。具体的に言うと、多モードＭＣＦのクロストークは、ファイバの５５０ｍ長さで−４０ｄＢ未満でなければならない。単一モードＭＣＦのクロストークは、アクセス・ネットワークの伝送波長ウィンドウ内で−３８ｄＢ未満でなければならない。

第２の共通の特徴は、コアが、連結されたケーブル・スパンを組み立てるためまたはＴＭＣなどの入力デバイスおよび出力デバイスに結合するためにファイバの容易なスプライシングを可能にするのに十分な、光モードフィールドのサイズおよび形状における位置の正確さおよび精度を有しなければならないことである。これは、ファイバが、１つまたは複数のコアを一意に識別することを可能にするマーカーまたは特徴を有することを必要とする場合がある。ＭＣＦへのおよびこれからの結合損失は、リンク・バジェットを閉じるために十分に低くなければならない。クロストークの許容可能レベルは、特定の応用例に依存する。通常のアクセス・ネットワークでは、クロストークは、−２５ｄＢ未満でなければならない。通常のコア・ネットワークでは、クロストークは、−４０ｄＢ未満でなければならない。

５．結論
前述の説明は、当業者が本発明を実践することを可能にする詳細を含むが、この説明が、性質において例示的であることと、その多数の修正形態および変形形態が、これらの教示の利益を有する当業者に明白になることとを了解されたい。したがって、本明細書の発明が、本明細書に添付された特許請求の範囲のみによって定義されることと、特許請求の範囲が、従来技術によって許される限り広く解釈されることとが意図されている。

Claims (23)

1. 第１および第２の複数の伝送デバイスと、
   前記第１の複数の伝送デバイスと前記第２の複数の伝送デバイスとの間の複数の並列伝送チャネルを形成するために前記第１の複数の伝送デバイスに低損失で接続された第１端と前記第２の複数の伝送デバイスに低損失で接続された第２端とを有するマルチチャネル伝送リンクとを含み、
   前記マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有する低損失多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含む、光データ・リンク。
2. 前記マルチチャネル伝送リンクは複数の多芯ファイバ・スパンを含み、
   前記マルチチャネル伝送リンクは、少なくとも１つの多芯ファイバ・スパンを増幅する少なくとも１つの増幅器をさらに含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
3. 前記複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つはアレイとして構成される、請求項１に記載の光データ・リンク。
4. 前記マルチチャネル伝送リンクは、前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つの前記アレイ構成と一致するコア構成を有する多芯ファイバ・スパンを含む、請求項３に記載の光データ・リンク。
5. 前記一致するコア構成を有する前記多芯ファイバ・スパンは、前記多芯ファイバの前記個々のコアが前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つ内のそれぞれのデバイスと位置合せされた状態で前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つに直接に接続される端面を有する、請求項４に記載の光データ・リンク。
6. 前記多芯ファイバは多モード多芯ファイバを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
7. 前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つは２次元アレイとして構成される、請求項１に記載の光データ・リンク。
8. 前記マルチチャネル伝送リンクは、前記複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つに突合せ結合される端面を有する多芯ファイバ・スパンを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
9. 前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つは垂直共振器面発光要素のアレイを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
10. 前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つはシリコン・フォトニック・エミッタ要素のアレイを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
11. 前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つはＰｉＮ光検出器のアレイを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
12. 前記第１の複数の伝送デバイスと前記第２の複数の伝送デバイスとの両方は、前記多芯ファイバの前記個々のコアの構成と一致するそれぞれの構成を有するデバイスのアレイとして構成され、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、前記多芯ファイバの前記個々のコアが前記第１の複数の伝送デバイスに含まれるそれぞれのデバイスに位置合せされた状態で前記第１の複数の伝送デバイスに直接に接続される端面を有する多芯ファイバ・スパンを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、前記多芯ファイバの前記個々のコアが前記第２の複数の伝送デバイスに含まれるそれぞれのデバイスに位置合せされた状態で前記第２の複数の伝送デバイスに直接に接続される端面を有する多芯ファイバ・スパンを含む、請求項１に記載の光データ・リンク。
13. 第１および第２の複数の伝送デバイスであって、前記複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つは、アレイとして構成される、第１および第２の複数の伝送デバイスと、
    前記第１の複数の伝送デバイスと前記第２の複数の伝送デバイスとの間の複数の並列伝送チャネルを形成するために前記第１の複数の伝送デバイスに接続された第１端と前記第２の複数の伝送デバイスに接続された第２端とを有するマルチチャネル伝送リンクとを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つの前記アレイ構成と相似的に一致する構成を有する複数の個々のコアを有する多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有するカプラ本体を含むテーパー多芯カプラをさらに含み、前記カプラ本体は、前記複数のデバイスのうちの前記少なくとも１つの前記構成およびスケールと一致するコア構成を有する第１端面と前記多芯ファイバの前記個々のコアの前記構成およびスケールと一致するコア構成を有する第２端面との間でテーパー加工され、
    前記テーパー多芯カプラ第１端面は、前記カプラ・コアがそれぞれの伝送デバイスに位置合せされた状態で伝送デバイスの前記アレイに接続され、前記テーパー多芯カプラ・ファイバ第２端面は、前記少なくとも１つの多芯ファイバに、前記カプラ・コアが前記多芯ファイバのそれぞれの個々のコアに位置合せされた状態で直接に接続される、光データ・リンク。
14. 前記カプラ本体は、前記第１端面と前記第２端面との間で断熱的にテーパー加工される、請求項１３に記載の光データ・リンク。
15. 前記カプラ本体の前記第１端面は前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つに突合せ結合され、前記カプラ本体の前記第２端面は前記多芯ファイバにスプライスされる、請求項１３に記載の光データ・リンク。
16. 前記複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つは垂直共振器面発光レーザのアレイを含む、請求項１３に記載の光データ・リンク。
17. 第１および第２の複数の伝送デバイスと、
    前記第１の複数の伝送デバイスと前記第２の複数の伝送デバイスとの間の複数の並列伝送チャネルを形成するために前記第１の複数の伝送デバイスに接続された第１端と前記第２の複数の伝送デバイスに接続された第２端とを有するマルチチャネル伝送リンクとを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有する多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含み、
    前記第１の複数の伝送デバイスおよび前記第２の複数の伝送デバイスのうちの少なくとも１つは、テーパー・カプラ本体で一緒にまとめられるそれぞれの第１端を有する複数の個々のファイバを含むテーパー多芯カプラによって前記多芯ファイバの端に接続され、
    前記個々のファイバのコアは、前記多芯ファイバの前記個々のコアの構成と一致するコア構成を有する端面で終わる前記テーパー・カプラ本体を通って延び、
    前記カプラ端面は、前記多芯ファイバに接続され、
    前記個々のファイバは、前記第１の複数の伝送デバイスおよび前記第２の複数の伝送デバイスのうちの前記少なくとも１つ内のそれぞれのデバイスに接続されたそれぞれの端を有する、光データ・リンク。
18. 前記多芯ファイバは単一モード多芯ファイバである、請求項１７に記載の光データ・リンク。
19. 前記第１および第２の複数の伝送デバイスは、それぞれのテーパー多芯カプラによって前記多芯ファイバのそれぞれの端に接続される、請求項１７に記載の光データ・リンク。
20. 複数の受動光ネットワーク・トランシーバと、
    複数の光スプリッタと、
    複数の並列伝送チャネルをその間で形成するために前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバに接続された第１端と前記複数の光スプリッタに接続された第２端とを有するマルチチャネル伝送リンクとを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、複数の個々のコアを有する多芯ファイバの少なくとも１つのスパンを含み、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、テーパー・カプラ本体で一緒にまとめられるそれぞれの第１端を有する複数の個々のファイバを含むテーパー多芯カプラによって前記複数の光スプリッタに接続される多芯ファイバ・スパンを含み、
    前記個々のファイバのコアは、前記多芯ファイバの前記個々のコアの構成と一致するコア構成を有する端面で終わる前記テーパー・カプラ本体を通って延び、
    前記カプラ端面は、前記多芯ファイバに接続され、
    前記個々のファイバは、前記複数の光スプリッタ内のそれぞれのスプリッタに接続されたそれぞれの端を有する、光アクセス・ネットワーク。
21. 前記多芯ファイバは単一モード多芯ファイバである、請求項２０に記載の光アクセス・ネットワーク。
22. 前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバは、第１テーパー多芯カプラによって多芯ファイバ・スパンの端に接続され、
    前記複数の光スプリッタは、第２テーパー多芯カプラによって多芯ファイバ・スパンの端に接続される、請求項２０に記載の光アクセス・ネットワーク。
23. 前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバはアレイとして構成され、
    前記マルチチャネル伝送リンクは、前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバの前記アレイ構成と一致するコア構成を有する多芯ファイバのスパンを有する多芯ファイバを含み、
    前記一致するコア構成を有する前記多芯ファイバ・スパンは、前記多芯ファイバ・スパンの前記個々のコアが前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバ内のそれぞれのトランシーバと位置合せされた状態で前記複数の受動光ネットワーク・トランシーバに直接に接続される端面を有する、請求項２０に記載の光アクセス・ネットワーク。