JP2013171181A

JP2013171181A - マルチコアファイバ

Info

Publication number: JP2013171181A
Application number: JP2012035181A
Authority: JP
Inventors: Akira Ogura; 明小倉; Hei Yo; 兵姚; Kazumasa Osono; 和正大薗; Tomonori Watanabe; 智紀渡邊; Yoshiaki Sato; 好昭佐藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02

Abstract

【課題】隣接するコア間の距離が短くてもクロストークが発生しにくく、従来に比べて更なるコアの高密度化を実現することができ、光伝送路の大容量化と多重化に貢献することができるマルチコアファイバを提供する。
【解決手段】クラッド１１中に複数のコア１２ａ，１２ｂを有し、複数のコア１２ａ，１２ｂが断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバ１０，２０であって、隣接する第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数間隔を一致させると共に第２のコア１２ｂの位相定数を第１のコア１２ａの位相定数間隔の中央に位置させたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、クラッド中に複数のコアを有するグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバ（ＧＩ−ＭＣＦ）に関するものである。

近年の光通信の需要増加に伴い、光伝送路の大容量化と多重化が求められていることから、１本の光ファイバ中で空間分割多重伝送を行うことができるマルチコアファイバが注目されている。

このマルチコアファイバは、均一な屈折率を有するクラッド中に複数のコアを配置することによって複数の光伝送を可能にしたものであり、１本の光ファイバ中で安定した空間分割多重伝送を行うことができる。

その中でもグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバは、耐屈曲性や接続容易性に優れると共に高速伝送が可能であることから、研究、開発が盛んに行われている。

特開２０１１−１７０３３６号公報

武笠、外２名、「モード多重伝送用３モードファイバの最適化検討」、IEICE Technical Report OFT2011-33、社団法人電子情報通信学会、２０１１年１０月、ｐ．１１−１４

光伝送路の大容量化と多重化のためには、クラッド中に複数のコアを高密度で配置することが望ましいが、限られた断面積のクラッド中に多数のコアが配置されることになるため、隣接するコア間の距離は高密度化に伴って短くなる傾向にある。

隣接するコア間の距離が短くなると、あるコアに入射した光が別のコアに漏れ出して伝送損失が増加するクロストークと呼ばれる現象が発生し易くなる。クロストークを低下させるためには、隣接するコア間の距離を十分に確保する必要があるが、そうするとクラッド中に配置できるコアの数を大きく増加させることはできない。

このようにマルチコアファイバにおけるコアの高密度化と低クロストーク化は相反する関係にあり、光伝送路の大容量化と多重化には限界があった。

そこで、本発明の目的は、隣接するコア間の距離が短くてもクロストークが発生しにくく、従来に比べて更なるコアの高密度化を実現することができ、光伝送路の大容量化と多重化に貢献することができるマルチコアファイバを提供することにある。

この目的を達成するために創案された本発明は、クラッド中に複数のコアを有し、前記複数のコアが断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバであって、隣接する第１のコアと第２のコアの位相定数間隔を一致させると共に前記第２のコアの位相定数を前記第１のコアの位相定数間隔の中央に位置させたマルチコアファイバである。

前記第１のコアと前記第２のコアの中心屈折率をそれぞれｎ_0a，ｎ_0b、前記第１のコアと前記第２のコアの位相定数間隔をそれぞれΔβ_a，Δβ_b、任意の位相定数間隔をΔβ、波数をｋとしたとき、下式（１），（２）の関係を満たすと良い。

隣接する第１のコア間と隣接する第２のコア間に空孔が形成されると良い。

本発明によれば、隣接するコア間の距離が短くてもクロストークが発生しにくく、従来に比べて更なるコアの高密度化を実現することができ、光伝送路の大容量化と多重化に貢献可能なマルチコアファイバを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るマルチコアファイバを示す断面図である。本発明の一実施の形態に係るマルチコアファイバを示す断面図である。コアの位相定数間隔と位相定数の位置を調整する方法を説明する図である。本発明の原理を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１，２に示すように、本実施の形態に係るマルチコアファイバ１０，２０は、クラッド１１中に複数のコア１２ａ，１２ｂを有し、複数のコア１２ａ，１２ｂが断面視で１重以上の偶数角形状（図１の形態）又は矩形格子状（図２の形態）に配置されたグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバであって、隣接する第１のコア（ＧＩ−ａ）１２ａと第２のコア（ＧＩ−ｂ）１２ｂの位相定数間隔を一致させると共に第２のコア１２ｂの位相定数を第１のコア１２ａの位相定数間隔の中央に位置させたことを特徴とするものである。

グレーデッドインデックス型のマルチコアファイバにおけるコアの位相定数βは、コアの中心屈折率ｎ₀、波数ｋ、モード番号ｍ、及び位相定数間隔Δβを用いて下式（３）のように表される。

ここで、波数ｋは波長λを用いて下式（４）、位相定数間隔ΔβはパラメータＬを用いて下式（５）、パラメータＬはコアの半径ｒと比屈折率差Δとを用いて下式（６）、比屈折率差Δはコアの中心屈折率ｎ₀とクラッドの屈折率ｎ₁とを用いて下式（７）で表される。

従って、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数間隔Δβ_a，Δβ_bを一致させるためには下式（８）を満たす必要があり、第２のコア１２ｂの位相定数β_bを第１のコア１２ａの位相定数間隔Δβ_aの中央に位置させるためには下式（９）を満たす必要がある。なお、添え字「ａ」は第１のコア１２ａに関する値であることを示し、添え字「ｂ」は第２のコア１２ｂに関する値であることを示す。

式（５）と式（８）から下式（１０）の条件が導き出され、式（５）と式（９）から下式（１１）の条件が導き出される。

そして、式（６），（７）を式（１０），（１１）に代入すると共に波長λが同一であると仮定すれば、結局、２つの条件は、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの中心屈折率ｎ_0a，ｎ_0bと、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの半径ｒ_a，ｒ_bの関数として表すことができる。そのため、２つの条件を満たすためには、中心屈折率ｎ_0a，ｎ_0bと半径ｒ_a，ｒ_bを調整する必要がある。

図３に示すように、屈折率分布の形状が同じであれば、第１のコア１２ａの中心屈折率ｎ_0aに対して第２のコア１２ｂの中心屈折率ｎ_0bをシフトさせると、第２のコア１２ｂの半径ｒ_bも変化するため、第２のコア１２ｂの中心屈折率ｎ_0bを調整することで、第２のコア１２ｂの位相定数間隔Δβ_b及び位相定数β_bの位置を調整することができる。これにより、式（１０）と式（１１）の条件を満たすことができる。

この際、比屈折率差Δ、即ちコアとクラッドの屈折率差が大きいほど光の閉じ込め効果が大きくなるため、第１のコア１２ａの中心屈折率ｎ_0aを設計上の最大屈折率で固定し、第２のコア１２ｂの中心屈折率ｎ_0bを低下させる方向に調整することが好ましい。

ｉ＝１として２つの条件を満たした第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数β_a，β_bの形状を図４に示す。図４において、ｍ_amaxは第１のコア１２ａの最大モード数、ｍ_bmaxは第２のコア１２ｂの最大モード数、斜線部分はβの取り得る範囲（即ち、コア中心からクラッドまでの領域におけるβの値）を示す。

図４から分かるように、第２のコア１２ｂの位相定数間隔Δβ_bと位相定数β_bの位置を調整することで、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数間隔Δβ_a，Δβ_bを一致させると共に第２のコア１２ｂの位相定数β_bを第１のコア１２ａの位相定数間隔Δβ_aの中央に位置させることができる。

このようにすることで、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数β_a，β_bを重ならないように設定することができ、第１のコア１２ａと第２のコア１２ｂの位相定数差を最大にし、曲げによる位相定数変化が生じても隣接するコアへのクロストークを生じにくくすることができる。

そのため、本発明によれば、隣接するコア１２ａ，１２ｂ間の距離が短くてもクロストークが発生しにくく、従来に比べて更なるコア１２ａ，１２ｂの高密度化を実現することができ、光伝送路の大容量化と多重化に貢献可能なマルチコアファイバを提供することができる。

なお、図１，２のマルチコアファイバ１０，２０において、中心にコア１２ａ又は１２ｂを配置しても構わない。この場合、中心にコア１２ａ又は１２ｂを配置しない場合に比べてクロストークは多少増加するが、それでも従来に比べればクロストークを低下させることが可能である。

また、図１では６角形状に１重でコア１２ａ，１２ｂを配置したが、２重以上に複数のコア１２ａ，１２ｂを配置してより高密度化を図ることもできる。

更に、図２のように高密度で複数のコア１２ａ，１２ｂを配置した場合には、同種コア同士の距離も近接するため、同種コア間のクロストークが増加する場合がある。その場合には、隣接する第１のコア１２ａ間と隣接する第２のコア１２ｂ間に空孔１３を形成することで、同種コア間のクロストークを低下させることができる。この技術を上述した技術と組み合わせることで、異種コア間及び同種コア間におけるクロストークを最大限に低下させることができる。

１０，２０マルチコアファイバ
１１クラッド
１２ａ第１のコア
１２ｂ第２のコア
１３空孔

Claims

クラッド中に複数のコアを有し、前記複数のコアが断面視で１重以上の偶数角形状又は矩形格子状に配置されたグレーデッドインデックス型のマルチコアファイバであって、
隣接する第１のコアと第２のコアの位相定数間隔を一致させると共に前記第２のコアの位相定数を前記第１のコアの位相定数間隔の中央に位置させたことを特徴とするマルチコアファイバ。
前記第１のコアと前記第２のコアの中心屈折率をそれぞれｎ_0a，ｎ_0b、前記第１のコアと前記第２のコアの位相定数間隔をそれぞれΔβ_a，Δβ_b、任意の位相定数間隔をΔβ、波数をｋとしたとき、下式（１），（２）の関係を満たす請求項１に記載のマルチコアファイバ。
隣接する第１のコア間と隣接する第２のコア間に空孔が形成される請求項１又は２に記載のマルチコアファイバ。