JP2014142660A - マルチコアファイバにおけるクロストークの操作技術 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】共通のクラッド領域24に配置された複数のコア領域22a〜22gを備えるマルチコア光ファイバ20であって、複数のコア領域22a〜22gの各々は、ファイバの長手方向軸に沿った光伝送のためのそれぞれの導波路を伝搬するように構成され、少なくとも2つのコア領域は、それらの間で十分な量のゆがみが存在し、動作の選定された長手方向領域内で共振結合を減少するように構成されている。
【選択図】図1
Description
本出願は、2009年12月2日に出願された米国仮特許出願第61/265,997号および2010年3月5日に出願された同第61/311,177号、2010年3月16日に出願された同第61/314,165号、並びに2010年10月12日に出願された同第61/392,472号についての優先権を主張し、それら全ての出願はそれらの全部が参照のためにここに引用される。
1.序文 − マルチコアファイバ(MCF)の例と方法の要約
2.結合モードモデル
3.ゆがみ−コアファイバの設計
4.マルチコアファイバの回転
5.マルチコアファイバにおけるクロストークの減少
6.可変回転割合
7.曲げ誘発位相整合
8.分析的アプローチ
9.定常ランダム曲げプロセスの結果
10.一般的技術
11.シングルモードコア、マルチモードコア、あるいはその組み合わせに対する記載された技術の適用性
12.おわりに
本技術は、本出願の出願人によって所有され、全てが参照のためにここに引用される2010年3月16日に出願された米国仮特許出願第61/314,184号に記載されているタイプの7コアのマルチコアファイバの設計に関する記述である。しかし当然のことながら、記載の技術は、異なるコア数、異なるコアおよびクラッド構造、異なるコア形状といったものを持つ他のタイプのマルチコアファイバとともに、他の状況にも適用できる。
1.所望する動作範囲でクロストークを減少させるねじりをファイバに与える。回転は、不規則性を与えるようファイバ長に渡って方向を行ったり来たり、あるいは変えたりする。あるいは、コア間の固定された幾何学的配置の近くに保持するというように、所望する効果を得るため回転は選択された許容値内で不変を持続する。
2.たとえ曲げや他の乱れが存在するときでも、隣接するコアが、所望する動作範囲で結合を減少させるのに十分異なる実効屈折率のモードを持つように、異なるコアを作成しそれらを配置する。
3.ファイバやケーブルの機構的設計により曲げやねじれを強いる。例えば、(矩形あるいはD形の外形といった)非円形ファイバは曲げにとって望ましい方向性を持つ。コアの配置はファイバやケーブルの曲げやねじれ特質に基づいて決定される。類似の効果は望ましい方向性を示すケーブル設計でも達成できる。例えば、中心線の反対側にある2つの硬いメンバはメンバ面に垂直な平面では曲げを制限する。
4.曲げ、回転あるいはねじりといったパラメーターが望ましくない領域での配置が、上記に記載のファイバおよびケーブル設計のいずれにおいても容易に見出され、回避されることができるように、ファイバあるいはケーブルを作成する。
5.曲げが大部分がある方向に沿ったものであり、隣接しつつ、かつコア同士の距離間隔が主にその曲げ方向に沿っているコア同士の間のクロストークを減少するために、その方向に沿ってコア間隔やインデックスプロファイルあるいはインデックス整合を修正するというようなファイバあるいはケーブルを作成する。
本発明の第一の特徴によると、ファイバの回転制御は、ファイバの曲げに対しコアの方向性を変化させることでクロストークをかなり削減するのに利用される。本発明におけるこの特徴は、以下にある結合モードモデルに準じて理解される。
曲げの乱れと実際の製造、張りおよび温度変化は、例えば、最も隣接するコアの意図的にゆがませた実効屈折率のある低クロストークファイバの設計において、きわめて重要である。これらの要因を無視した先の分析は、断面が挿入図110に示されている上記に記載の種類の典型的な7コアファイバについて、方程式(1)の伝送行列伝搬を使ったシミュレーションのグラフ100を示している図6に示されたような結果をもたらす。外側の6個のコアは、最も隣接するものが少なくともΔnskewでゆがめられるというΔnm eff=±Δnskewを持つ。破線101は、約30mの長さで生じるピーククロストーク値(1×100に規格化されている)を示す。破線102、103、104および105は、実効屈折率の乱れが1×10−5から7×10−5の範囲での個々のピーククロストーク値を示す。これらのとても小さいゆがみでもかなりの量のクロストークが減少する。
本発明の特徴によれば、ファイバの回転はクロストークの減少に利用される。上記で記載のとおり、ファイバの回転は、線引き中に選択したあるいは所望する回転形状に合わせてファイバあるいはファイバプリフォームを回転することによりねじれをファイバに導入するという製造技術である。
曲げおよび製造の変化は質的にマルチコアファイバのクロストークを変化させ、いかなる実際のクロストークシミュレーションにとって重要であるということは上記で示されている。この曲げ効果を理解することにより、例えば、曲げや製造の変化が存在しているときに位相整合を避けるのに十分であるようコアをゆがめることといった、現実のシステムに適合する低クロストークファイバの設計をすることが可能である。コア間隔も調整が可能であり、よってそれは全て同じではない。例えば、等しくないコア間隔は、マルチコアプリフォームの組み立ての前に個々のコアロッドで測定された変化に対し、調整するために利用される。さらに等しくないコア間隔は、非対称なファイバやケーブルにおいてどの方向の曲げが起こりやすいかという認識とともに利用される。
シミュレーションはさらに、マルチコアファイバにおいて割合を可変できる回転が、かなりクロストークを減少するということを示している。回転割合は、正弦曲線的に正と負の間を最大割合で変えられる。図10のグラフ180において、2つの可変できる回転割合が比較され、シミュレーションされたほとんどの曲げ半径において、より高い可変の回転割合の方が、クロストークの大幅な減少を達成している。実線181aおよび182aは、最大が1mあたり3.14radとなる可変の回転割合における値を示し、実線181bおよび182bは最大が1mあたり31.42radとなる可変の回転割合における値を示す。
図11は、曲げの結果として2つ、あるいはそれ以上のコア間で生じる断続的な位相整合を説明する略図である。曲げの方向性がふらつくことで曲げの乱れが位相整合を変化させる。
コア間の非摂動な不一致は
伝送の非対角行列要素はフーリエ変換と似てくる。
1.Δz>>fの相関長さ
2.Δzは十分小さいのでその間隔の中では複数の結合事象が無視できる
3.Δz<<AおよびCにおける変化の長さスケール
図12はここに記載の本発明の様々な特徴に準じる一般的な技術300のフローチャートである。方法300は以下の要素から成っている。
当然のことながら、上記の手法は異なるタイプのマルチコアファイバに適用できる。その手法は、複数のシングルモードコアから成るマルチコアファイバの状況について上記に記載されている。さらに、その手法は、複数のマルチモードコアから成るマルチコアファイバ、あるいはシングルモードとマルチモードのコアの組み合わせから成るマルチコアファイバ、あるいは有効モード指数整合の発生を増加あるいは減少することによりクロストーク量を操ることができる他のいかなるタイプのマルチコアファイバの状況についても適用される。
先行の記述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んでいるが、記述は実際には実例であり、その多くの改良や変化は、それらの教示の利益を有する当業者には明らかであろうことを認識すべきである。それは、結果的に、ここでの本発明は本明細に添付の請求項によって唯一定義され、その請求項は従来の技術によって広く認められていると解釈されることを意味している。
22a−g、204a−c:コア領域
24:共通クラッド領域
26:六角形
28:長手方向軸
30:マルチコアファイバの直径
40:屈折率プロファイル
50、60:ファイバ
52:ファイバの曲げ
62:プリフォーム
64:コントローラー
66:回転プロファイル
68:ねじれ
70:回転周期
72:ファイバ断面
80:D形マルチコアファイバ
82:12個のコア配列
90:6個のD形マルチコアファイバ配列
92:ケーブル部品
100、120、140、160、180:グラフ
101、102、103、104、105:クロストーク値
121、122、123、124、125:クロストーク値
141、142、143、144:クロストーク値
161、162、170:クロストーク値
181、182:クロストーク値
202:円筒
210:ゼロ曲げプロファイル
210’:共振曲げプロファイル
212:コアインデックス
300、301、302、303:本発明の様々な特徴に準じる一般的な技術
Claims (2)
- 共通のクラッド領域に配置された複数のコア領域を備えるマルチコア光ファイバであって、
前記複数のコア領域の各々は、前記ファイバの長手方向軸に沿った光伝送のためのそれぞれの導波路を伝搬するように構成され、
少なくとも2つの前記コア領域は、それらの間で十分な量のゆがみが存在し、動作の選定された長手方向領域内で共振結合を減少するように構成されている、マルチコア光ファイバ。 - マルチコアファイバを製作する方法であって、
(a)共通のクラッド領域内に配置された複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバを提供するステップであって、前記複数のコア領域の各々は、ファイバの長手方向軸に沿って個々の光伝送を伝搬するように構成されている、ステップと、
(b)少なくとも2つのコア領域を、それらの間に十分な量のゆがみが存在し、選択された動作領域における共振結合を抑えるように構成するステップと、を具備する方法。
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