JP2015102687A - マルチコアファイバ - Google Patents

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Abstract

【課題】 マルチコアファイバの外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減し得るマルチコアファイバを提供する。【解決手段】 本発明におけるマルチコアファイバ１は、複数のコア１１と、複数のコア１１を囲むクラッド１２とを備える。このマルチコアファイバ１では、互いに隣り合うとともにクラッド１２からコア１１に至るまでの屈折率の変化が異なるコア１１Ａ，１１Ｂの組が、当該クラッド１２の中心Ｃ１を通る直線上に並べられて配置される。【選択図】 図１

Description

本発明はマルチコアファイバに関し、コア間のクロストークを低減させる場合に好適なものである。
現在、一般に普及している光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバは、１本のコアをクラッドで囲んだ構造となっており、このコア内を光信号が伝搬することで情報が伝送される。
近年の光ファイバ通信システムでは、数十本から数百本といった多数の光ファイバが用いられ、伝送情報量が飛躍的に増大している。こうした光ファイバ通信システムにおける光ファイバの数を低減させるため、複数のコアをクラッドで囲んだマルチコアファイバが提案されている。
例えば、複数のコアを１つの直線上に並列し、これらコア全体をクラッドで被われた構造を有するマルチコアファイバが下記特許文献１に提案されている。
特開平１０−１０４４４３
ところで、上記特許文献１におけるマルチコアファイバでは、隣り合うコアの中心軸間の距離（コア間ピッチ）が２０μｍとされているため、当該コア間のクロストークが懸念される。
一方、隣り合うコアの中心軸間の距離（コア間ピッチ）が大きくなるほど、複数のコアが直線上に並べられている方向におけるマルチコアファイバの外径が大きくなるため、マルチコアファイバが大型化してしまう。
そこで本発明は、マルチコアファイバの外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減し得るマルチコアファイバを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、複数のコアと、前記複数のコアを囲むクラッドとを備えるマルチコアファイバであって、互いに隣り合うとともにクラッドからコアに至るまでの屈折率の変化が異なるコアの組が、前記クラッドの中心を通る直線上に並べられて配置されることを特徴とする。
このコアの組では、クラッドからコアに至るまでの屈折率の変化が異なるため、当該変化が同じコア同士を隣り合わせる場合に比べて、当該コアの中心軸間の距離を小さくしてもクロストークを低減できる。こうして、本発明のマルチコアファイバは、マルチコアファイバの外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減することができる。
互いに隣り合うコアの組においてクラッドからコアに至るまでの屈折率の変化を異ならせる場合、前記コアの組における一方のコアは、前記一方のコアの平均屈折率よりも低い平均屈折率の内側クラッド層に囲まれ、前記内側クラッド層は、前記内側クラッド層の平均屈折率よりも低い平均屈折率のトレンチ層に囲まれ、前記コアの組における他方のコアと前記クラッドとの間には、前記内側クラッド層及び前記トレンチ層が配置されていない構造を採用することができる。
また、前記コアの組における一方のコアと他方のコアとのモードフィールド径は同程度とされ、前記一方のコアの平均屈折率は、前記他方のコアの平均屈折率よりも高い構造を採用することができる。
なお、前記一方のコアと前記他方のコアとは交互に配置されることが好ましい。このようにした場合、一方のコアと他方のコアとを交互に配置しない場合に比べて、隣り合うコア間のクロストークを低減しながらもコアの中心軸間の距離をより一段と小さくすることができる。
また、前記一方のコアは、最も外側に位置する１対の外側コアとされ、前記他方のコアは、前記１対の外側コアに挟まれる内側コアとされることが好ましい。このようにした場合、コアに対する外乱の影響を抑えつつもコア間のクロストークを抑えることができる。
また、前記内側コアは２本以上とされ、互いに隣り合う前記内側コアの中心軸間の距離は、前記外側コアと前記外側コアの隣に位置する前記内側コアとの中心軸間の距離よりも大きいことが好ましい。
このようにした場合、互いに隣り合う内側コアの中心軸間の距離と、外側コアとその外側コアの隣に位置する内側コアとの中心軸間の距離とが同程度である場合に比べて、内側コア同士のクロストークを抑えつつもマルチコアファイバを薄厚化することができる。
以上のように本発明によれば、マルチコアファイバの外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減し得るマルチコアファイバが提供される。
第１実施形態におけるマルチコアファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。 クラッド内の屈折率プロファイルを示す図である。 第２実施形態におけるマルチコアファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。 第３実施形態におけるマルチコアファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。 第３実施形態におけるクラッド内の屈折率プロファイルを示す図である。
以下、本発明を実施するために好適となる実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。
（１）第１実施形態
図１は、第１実施形態におけるマルチコアファイバ１の長手方向に垂直な断面を示す図である。図１に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ１は、複数のコア１１と、複数のコア１１を被覆するクラッド１２と、クラッド１２を被覆する第１保護層１３と、第１保護層１３を被覆する第２保護層１４とを主な構成要素として備える。
複数のコア１１は、クラッド１２の中心Ｃ１を通る直線ＬＮ上に並べられて配置されており、最も外側に位置する１対の外側コア１１Ａと、当該１対の外側コア１１Ａに挟まれる内側コア１１Ｂとを有する。
本実施形態の場合、外側コア１１Ａは内側クラッド層２１に囲まれ、当該内側クラッド層２１はトレンチ層２２に囲まれる。一方、内側コア１１Ｂは２本とされ、互いに隣り合う内側コアの中心軸間の距離Λ１は、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとの中心軸間の距離Λ２よりも大きくされる。
また、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとのカットオフ波長の差は１００ｎｍ以下とされ、トレンチ層２２の外周面とクラッド１２の外周面との最短距離ＳＤは１５μｍ以上６２．５μｍ以下の範囲内とされる。
なお、図１では、クラッド１２の中心Ｃ１を通る直線ＬＮ上に各コア１１の中心が位置しているが、当該直線ＬＮ上に並べられて各コア１１が配置されていれば、各コア１１の中心はクラッド１２の中心Ｃ１を通る直線からずれた位置であっても良い。
図２は、クラッド１２内の屈折率プロファイルを示す図である。図２に示すように、外側コア１１Ａは、当該外側コア１１Ａの平均屈折率ｎ１よりも低い平均屈折率ｎ２の内側クラッド層２１に囲まれる。この内側クラッド層２１は、当該内側クラッド層２１の平均屈折率ｎ２及びクラッド１２の平均屈折率ｎ４よりも低い平均屈折率ｎ３のトレンチ層２２に囲まれる。
例えば、ゲルマニウム等の平均屈折率を上げるドーパントが添加された石英で外側コア１１Ａが構成され、純粋な石英でクラッド１２が構成される。また、外側コア１１Ａのドーパント量よりも少ない量のドーパントが添加された石英で内側クラッド層２１が構成され、フッ素等の平均屈折率を下げるドーパントが添加された石英でトレンチ層２２が構成される。
内側コア１１Ｂの平均屈折率ｎ１は外側コア１１Ａの平均屈折率ｎ１と同程度であり、当該内側コア１１Ｂとクラッド１２との間には、内側クラッド層２１とトレンチ層２２とが配置されていない。
このように、互いに隣り合うコア１１の組のうち、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとの組は、クラッド１２からコア１１に至るまでの屈折率の変化が異なっている。
なお、図２では、内側クラッド層２１の平均屈折率ｎ２がクラッド１２の平均屈折率ｎ４と同程度となっているが、当該内側クラッド層２１の平均屈折率ｎ２はクラッド１２の平均屈折率ｎ４より高くても低くても良い。
以上のマルチコアファイバ１では、互いに隣り合うとともにクラッド１２からコア１１に至るまでの屈折率の変化が異なるコア１１Ａ及び１１Ｂの組が、当該クラッド１２の中心Ｃ１を通る直線上に並べられて配置されている。
このため、このコア１１Ａ及び１１Ｂの組における中心軸の距離Λ２が、クラッド１２からコア１１に至るまでの変化が同じコア１１Ｂ同士の中心軸間の距離Λ１に比べて小さくても、当該コア１１Ａ及び１１Ｂの組におけるコア間のクロストークを低減できる。こうして、本実施形態におけるマルチコアファイバ１は、当該マルチコアファイバ１の外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減することができる。
また、このようなコアの組における一方は最も外側に位置する外側コア１１Ａとされ、当該組の他方は内側コア１１Ｂとされているため、当該コア１１に対する外乱の影響を抑えつつもコア間のクロストークを抑えることができる。
ところで本実施形態の場合、内側コア１１Ｂは２本とされ、互いに隣り合う内側コアの中心軸間の距離Λ１は、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとの中心軸間の距離Λ２よりも大きくされている。このため、内側コア１１Ｂの中心軸間の距離Λ１及びΛ２同士が同程度である場合に比べて、内側コア１１Ｂ同士のクロストークを抑えつつも最短距離ＳＤを小さくすることができる。
また、これら中心軸間の距離Λ１及びΛ２が２４μｍ以上とされているため互いに隣り合うコア間のクロストークを有効に抑えることができ、当該中心軸間の距離Λ１及びΛ２が３５μｍ以下とされているためマルチコアファイバ１の外径が大きくなることを抑制することができる。
また本実施形態の場合、トレンチ層２２の外周面とクラッド１２の外周面との最短距離ＳＤは１５μｍ以上６２．５μｍ以下とされているため、各コア１１に対する外乱の影響を有効に抑えつつも薄厚化することができる。なお、この最短距離ＳＤは、２０μｍ以上３５μｍ以下とされることがより好ましい。
さらに本実施形態の場合、最もカットオフ波長のばらつきが生じ易い外側コア１１Ａと内側コア１１Ｂとのカットオフ波長の差が１００ｎｍ以下とされている。このため、マルチコアファイバ１の長さが１０００ｍ以下の短距離用であったとしても、クラッド１２に囲まれる複数のコア１１おいて互いに隣り合うコアすべてのカットオフ波長の差を１００ｎｍ以下とすることができる。したがって、外側コア１１Ａと内側コア１１Ｂとのカットオフ波長の差が１００ｎｍを超える場合に比べて、シングルモードで光を伝搬させ得る通信波長帯域を広げることができる。
一般的に、内側クラッド層２１及びトレンチ層２２を設けた場合、当該内側クラッド層２１及びトレンチ層２２を設けない場合に比べ、カットオフ波長は長くなる傾向にある。したがって、外側コア１１Ａと内側コア１１Ｂとのカットオフ波長の差が１００ｎｍ以下とするためには、内側クラッド層２１に囲まれるコア１１Ａと、当該内側クラッド層２１に囲まれていないコア１１Ｂとで、当該コアの屈折率及び直径のいずれか又は双方を異ならせることがより望ましい。具体的には、コア１１Ａの屈折率がコア１１Ｂの屈折率よりも小さい関係、及び、コア１１Ａの直径がコア１１Ｂの直径よりも小さい関係のいずれか又は双方を採用することで、カットオフ波長をより一段と短くすることができる。
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。ただし、第２実施形態におけるマルチコアファイバの構成要素のうち第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
図３は、第２実施形態におけるマルチコアファイバ２の長手方向に垂直な断面を示す図である。図３に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ２では、内側クラッド層２１及びトレンチ層２２の設置態様が第１実施形態のマルチコアファイバ１と相違する。
すなわち、本実施形態のマルチコアファイバ２では、内側クラッド層２１及びトレンチ層２２が周囲に設けられているコア１１と、当該内側クラッド層２１及びトレンチ層２２が周囲に設けられていないコア１１とが交互に配置される。
なお、本実施形態では、互いに隣り合う内側コアの中心軸間の距離Λ１と、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとの中心軸間の距離Λ２とは同程度とされる。
以上のマルチコアファイバ２によれば、第１実施形態の場合に比べて、クロストークを低減しながらも隣り合うコア１１の中心軸間の距離をより一段と小さくすることができる。
（３）第３実施形態
次に、第３実施形態について図面を用いながら詳細に説明する。ただし、第３実施形態におけるマルチコアファイバの構成要素のうち第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付し、重複する説明は適宜省略する。
図４は、第３実施形態におけるマルチコアファイバ３の長手方向に垂直な断面を示す図である。図４に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ３は、内側クラッド層２１及びトレンチ層２２が省略された点、及び、互いに異なる平均屈折率を有するコア１１を交互に配置した点で、第２実施形態のマルチコアファイバ２と相違する。
図５は、第３実施形態におけるクラッド１２内の屈折率プロファイルを示す図である。図５に示すように、互いに隣り合うコア１１における一方のコア１１の平均屈折率ｎ１Ａと他方のコア１１の平均屈折率ｎ１Ｂとは、クラッド１２の平均屈折率ｎ４よりも低くされる。また、一方のコア１１の平均屈折率ｎ１Ａは、他方のコア１１の平均屈折率ｎ１Ｂよりも高くされる。
例えば、ゲルマニウム等の平均屈折率を上げるドーパントが添加された石英で平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１が構成され、当該コア１１のドーパント量よりも少ない量のドーパントが添加された石英で平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１が構成され、純粋な石英でクラッド１２が構成される。
このように本実施形態では、平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１と、当該平均屈折率ｎ１Ａよりも低い平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１とが交互に配置される。例えば図４において、最も左側の外側コア１１Ａが平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１とされ、左から２番目の内側コア１１Ｂが平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１とされる。また、左から３番目の内側コア１１Ｂが平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１とされ、左から４番目の外側コア１１Ａが平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１とされる。なお、これらコア１１のモードフィールド径はそれぞれ同程度とされる。
なお、互いに隣り合うコア１１において屈折率が異なりつつ、モードフィールド径が同程度とするためには、これらコアの直径が調整されればよい。具体的には、平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１の直径が、平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１の直径よりも大きくする。
以上のマルチコアファイバ３にでは、互いに隣り合うコア１１の平均屈折率に差が設けられることによって、クラッド１２からコア１１に至るまでの屈折率の変化が異なるようになっている。
このようにした場合、上記第１実施形態の場合と同様に、マルチコアファイバ３の外径が大きくなることを抑えつつコア間のクロストークを低減することができる。
なお、本実施形態では、平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１と、当該平均屈折率ｎ１Ａよりも低い平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１とが交互に設けられた。しかしながら、第１実施形態において、内側クラッド層１１及びトレンチ層２２を省略するとともに、平均屈折率ｎ１Ａを有するコア１１を外側コア１１Ａとし、平均屈折率ｎ１Ｂを有するコア１１を内側コア１１Ｂとするようにしても良い。このようにしても第３実施形態と同様の効果が得られる。
（４）変形例
上記実施形態では内側コア１１Ｂのコア数が２本とされた。しかしながら内側コア１１Ｂのコア数は、１本とされても良く、３本以上とされても良い。なお、内側コア１１Ｂのコア数が２本以上とされる場合、互いに隣り合う内側コア１１Ｂの中心軸間の距離Λ１と、外側コア１１Ａとその外側コア１１Ａの隣に位置する内側コア１１Ｂとの中心軸間の距離Λ２とは同程度であっても良い。ただし、内側コア１１Ｂ同士のクロストークを抑えつつもマルチコアファイバを薄厚化する場合には、上述したように、距離Λ１が距離Λ２よりも大きくされることが好ましい。
本発明のマルチコアファイバは、上述した内容以外に、適宜、本願目的を逸脱しない範囲で組み合わせ、省略、変更、周知技術の付加などをすることができる。
１〜３・・・マルチコアファイバ
１１・・・コア
１１Ａ・・・外側コア
１１Ｂ・・・内側コア
１２・・・クラッド
１３・・・第１保護層
１４・・・第２保護層

Claims (6)

  1. 複数のコアと、前記複数のコアを囲むクラッドとを備えるマルチコアファイバであって、
    互いに隣り合うとともにクラッドからコアに至るまでの屈折率の変化が異なるコアの組が、前記クラッドの中心を通る直線上に並べられて配置される
    ことを特徴とするマルチコアファイバ。
  2. 前記コアの組における一方のコアは、前記一方のコアの平均屈折率よりも低い平均屈折率の内側クラッド層に囲まれ、
    前記内側クラッド層は、前記内側クラッド層の平均屈折率よりも低い平均屈折率のトレンチ層に囲まれ、
    前記コアの組における他方のコアと前記クラッドとの間には、前記内側クラッド層及び前記トレンチ層が設けられていない
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  3. 前記コアの組における一方のコアと他方のコアとのモードフィールド径は同程度とされ、
    前記一方のコアの平均屈折率は、前記他方のコアの平均屈折率よりも高い
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  4. 前記一方のコアと前記他方のコアとは交互に配置される
    ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマルチコアファイバ。
  5. 前記一方のコアは、最も外側に位置する１対の外側コアとされ、
    前記他方のコアは、前記１対の外側コアに挟まれる内側コアとされる
    ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のマルチコアファイバ。
  6. 前記内側コアは２本以上とされ、
    互いに隣り合う前記内側コアの中心軸間の距離は、前記外側コアと前記外側コアの隣に位置する前記内側コアとの中心軸間の距離よりも大きい
    ことを特徴とする請求項５に記載のマルチコアファイバ。
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