JP2011209702A - マルチコア光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】伝送損失及び非線形性を低減するための構造を有する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１００は、中心軸Ａ_Ｘ方向に延びる複数のコア（中心コア１１１及び周辺コア１１２、１１３）と、これらのコアの周囲を覆うクラッド１２０とを備える。クラッド１２０はフッ素が添加された石英ガラスにより形成され、複数のコア１１１〜１１３は、塩素が添加された石英ガラス又は純石英ガラスにより形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコア光ファイバ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８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（PassiveOptical Network）システムが実現されている。

すなわち、図８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分岐素子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：OpticalNetwork 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８に示されたＰＯＮシステムでは、端局１内に光分岐素子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分岐素子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（SingleStar）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、マルチコア光ファイバが好適である。

例えば、マルチコア光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並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が記載されている。

特開平０５−３４１１４７号公報 特開平１０−１０４４４３号公報

発明者らは、従来のマルチコア光ファイバについて詳細に検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記特許文献１、２に記載されたマルチコア光ファイバは、伝送損失の低減及び非線形性の低減のための検討が十分行われたものではない。そのため、大容量かつ長距離伝送にマルチコア光ファイバが適用される際に問題となる可能性がある。

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、伝送損失及び非線形性が低減されたマルチコア光ファイバを提供することを目的としている。

本発明に係るマルチコア光ファイバは、所定軸方向に沿って延びる複数のコアと、この複数のコアの周囲を覆うクラッドとを備える。また、上記目的を達成するため、クラッドは、フッ素が添加された石英ガラスにより形成され、複数のコアは、塩素が添加された石英ガラス又は純石英ガラスにより形成される。

上述のような構造を有するマルチコア光ファイバによれば、塩素が添加された石英ガラス又は純石英ガラスにより形成されたコアをフッ素が添加された石英ガラスにより形成されたクラッド内に配置することで、当該マルチコア光ファイバのコア内を導波する光の伝送損失及び非線形性が低減される。

ここで、複数のコアのうち隣り合うよう配置されたコア間において、塩素の添加量は互いに異なってもよい。この場合、隣接するコア間で塩素の添加量が互いに異なる態様とすることにより、このような隣接コア間の屈折率差を任意に変更することができる。その結果、隣接コア間のクロストークを低減させることが可能になる。

また、複数のコアのうち隣接するコア同士の中心間距離は、２０μｍ〜４５μｍであるのが好ましい。隣接するコア同士の中心間距離を上記範囲とした場合、一定レベルのクロストークを維持しつつ、クラッド内に複数のコアを配置することが可能となる。

なお、複数のコアのうち隣接するコア間において、クラッドに対する当該コアの比屈折率差及び直径のうち少なくとも一つが互いに異なっていてもよい。また、その差は複数のコアの相加平均値に対して５％以上大きい場合も、当該マルチコア光ファイバは許容し得る。

さらに、本発明に係るマルチコア光ファイバは、各コアから当該マルチコア光ファイバの外周方向に伝搬する漏れ光を低減するための一又はそれ以上の漏洩低減部を備えてもよい。この場合、各漏洩低減部の少なくとも一部は、複数のコアのうち隣接するコア同士を結ぶ直線上に存在する。このように、隣接するコア間に少なくとも一部が位置するよう、それぞれ配置された漏洩低減部が設けられることにより、当該マルチコア光ファイバの伝送損失を増大させることなく、各コアからの漏れ光に起因したクロストークが効果的に低減され得る。

本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、漏洩低減部の少なくともいずれかは、所定軸方向に直交する断面上において、複数のコアのうち対応するコアを取り囲む環状になるようにクラッド内に形成されればよい。また、漏洩低減部の少なくともいずれかは、当該漏洩低減部により取り囲まれた領域における伝搬光の閉じ込め率を高めた屈折率分布を形成する領域であるのが好ましい。具体的には、実質的に屈折率を低減するよう漏洩低減部を構成するか、逆に屈折率を増加させるよう漏洩低減部を構成する。例えば、屈折率を低減する構成として、複数のコアそれぞれの周辺クラッドにおいて、屈折率低下剤を添加するか、又は、空孔を形成することにより漏洩低減部が構成される。屈折率を増加させる構成として、複数のコアそれぞれの周辺クラッドにおいて、屈折率増加剤を添加することにより漏洩低減部が構成されてもよい。

また、本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、漏洩低減部の少なくともいずれかは、伝搬光のパワーを低減する素材で構成されてもよい。この場合、構成素材は、吸収係数、及び、散乱係数の少なくとも何れか一方がクラッドよりも大きい。

本発明によれば、伝送損失及び非線形性が低減されたマルチコア光ファイバが提供される。さらに、複数のコアのうち隣接するコア間に少なくとも一部が位置するよう、それぞれ配置された漏洩低減部がクラッド内に設けられることにより、当該マルチコア光ファイバにおける伝送損失を増大させることなく、隣接するコア間におけるクロストークの低減効果が得られる。

本発明に係るマルチコア光ファイバの第1実施形態の概略構成を示す図である。 第１実施形態に係るマルチコア光ファイバの断面構造を示す図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの第２実施形態の断面構造を示す図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバに適用される漏洩低減部の配置条件を説明するための図である。 漏れ光発生メカニズムとともに漏洩低減部の構造及び機能を説明するための図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバに適用可能な漏洩低減部の第１具体例を説明するための図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバに適用可能な漏洩低減部の第２具体例を説明するための図である。 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、この発明に係るマルチコア光ファイバの各実施形態を、図１〜図７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。

（第１実施形態）
図１は、本発明に係るマルチコア光ファイバの第１実施形態の概略構成を示す図である。また、図２は、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバの断面構造を示す図である。図１のマルチコア光ファイバ１００は、中心軸Ａ_Ｘ（当該マルチコア光ファイバ１００の長手方向に一致した所定軸）に沿って延びる光ファイバであって、複数のコア１１１〜１１３と、これら複数のコア１１１〜１１３を覆う、該中心軸Ａ_Ｘに直交する平面上において円形断面を有するクラッド１２０と、クラッドの外周に設けられた被覆部１３０を備える。クラッド１２０内には、該クラッドの中心に設けられるとともに中心軸Ａ_Ｘに沿って延びる中心コア１１１と、この中心コア１１１とは異なる位置に設けられるとともに中心軸Ａ_Ｘに沿って延びる２種類の周辺コア１１２、１１３が配置されている。また、周辺コア１１２、１１３は、中心コア１１１（中心コア１１１の中心）を中心とした円周方向に沿って、周辺コア１１２のいずれかと周辺コア１１３のいずれとが交互に配置されている。これら周辺コア１１２、１１３は、この円周上に等間隔に６つ設けられている。

当該マルチコア光ファイバ１００において、中心コア１１１は純石英ガラスからなる。また、クラッド１２０は、純石英ガラスからなる中心コア１１１の比屈折率差が０．３５％となるように、フッ素が均一に添加された石英ガラスからなる。そして、周辺コア１１２は、０．３重量％の塩素が添加された石英ガラスからなり、周辺コア１１３は、０．６重量％の塩素が添加された石英ガラスからなる。このような構成において、クラッド１２０に対する周辺コア１１２の比屈折率差が０．３８％となり、クラッド１２０に対する周辺コア１１３の比屈折率差が０．４１％となる。中心コア１１１及び周辺コア１１２、１１３の比屈折率差は、複数のコアの相加平均値に対して５％以上大きい値に設定されている。このように、周辺コア１１２、１１３として塩素が添加された石英ガラスを適用する理由は以下の通りである。すなわち、塩素が添加された石英ガラスは、正の屈折率を有し、高軟化点を維持できるとともに伝送損失が抑制されるため、隣接するコア間に屈折率差を設けるのに有効であるからである。

上述のような構造を有するマルチコア光ファイバ１００において、例えば中心コア１１１及び周辺コア１１２、１１３の直径はそれぞれ８μｍに設定されている。また、中心コア１１１と周辺コア１１２、１１３との距離（中心同士を結ぶ距離）、及び、中心コア１１１を中心とした円周方向に沿って隣接する周辺コア１１２のいずれかと周辺コア１１３のいずれかとのコア中心間距離（隣接するコアの中心同士の直線距離）は、それぞれ３５μｍに設定されている。クラッド１２０の直径は１２５μｍである。また、被覆部１３０を設けることで、マルチコア光ファイバ１００全体の直径は２４５μｍとなっている。

図２の断面構造を有するマルチコア光ファイバ１００は、以下に示す方法により製造される。まず、純石英ガラスからなる中心コア１１１の比屈折率差が０．３５％となるようにフッ素が均一に添加された石英ガラスロッドが準備される。この石英ガラスロッドが最終的にクラッド１２０となる。そして、純石英ガラスロッド１本と、塩素が０．３重量％添加された石英ガラスロッド３本と、塩素が０．６重量％添加された石英ロッド３本とが準備され、それぞれが同一直径、同一長さになるように準備された石英ガラスロッドの延伸・切断が行われる。これら石英ガラスロッドは最終的に中心コア１１１、周辺コア１１２、１１３となる。

次に、フッ素が添加された石英ガラスロッドの中心位置と、この中心から等距離でありかつ隣接する孔の間の距離が等しくなるような位置に、上記延伸・切断された７本の石英ガラスロッドの直径よりも５％ほど大きな直径の孔が計７個開けられる。次に、このクラッド１２０となるフッ素添加石英ガラスロッドの中心の孔に純石英ガラスロッド（中心コア１１１となる）が挿入されるとともに、フッ素添加石英ガラスロッドの外周側に設けられた６個の孔には、塩素が０．３重量％添加された石英ガラスロッド（周辺コア１１２となる）と塩素が０．６重量％添加された石英ガラスロッド（周辺コア１１３となる）とが交互に挿入される。

この後、フッ素添加石英ガラスロッドと挿入された7本の石英ガラスロッドを加熱することでフッ素添加石英ガラスロッドに設けられた孔がコラプスされ、フッ素添加石英ガラスロッドと挿入された7本の石英ガラスロッドが一体化する。これにより、マルチコア光ファイバのプリフォームが得られる。適切な線引条件で得られたプリフォームを線引することで本実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００が製造される。

（第２実施形態）
図３は、本発明に係るマルチコア光ファイバの第２実施形態の断面構造を示す図である。第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００は、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００（図２）とは以下の点が相違する。すなわち、中心コア及び周辺コアの比屈折率差は互いに等しく、隣り合って配置される周辺コアの直径が互いに異なる点である。なお、図３には、図２と同様に、当該マルチコア光ファイバ２００の中心軸Ａ_Ｘに直交する平面に一致した断面が示されている。

具体的に、この第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００は、複数のコア１１４〜１１６と、これら複数のコア１１４〜１１６を覆うクラッド１２０と、クラッド１２０の外周に設けられた被覆部２３０を備える。円形の断面形状を有するクラッド１２０の中心には、中心軸Ａ_Ｘに沿って延びる中心コア１１４が設けられている。また、クラッド１２０内において、中心コア１１４（中心コア１１４の中心）を中心とした円周方向には、周辺コア１１５のいずれかと周辺コア１１６のいずれかとが交互に配置されている。これら周辺コア１１５、１１６は、中心コア１１４を中心とした円周上に等間隔に６つ設けられている。この構成は、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００と同じである。

中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６は、０．３重量％の塩素が添加された石英ガラスからなり、クラッド１２０は、塩素添加石英ガラスからなる中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６の各比屈折率差が０．３８％となるように、フッ素が均一に添加された石英ガラスからなる。

上述のような構造を有する第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００において、例えば中心コア１１４の直径は８．５μｍ、周辺コア１１５の直径は７．９μｍ、周辺コア１１６の直径は９．２μｍに設定されている。中心コア１１４と周辺コア１１５、１１６とのコア中心間距離、及び、隣接する周辺コア１１５のいずれかと周辺コア１１６のいずれかとの間のコア中心間距離は、それぞれ４０μｍに設定されている。中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６の直径の差は、複数のコアの相加平均値に対して５％以上大きい値に設定されている。なお、クラッド１２０の直径は１２５μｍであり、被覆部２３０を含む当該マルチコア光ファイバ２００全体の直径は２４５μｍとなっている。

第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００は、以下に示す方法により製造される。まず、塩素添加石英ガラスからなる中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６の各比屈折率差が０．３８％となるようにフッ素が均一添加された石英ガラスロッドが準備される。この石英ガラスロッドは、クラッド１２０となる。そして、塩素が０．３重量％添加された石英ガラスロッド７本が準備され、直径が８．５μｍ（１本）、７．９μｍ（３本）、９．２μｍ（３本）であって同一長さになるように準備された石英ガラスロッドの延伸・切断が行われる。これら石英ガラスロッドは、最終的に中心コア１１４、周辺コア１１５、１１６となる。

次に、フッ素添加石英ガラスロッドの中心位置と、この中心から等距離でありかつ隣接する孔間の距離が４０μｍとなるような位置に、上記延伸・切断した７本の石英ガラスロッドの直径よりも５％ほど大きな直径の孔が計７個開けられる。次に、７個の孔に塩素が０．３重量％添加された石英ガラスロッドがそれぞれ挿入される。

この後、フッ素添加石英ガラスロッドと挿入された7本の石英ガラスロッドを加熱することでフッ素添加石英ガラスロッドに設けられた孔がコラプスされる。これにより、フッ素添加石英ガラスロッドと挿入された7本の石英ガラスロッドは一体化し、マルチコア光ファイバのプリフォームが得られる。適切な線引条件で得られたプリフォームを線引することで、本実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００が製造される。

上述の第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００及び第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００は、一般的な構成のマルチコア光ファイバ、すなわち、それぞれＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなる複数のコアと、純石英ガラスからなるクラッドを備えたマルチコア光ファイバと比較して、以下の特徴を有している。すなわち、コアの少なくとも一部に純石英ガラスが使用されているため、ＧｅＯ_２添加コアが適用された光ファイバに対して、伝送損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ程度低減されるとともに非線形屈折率が１割程度低減されている。

また、それぞれＧｅＯ_２添加石英ガラスからなる複数のコアと、純石英ガラスからなるクラッドを備えるマルチコア光ファイバの場合、コアの加熱時の粘度がクラッドよりも低いため、コラプスにより一体化する際に、コアの形状が変形し易い（断面が真円とは異なる形状となってしまう可能性がある）。この場合、偏波モード分散が増大しやすい。これに対して、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００の中心コア１１１を構成する純石英ガラス及び周辺コア１１２，１１３を構成する石英ガラス（塩素をそれぞれ０．３重量％、０．６重量％添加）は、クラッド１２０を構成するフッ素を添加した石英ガラスと比較して加熱時の粘度が高い。したがって、コラプスによる一体化の際に、クラッド部分が変形しやすいのに対して、コア部分は変形しにくくなる（線引き時にもコアの形状を真円状に保ち易い）。したがって、コアの断面形状が非円形状となることに起因する偏波モード分散が低減される。また、第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００のように、中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６の全てが塩素が添加された石英ガラスで構成された場合にも、コアは変形しにくく、偏波モード分散が低減される。

上述のように、純石英ガラス、あるいは、塩素が微量に添加された石英ガラスの加熱時の粘度は、フッ素が添加された石英ガラスよりも高い。そのため、線引時の張力はコア部分に集中するとともに線引後にはコア部分に引張応力が残留する。加えて、線引時の張力を適切に調整することで、コア部分の引張残留応力によるコア部分の屈折率変化量を調整することができる。したがって、上述の第１及び第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００、２００の線引工程において、ある程度比屈折率差を調整することが可能になる。

第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００は、塩素の添加量が互いに異なる２種類のコアを含んで構成されている。このように、複数種類のコアがマルチコア光ファイバに適用されると、当該マルチコア光ファイバの断面における対称性が悪くなり、製造プロセスにおいてコアが変形する可能性が高まる。しかしながら、この第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００のように、フッ素が添加された石英ガラスからなるクラッドが適用されるとともに、純石英ガラス又は塩素を添加した石英ガラスからなるコアが適用される場合、クラッドの粘度と比較してコアの粘度が高いため、製造時のコアの変形が抑制される。

さらに、上述の第１及び第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００、２００の使用の際には、これら２本のマルチコア光ファイバ１００、２００同士は融着接続される。このとき、接続時の放電加熱により、クラッド１２０中のフッ素の一部がコア部分（マルチコア光ファイバ１００の場合は、中心コア１１１及び周辺コア１１２、１１３であり、マルチコア光ファイバ２００の場合は、中心コア１１４及び周辺コア１１５、１１６）にも拡散することで、各コアでの比屈折率差が低減され、モードフィールド径（ＭＦＤ）が拡大される。この結果、所望の接続損失を実現するために要求されるコア相互の位置ずれトレランスが拡大される。

なお、第１実施形態に係るマルチコア光ファイバ１００では、隣接するコア間で比屈折率差が互いに異なっている。また、第２実施形態に係るマルチコア光ファイバ２００では、隣接するコア間でその直径が互いに異なっている。このように、隣接するコア間で比屈折率差又は直径が互いに異なる設定されることにより、コア間クロストークの低減が可能になる。したがって、コア間隔を狭くした場合にもクロストークの増大を防ぐことができる。コア間隔７５μｍであって４つのコアが配置される標準的なマルチコア光ファイバ（直径１２５μｍ）と比べて、上記実施形態のマルチコア光ファイバ１００、２００はコア間隔が狭くコア数も多いが、このマルチコア光ファイバ１００、２００においてクロストークが問題となることはなく、クロストークが十分低減されていることが確認された。

なお、コア中心間距離は２０μｍ〜４５μｍであることが好ましい。複数のコアのコア中心間距離が４５μｍを超える場合には、マルチコア光ファイバの内部に配置できるコアの数が制限されるか、又は所望の数のコアを含んだマルチコア光ファイバを形成する場合に、マルチコア光ファイバの直径が大きくなってしまうため、コア中心間距離は４５μｍ以下とすることが好ましい。また、直径１２５μｍの標準的なマルチコア光ファイバの内部に１９個のコアを配列する（中心コアの中心を中心とした２重の円周上にそれぞれ６個、１２個の周辺コアを配置する）場合を考慮すると、コア中心間距離は、２０μｍ以上であることが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。

例えば、上記実施形態では周辺コアの数が６個である場合について説明したが、周辺コアの数は限定されない。また、周辺コアの位置は上記実施形態のようにマルチコア光ファイバの中心軸Ａ_Ｘ（当該マルチコア光ファイバの中心）を中心とした円周上に必ず配置する必要はない。さらに、マルチコア光ファイバの中心に中心コアが設けられていない構成とすることもできる。

また、上記実施形態ではマルチコア光ファイバにおける中心コア及び周辺コアの石英ガラスに添加した塩素の量は一例であり、適宜変更することができる。また、クラッドの石英ガラスに添加したフッ素の量も適宜変更することができる。

次に、上述の各実施形態に係るマルチコア光ファイバに適用可能なクロストーク低減構造について詳述する。例えば２０１０年電子情報通信学会（2010 IEICE） 通信ソサイエティ大会 通信講演論文集２ Ｂ−１０−１６（２０１０／Ｓｅｐ．／１４〜１７）の図３に記載の通り、マルチコア光ファイバのクロストークは曲げ半径に応じて変化する。

直線状態（曲げ半径無限大）におけるクロストークは隣接コア間の直径差を大きくすることで低減可能である。例えば、コア直径差が５．５％のファイバＡの曲げ半径無限大でのクロストーク（シミュレーションによる平均値）は−４０ｄＢ程度であるのに対し、コア直径差が１４．９％のファイバＢでは−５５ｄＢ程度となっている。

一方、曲げ半径によるクロストーク変化量は、ファイバＡが２５ｄＢ程度（−４０ｄＢ → −１５ｄＢ）であるのに対して、ファイバＢが３５ｄＢ程度（−５５ｄＢ → −２０ｄＢ）と、コア直径差が大きなファイバＢの方が曲げ半径によるクロストーク変化量が大きくなっている。

このため、マルチコア光ファイバの使用状態として、曲げ半径が事前に予測可能であれば、その曲げ半径に応じたコア直径差のマルチコア光ファイバを設計すれば良いことになる（ファイバＡとファイバＢではクロストークが最悪となる曲げ半径が異なる）。しかしながら、曲げ半径が事前に予測不能な場合は、コア直径差を小さくして曲げ半径によるクロストーク変化量を低減した上で、漏洩低減部を設ける等の手段により、クロストークの絶対値も低減させることが望ましいと考えられる。

また、マルチコア光ファイバの製造性、及び、マルチコア光ファイバの接続特性の観点からは、コア直径差は無いことが望ましい。なお、先の説明ではマルチコア光ファイバのコア直径差のみについて言及したが、クロストークの曲げ半径依存性は等価屈折率の影響を受けるため、コア間の比屈折率差の差異についてもコア直径の差異と同様な議論が成り立つ。

具体的に、漏洩低減部が適用されたマルチコア光ファイバについて、以下に説明する。なお、図４は、本発明に係るマルチコア光ファイバに適用される漏洩低減部の配置条件を説明するための図である。また、マルチコア光ファイバの構造をより単純化するため、以下、４つのコアを有するマルチコア光ファイバについて説明する。

一例として、図４（ａ）には、４つのコア３１０それぞれがクラッド３２０により覆われたマルチコア光ファイバ３００が示されている。このマルチコア光ファイバ３００の外周面は、被覆部３３０により覆われており、４つのコア３１０は、当該マルチコア光ファイバ３００の中心軸Ａ_Ｘを取り囲むように配置されている。また、クラッド３２０は、各コア３１０の周辺領域とそれ以外の領域とで機能が異なっている。具体的には、クラッド３２０は、後述するように、導波路としての各コア３１０における光伝搬に寄与する光学クラッドと、各コア３１０を物理的に保護するため一定の強度を当該マルチコア光ファイバ３００に与える物理クラッドに区別される。

上述のように４つのコアを有するマルチコア光ファイバ３００（図４（ａ））において、各コア３１０の周辺クラッド領域には漏洩低減部３５０が設けられている。すなわち、図４（ｂ）に示すように、本実施形態に係るマルチコア光ファイバ３００において、隣接するコア３１０の中心を結んだ直線Ｅ上には、少なくとも一部が位置するように漏洩低減部３５０が配置される。より具体的な構成を図５に示す。この図５は、漏れ光発生メカニズムとともに漏洩低減部の構造及び機能を説明するための図であり、図４（ａ）に示す領域Ａ（中心軸Ａ_Ｘに直交する当該マルチコア光ファイバ１の断面上の領域）に相当している。

図５に示す例では、環状の漏洩低減部３５０Ａが各コア３１０それぞれに対して用意されており、対応するコア３１０の周辺のクラッド３２０内に形成されている。特に、図５に示す例では、クラッド３２０は、コア３１０内を伝搬する光の伝送特性に影響を与える領域として該コア３１０の外周に設けられた光学クラッド３２１と、該コア３１０内を伝搬する光の伝送特性に影響を与えない領域として光学クラッド３２１の外周に設けられた物理クラッド３２２を備える。漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０それぞれの伝送性能の劣化を避けるべく、物理クラッド３２２内に形成されるのがより好ましい。なお、光学クラッド３２１と物理クラッド３２２は、伝送特性に影響を与えるか否かという機能の観点から区別される領域であり、組成等により構造上区別することはできない。そこで、添付された図面では、本願発明に理解を容易にするため、クラッド３２０を構成する光学クラッド３２１と物理クラッド３２２の境界が便宜的に破線で示されている。

また、図５に示すように、漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０からの漏れ光のパワーを低減する領域であって、吸収、散乱、閉じ込め等の偏向制御により漏れ光の光量を効果的に低減するよう機能する。また、中心軸Ａ_Ｘに対して直交する当該マルチコア光ファイバ３００の断面において、漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０の中心からの距離が、該コア３１０とその周辺に位置するクラッド３２０の一部で構成される領域（１本の光ファイバとして機能する領域）の、波長１．５５μｍにおけるＭＦＤの５／２倍になる位置からクラッド３２０の外周面（物理クラッド３２２と被覆部３３０との界面）までの間に設けられる。あるいは、漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０とその周辺に位置するクラッド３２０の一部で構成され得る領域の電界振幅がそのピーク値から１０^−４以下になる位置からクラッド３２０の外周面までの間に設けられてもよい。

上述のような構成において、小径曲げ（ハイパワー光伝搬時に当該マルチコア光ファイバ３００に対して加えられる小さな曲率半径での曲げ）に起因してコア３１０から光量Ｐ_０の漏れ光が漏洩低減部３５０Ａに到達すると、漏洩低減部３５０Ａにおいて漏れ光のほとんどが吸収されてしまう。具体的には、漏洩低減部３５０Ａを通過した漏れ光の光量は、漏洩低減部３５０Ａに到達してきた漏れ光の光量Ｐ_０の１／１０まで低減される（図５参照）。その結果、漏れ光が隣接するコア３１０に到達することに起因して発生するクロストークが効果的に低減される。

続いて、漏洩低減部３５０（図６における３５０Ａに相当）のより具体的な構造を図６及び図７を参照しながら説明する。なお、図６及び図７には、図４（ａ）に示すマルチコア光ファイバ３００の例が示されているが、コア数及びコア配置の異なる他のマルチコア光ファイバについても同様に漏洩低減部３５０Ａをそれぞれ構成することが可能であり、漏洩低減部３５０Ａは、吸収、散乱、閉じ込め等による偏向制御機能を有する。

まず、図６は、マルチコア光ファイバ３００Ａに適用可能な漏洩低減部３５０Ａの第１具体例を説明するための図である。図６（ａ）は、マルチコア光ファイバ３００Ａの断面構造を示し、図４（ａ）の断面構造に一致している。この第１具体例では、漏洩低減部３５０Ａとして、コア３１０と取り囲むように環状の形成されたトレンチ層といわれる屈折率の低い層が設けられている。すなわち、この第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａは、当該漏洩低減部３５０Ａよりも内側の領域内に漏れ光を閉じ込めることにより、漏れ光の偏向制御を行う。なお、図６（ｂ）はマルチコア光ファイバ３００Ａにおける一つのコアファイバ領域の屈折率プロファイルである。また、図６（ｃ）は、図６（ａ）における部分Ｄの拡大図であり、第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａとして、複数の空孔５１０を形成することにより屈折率の低い層を実現する例である。図６（ｄ）は、図６（ａ）における部分Ｄの拡大図であり、第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａとして、複数のボイド５２０を形成することにより屈折率の低い層を実現する例である。

マルチコア光ファイバ３００Ａは、石英系ガラスファイバであり、図６（ａ）に示す断面上に複数のコア３１０が配置されており、これら複数のコア３１０の周には光学クラッド３２１が位置し、さらに光学クラッド３２１の周辺には物理クラッド３２２が位置している。また、各コア３１０を取り囲む環状の漏洩低減部３５０Ａは、物理クラッド３２２内に設けられている。この第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０から伝搬してきた漏れ光を当該漏洩低減部３５０Ａで取り囲まれた内側領域に閉じ込めることにより、隣接するコア３１０への漏れ光の伝搬を抑制するよう機能する。なお、このような構造を有するマルチコア光ファイバ３００Ａにおいて、コア３１０は塩素が添加された石英ガラス、クラッド３２０は純石英ガラスからなり、クラッド３２０に対するコア３１０の比屈折率差は０．３５％（０．４％以下）である。また、コア３１０の外径は８．５μｍである。このようなコア３１０及びその周辺クラッドの一部で構成される領域（１本の光ファイバとして機能する領域）は、波長１．５５μｍにおいて１０．２μｍのＭＦＤを有する。さらに、この領域における電界振幅はコア３１０の中心（以下、コア中心という）でピーク値をとり、ピーク値の１０^−４となる位置は、コア中心から２８．５μｍだけ離れた位置である。したがって、漏洩低減部３５０Ａは、コア中心から半径方向Ｒに沿って２５．５μｍ（ＭＦＤの５／２倍の距離）以上離れるか、あるいは、コア中心から半径方向Ｒに沿って２８．５μｍ以上離れた、物理クラッド３２２内に設けられるのが好ましい。この第１具体例において、漏洩低減部３５０Ａは、コア中心から３５μｍから５０μｍまで範囲に形成されたリング状領域である。

この第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａを実現する第１手段は、図６（ｂ）に示すように屈折率プロファイルを設計することにより、各コア３１０からの漏れ光の偏向制御を実現する。特に、この第１手段では、当該マルチコア光ファイバ３００Ａにおける複数のコアファイバ領域それぞれの屈折率プロファイルとして、トレンチ構造の屈折率プロファイルを採用することにより漏れ光の偏向制御を行う。すなわち、図６（ｂ）に示すように、漏洩低減部３５０Ａに相当する石英ガラス領域にＦを添加することにより、光学クラッド３２１に対する当該漏洩低減部３５０Ａの比屈折率差は−０．７％に設定される。なお、マルチコア光ファイバ３００Ａは、石英系ファイバであり、図６（ｂ）の屈折率プロファイルからも分かるように、コア３１０は、塩素が添加された石英ガラスからなり、クラッド３２０は純石英ガラスからなる。また、コア３１０とクラッド３２０の比屈折率差は０．４％以下である。物理クラッド３２２内に設けられた漏洩低減部３５０Ａの屈折率は、Ｆ（屈折率低下剤）が添加されることにより、純石英ガラスよりも低くなっている。

また、図６（ｃ）は図６（ａ）における部分Ｄの拡大図であり、当該第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａとして、コア３１０からの漏れ光の偏向制御を実現するための第２手段を示す。この第２手段は、漏洩低減部３５０Ａに相当する領域に、中心軸Ａ_Ｘに沿って伸びた複数の空孔５１０を設けることにより漏れ光の偏向制御を行う。

さらに、図６（ｄ）は図６（ａ）における部分Ｄの拡大図であり、当該第１具体例に係る漏洩低減部３５０Ａとして、漏れ光の偏向制御を実現するための第３手段を示す。この第３手段は、図６（ａ）に示す断面上においてコア３１０を取り囲む環状の領域であって、中心軸Ａ_Ｘに沿って伸びた領域内に、ボイド５２０を散在させることによって形成された漏洩低減部３５０Ａを形成することにより漏れ光の偏向制御を行う。

上述の第１〜第３手段のように、漏洩低減部３５０Ａを、低屈折率領域、空孔形成領域、あるいはボイド散在領域として形成することにより、当該漏洩低減部３５０Ａの、クラッド３２０に対する比屈折率差は有意に低くなる。この結果、小径曲げ等に起因してコア３１０から隣接するコア３１０へ向かう漏れ光の一部は、漏洩低減部３５０Ａに取り囲まれた内側領域内に閉じ込められる。

ここで、各コア３１０から当該マルチコア光ファイバ３００Ａの被覆部３３０へ向かう漏れ光のうち、漏洩低減部３５０Ａで取り囲まれた内側領域内に閉じ込められる光の割合は、コア３１０から漏洩低減部３５０Ａまでの距離、漏洩低減部３５０Ａの厚さ、第１手段の構成でのクラッド３２０に対する漏洩低減部３５０Ａの比屈折率差、第２手段による構成では空孔の配置等、第３手段による構成ではボイドの配置等によって調節することが可能である。したがって、クラッド３２０の一部（光学クラッド３２１）を介して漏洩低減部３５０Ａに到達した漏れ光の光量Ｐ_０の１／１０以下まで、当該漏洩低減部３５０Ａを通過した漏れ光の光量を低減することが可能である。なお、空孔、ボイドを適切な配置することにより、フォトニックバンドギャップの効果で漏れ光を漏洩低減部３５０Ａで取り囲まれた内側領域内に閉じ込めることも可能である。

なお、上述のように構成される漏洩低減部３５０Ａは、各コア３１０とその周辺クラッドから構成される領域において、コア３１０の中心からＭＦＤの５／２倍以上である位置、あるいは、該領域における電界振幅がピーク値（コア中心においてピーク値をとる）の１０^−４以下になる位置よりも外側に存在する。そのため、漏洩低減部３５０Ａの存在が、コア３１０内を伝搬する光への影響は実効的に無視出来るレベルであり、漏洩低減部３５０Ａが伝送損失等の特性に与える影響も無視出来るレベルとなる。また、漏れ光の一部は漏洩低減部３５０Ａの外側にも漏れ出すため、漏洩低減部３５０Ａの内側領域内に閉じ込められた光成分も伝搬とともに次第に減衰する。このため、漏洩低減部３５０Ａに取り囲まれた内側領域内に閉じ込められた光成分が再びコア３１０内の伝搬光に結合することない（漏洩低減部３５０Ａの内側領域内に閉じ込められた光成分がコア３１０内の伝搬光の伝送特性に影響を与えることが実質的に回避され得る）。

次に、図７は、本発明に係るマルチコア光ファイバに適用可能な漏洩低減部の第２具体例を説明するための図である。この第２具体例に係る漏洩低減部３５０Ａは、各コアとその周辺クラッド３２０の一部から構成された領域において、コア３１０から到達してきた漏れ光の散乱を増大させることにより、漏れ光の偏向制御を行う。なお、図７（ａ）は、マルチコア光ファイバ３００Ａの断面構造を示し、図４（ａ）の断面構造に一致している。この第２具体例でも、第１具体例と同様に、コア３１０と取り囲むように環状に
漏洩低減部３５０Ａが形成されている。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）における部分Ｄの拡大図であり、第２具体例に係る漏洩低減部３５０Ａとして、吸収係数及び散乱係数の少なくとも何れかがクラッド領域よりも大きくなるよう形成された領域を実現する例である。

図７（ａ）に示すマルチコア光ファイバ３００Ａの断面上において、漏洩低減部３５０Ａは各コア３１０の周辺に配置されている。また、クラッド３２０は各コア３１０の周辺に位置する光学クラッド３２１と物理クラッド３２２に区別可能であり、各コア３１０を取り囲む環状の漏洩低減部３５０Ａは、物理クラッド３２２内に設けられている。この第２具体例に係る漏洩低減部３５０Ａは、コア３１０から伝搬してきた漏れ光を当該漏洩低減部３５０Ａで取り囲まれた内側領域内に閉じ込めることにより、隣接するコア３１０への漏れ光の伝搬を抑制するよう機能する。なお、このような構造を有する、コア３１０を含む領域において、コア３１０は塩素が添加された石英ガラス、クラッド３２０は純シリカガラスからなり、クラッド３２０に対するコア３１０の比屈折率差は１％である。また、コア３１０の外径は３０μｍである。このようなコア３１０を含む領域では、コア３１０は、波長１．５５μｍにおいてマルチモードとなるが、基底モードのＭＦＤは１９．８μｍである。さらに、コア３１０を含む領域それぞれにおける電界振幅はコア中心でピーク値をとり、ピーク値の１０^−４となる位置は、コア中心から２３．１μｍだけ離れた位置である。したがって、この第２具体例に係る漏洩低減部３５０Ａは、コア中心から半径方向Ｒに沿って４９．５μｍ（ＭＦＤの５／２倍の距離）以上離れるか、あるいは、コア中心から半径方向Ｒに沿って２３．１μｍ以上離れた、物理クラッド３２２内に設けられる。この第２具体例において、漏洩低減部３５０Ａは、コア中心から３５μｍから５０μｍまで範囲に形成されたリング状領域である。

図７（ｂ）に示す漏れ光の偏向制御手段は、漏洩低減部３５０Ａに相当する領域に添加された微小異方体５３０により漏れ光の散乱を増大させることにより漏れ光の偏向制御を行う。このような漏洩低減部３５０Ａとしては、例えば伸長されたハロゲン化銀粒子（微小異方体５３０）を含んだガラスが考えられる。

上述のように環状の漏洩低減部３５０Ａに上記微小異方体５３０を添加することにより、当該漏洩低減部３５０Ａにおける漏れ光の散乱（この結果として、漏れ光が偏向される）、及び、漏れ光の吸収（漏れ光は減衰する）は、他のガラス領域よりも大きくなる。すなわち、漏洩低減部３５０Ａは、クラッド３２０と比較して大きな吸収係数、及び、散乱係数を有する。したがって、この第２具体例に係る漏洩低減部３５０Ａによっても、当該漏洩低減部３５０Ａを通過して隣接するコア３１０へ向かう漏れ光の光量を効果的に低減することが可能になる。

１００、２００、３００、３００Ａ…マルチコア光ファイバ、１１１、１１４…中心コア、１１２、１１３、１１５、１１６…周辺コア、３１０…コア、１２０、３２０…クラッド、３２１…光学クラッド、３２２…物理クラッド、１３０、３３０…被覆部、３５０、３５０Ａ…漏洩低減部、５１０…空孔、５２０…ボイド、５３０…ハロゲン化銀粒子（微小異方体）。

Claims (10)

1. 所定軸方向に沿って延びる複数のコアと、前記複数のコアの周囲を覆うクラッドとを備えるマルチコア光ファイバであって、
   前記クラッドは、フッ素が添加された石英ガラスにより形成され、
   前記複数のコアは、塩素が添加された石英ガラス又は純石英ガラスにより形成されことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
2. 前記複数のコアのうち隣接するコア同士の中心間距離は、２０μｍ〜４５μｍであることを特徴とする請求項１記載のマルチコア光ファイバ。
3. 前記複数のコアのうち隣接するコア間において、塩素の添加量が互いに異なることを特徴とする請求項１又は２記載のマルチコア光ファイバ。
4. 前記複数のコアのうち隣接するコア間において、比屈折率差及び直径のうち少なくとも一つが互いに異なり、その差が前記複数のコアの相加平均値に対して５％以上大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のマルチコア光ファイバ。
5. 前記複数のコアのうち隣接するコア同士を結ぶ直線上に少なくともその一部がそれぞれ位置するように設けられた漏洩低減部を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のマルチコア光ファイバ。
6. 前記漏洩低減部のうち少なくともいずれかは、前記所定軸方向に直交する断面上において、前記複数のコアのうち対応するコアを取り囲む環状になるように前記クラッド内に形成されていることを特徴とする請求項５記載のマルチコア光ファイバ。
7. 前記漏洩低減部の少なくともいずれかは、当該漏洩低減部により取り囲まれた領域内における伝搬光の閉じ込め率を高めた屈折率分布を有することを特徴とする請求項５又は６記載のマルチコア光ファイバ。
8. 前記漏洩低減部の少なくともいずれかは、実質的に屈折率を低減する構成として、前記複数のコアそれぞれの周辺クラッド内に屈折率低下剤が添加されるか、又は、空孔が形成された領域であることを特徴とする請求項７記載のマルチコア光ファイバ。
9. 前記漏洩低減部の少なくともいずれかは、伝搬光のパワーを低減する素材で構成されていることを特徴とする請求項５又は６記載のマルチコア光ファイバ。
10. 前記素材は、吸収係数、及び、散乱係数の少なくとも何れか一方が前記クラッドよりも大きいことを特徴とする請求項９記載のマルチコア光ファイバ。

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