JP2016133592A

JP2016133592A - マルチコア光ファイバおよび光接続部品

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Publication number: JP2016133592A
Application number: JP2015007553A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　隆; Takashi Sasaki; 隆佐々木; 修島川; Osamu Shimakawa; 靖臣金内; Yasutomi Kaneuchi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2015-01-19
Filing date: 2015-01-19
Publication date: 2016-07-25

Abstract

【課題】低背・小型化のためにＭＣＦを小径に屈曲させた場合であっても、ＭＣＦにおけるＭＰＩおよび破断の発生を共に抑制できるＭＣＦおよび光接続部品を提供する。
【解決手段】被覆付ＭＣＦ２０は、端部近傍で一部が屈曲した屈曲部を有し、非結合タイプの複数のコア２１と、複数のコア２１よりも屈折率が低く且つ複数のコア２１を取り囲む共通クラッド２２と、を有し、長手方向に、一定外径の太径部２２ａと、太径部２２ａよりも細径化された細径部２２ｂと、を含み、細径部２２ｂ又はその近傍に屈曲部を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチコア光ファイバおよび光接続部品に関するものである。

多光路間干渉（ＭＰＩ：Ｍｕｌｔｉ−ＰａｔｈＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）は、コアに結合しないことにより生じる高次モードが、クラッドを伝搬する際にモード変換を引き起こしコアに再結合することで生じる伝搬効率の周期的な変動である。通常、コアに結合しない光はクラッドを介して外周の高屈折率の被覆材料と光学結合して除去されるため、ＭＰＩが発生し難い。なお、ここでの伝搬効率の周期的な変動には、光強度の時間的な変動およびスペクトル上の周期的変動の両方が含まれる。これらの変動は、モード変動での様々な摂動により生じる。本願では、マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）のへのＭＰＩの影響を検討した。発明の対象とするＭＣＦのコアとは、複数の非結合コアの個々のコアを指すものとするが、発明に関係のない結合コアがＭＣＦ中に含まれていてもよい。

特許文献１では、低曲げ損失光ファイバ（ＢＩＦ：Ｂｅｎｄｉｎｇ−ｌｏｓｓＩｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅＦｉｂｅｒ）において接続ロスおよびファイバ長がＭＰＩに与える影響の検討がなされている。ＢＩＦは、コアの周りに「共通クラッドより低い屈折率層」（トレンチ層）を有し、それゆえ、低曲げ損失となるが、このため、トレンチ層に高次モード光が閉じ込められ、ＭＰＩが発生しやすくなっている。

特開２０１３−０６８７４７号公報

屈曲したＭＣＦを内蔵し、光路方向の変更を実現する光接続部品においては、接続時のコア位置ずれの影響もあり、ＭＰＩが発生しやすいことが今回分かった。すなわち、上述の光接続部品を低背・小型化するには、ＭＣＦの低背部を小径に屈曲させる必要がある。しかしながら、ＭＣＦの接続部近傍では、接続での位置ずれによる高次モードが除去されきらずに低背の屈曲部に伝搬してしまう。そのため、ＭＰＩが発生して伝送される光の強度が周期的に変動する。本発明者らは、これにより光接続部品自体の伝送損失が変動しやすくなってしまうという問題に気づいた。なお、ＭＰＩへの影響は、トレンチ層がある程、屈曲部が接続端に近い程、接続時の接続損失が大きい程、また、ＭＣＦに加わる曲げ径が小さい程、大きくなってしまう問題がある。

図６は、一巻き分のファイバ曲げによる２５年後の累積破断確率の曲げ半径依存性を示すグラフである。９０°曲げの場合は、その４倍の寿命となる。図６に示されるように、ＭＣＦは、コア数が多いので標準的なシングルコアファイバと比較し、略一定の外径である外径が太径になるほど、累積破断確率が増加する。上述の低背部となる屈曲部では、ＭＣＦの曲げ半径を数ｍｍと小径に屈曲させると、破断の発生頻度が著しく大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題を解消するためになされたものであり、低背・小型化のために、光接続部品内又はその近傍で、ＭＣＦを小径に屈曲させた場合であっても、ＭＣＦにおけるＭＰＩおよび破断の発生頻度を共に抑制できるＭＣＦおよび光接続部品を提供することを目的とする。

本発明の一形態に係るＭＣＦは、端部近傍で一部が屈曲した屈曲部を有するＭＣＦであって、非結合タイプの複数のコアと、複数のコアよりも屈折率が低く且つ複数のコアを取り囲む共通クラッドと、を有し、長手方向に、一定外径の太径部と、太径部よりも細径化された細径部と、を含み、細径部又はその近傍に屈曲部を有している。

本発明によれば、低背・小型化のためにＭＣＦを小径に屈曲させた場合であっても、ＭＣＦにおけるＭＰＩおよび破断の発生を共に抑制できるＭＣＦおよび光接続部品を提供することができる。

本実施形態に係る光接続部品の構成図である。図１に示されたＭＣＦのファイバ軸に垂直な断面図およびファイバ軸に沿っての断面図である。（ａ）はＢＩ−ＳＭＦの屈折プロファイルであり、（ｂ）はＭＰＩの測定系の構成図であり、（ｃ）はＭＰＩの原理図である。実施例に係る光接続部品における伝送損失の波長依存性を示すグラフである。従来技術に係る光接続部品における伝送損失の波長依存性を示すグラフである。一巻き分のファイバ曲げによる２５年後の累積破断確率の曲げ半径依存性を示すグラフである。

本発明の一形態に係る光接続部品は、端部近傍で一部が屈曲した屈曲部を有するＭＣＦであって、非結合タイプの複数のコアと、複数のコアよりも屈折率が低く且つ複数のコアを取り囲む共通クラッド（以下、単に、クラッドという）と、を有し、長手方向に、一定外径の太径部と、太径部よりも細径化された細径部と、を含み、細径部又はその近傍に屈曲部を有している。

このＭＣＦは、上記の細径部を含んでいるので、コアに結合しなかったことにより高次モードとしてクラッドを伝搬する光が効率よく除去される。この結果、ＭＰＩを抑制できる。また、ＭＣＦは細径部において屈曲しているので、破断の確率を抑制できる。なお、加熱処理することで、曲げによる弾性歪みを低減し、破断の確率を抑制することも可能である。その場合は、細径部と屈曲部とを別にすることも可能である。

細径部は、クラッドよりも屈折率が高い被覆により取り囲まれていてもよい。この場合、コアに結合しなかったことにより高次モードとしてクラッドを伝搬する光は、クラッドを介して高屈折率の被覆と光学結合して除去される。この結果、ＭＰＩを抑制できる。ＢＩ−ＳＭＦタイプのコアを有するＭＣＦでは、トレンチ層の効果で、細径化により隣のコアとのＭＰＩレベルでの結合コア化の問題が発生するので、細径化しすぎない程度に延伸することが必要である。曲げ損失等の問題が小さければ、マッチドクラッド型のコアを用いてもよい。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、添付図面を参照して、本実施形態に係るＭＣＦおよび光接続部品について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光接続部品の構成図である。図２は、図１に示されたＭＣＦのファイバ軸に垂直な断面図およびファイバ軸に沿っての断面図である。光接続部品１は、例えば、受発光素子又は光導波路からの光を導波させて他の光導波路等へ導くための接続装置である。

図１および図２に示されるように、光接続部品１は、ＭＣＦ２と、モールド部３と、を備えている。モールド部３は、樹脂からなり、略直方体形状をなしている。モールド部３の内部には、ＭＣＦ２がモールド材による一体成型によって埋め込まれている。モールド部３は、ＭＣＦ２全体を固定する接続部品である。ＭＣＦ２は、屈曲しており、一端２ａがモールド部３の側面３Ａから露出し、他端２ｂがモールド部３の底面３Ｂから露出している。側面３Ａと底面３Ｂとは、互いに直交する面である。

光接続部品１は、いわゆる光路方向変更型の光接続部品であり、側面３Ａ側に設けられた光導波路と、底面３Ｂ側に設けられた光導波路と、を接続し、光路方向を９０°変更する。光接続部品１は、複数のＭＣＦ２を備え、複数のＭＣＦ２は、それぞれ屈曲した状態で、光接続部品１のモールド部３内に並列に配置されていてもよい。ここでは、光Ｌは一端２ａ側から入射され、他端２ｂ側から出射される。すなわち、一端２ａは入射端であり、他端２ｂは出射端である。なお、一端２ａが出射端であり、他端２ｂが入射端であってもよい。なお、図１では、屈曲部が、光接続部品１本体のモールド部３内に存在するが、モールド部３の外にあってもよい。その場合、モールド部３内では、複数のＭＣＦ２が配列されているだけとなる。細径部２２ｂについても同様で、モールド部３の外にあってもよい。

被覆付ＭＣＦ２０は、それぞれ複数（ここでは７つ）のコア２１と、複数のコア２１を取り囲む共通のクラッド２２と、クラッド２２を取り囲む共通の被覆２３と、を有している。ファイバ軸に垂直な断面において、複数のコア２１のうち１つのコア２１は中央に配置され、他のコア２１は中央のコア２１を中心とする円の円周上に等間隔に配置されている。なお、図２に示したＭＣＦ２０は一例であって、コア２１の配置はこれに限られない。また、図１のＭＣＦ２は、薄膜状の被覆を有してもよいし、有さなくてもよい。

細経化は、細径化予定部およびその周辺の被覆２３を一旦除去して行う。クラッド２２は、複数のコア２１よりも屈折率が低い。クラッド２２は、太径部２２ａと、太径部２２ａよりも細径化された細径部２２ｂと、を含んでいる。細径部２２ｂのクラッド径は、太径部２２ａのクラッド径の、例えば６０％である。細径化がＭＣＦ２の延伸による場合、クラッド径の細径化に伴い、コア径も同様に細径化される。一方、細径化がクラッド２２の一部を削除するエッチングによる場合、クラッド径のみが細径化され、コア径は変化しない。

なお、延伸し過ぎると、非結合コアが結合コア化する場合がある。したがって、結合コア化しない範囲として、クロストークが、又はトレンチを越えて滲みだす量が、それぞれ伝搬光の１／１０となるまで細径化する。

ファイバ軸に垂直な断面において、中央に配置されているコア２１（中心コア）に対しては、エッチングのみでは高次モードの抑制効果が十分に得られない。ファイバ軸に垂直な断面において、外周に配置されているコア２１（外周コア）に対しては、エッチングのみでも高次モードの抑制効果が得られる。したがって、中心コアがなく、外周コアのみの場合は、エッチングだけでもよい。

被覆２３は、リコートを施した被覆材料からなる。この被覆材料の屈折率は、石英の屈折率よりも高い。すなわち、被覆２３は、クラッド２２よりも屈折率が高い。被覆２３は、例えば、耐熱性の高いポリイミドや他の樹脂でもよく、モールドされている場合は、モールド材であってもよい。ＭＣＦ２が側面３Ａおよび底面３Ｂにおいてコネクタに接続される際は、ＭＣＦ２の両端部における被覆２３は除去される。

ＭＣＦ２は、細径部２２ｂにおいて屈曲している。ＭＣＦ２は、このように屈曲される前にエッチングされてもよいし、屈曲された後にエッチングされてもよい。なお、エッチング部分をコーティング、又はモールドする際に、高屈折率の樹脂で被覆し、ＭＰＩ対策と裸ガラス部分の保護としておく。

ＭＣＦ２の屈曲および細径化を同一箇所に対して行う場合の手順は、例えば、以下のいずれかの順序で行われる。
（１）被覆２３の除去、延伸による細径化、屈曲の順
（２）被覆２３の除去、延伸による細径化、屈曲、エッチングによる細径化の順
（３）被覆２３の除去、延伸による細径化、エッチングによる細径化、屈曲の順
（４）被覆２３の除去、エッチングによる細径化、屈曲の順
（５）被覆２３の除去、エッチングによる細径化、延伸による細径化、屈曲の順

一端２ａ側から入射された光Ｌのうち、コア２１に結合しなかったことにより高次モードとしてクラッド２２を伝搬する光Ｌ１は、細径部２２ｂで被覆２３と光学結合して除去される。細径部２２ｂのファイバ軸方向の長さは、基底モード以外がカットオフされる長さに設定されることが好ましい。これにより、高次モードを除去することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る光接続部品１は、一部が屈曲したＭＣＦ２を備えている。ＭＣＦ２は、複数のコア２１と、複数のコア２１よりも屈折率が低く且つ複数のコア２１を取り囲む共通のクラッド２２と、を有している。クラッド２２は、太径部２２ａと、太径部２２ａよりも細径化された細径部２２ｂと、を含んでいる。ＭＣＦ２は、細径部２２ｂにおいて屈曲している。

この光接続部品１では、ＭＣＦ２は、クラッド２２が細径化された細径部２２ｂを含んでいるので、接続時にコア２１に結合しなかったことにより高次モードとしてクラッド２２を伝搬する光が効率よく除去される。この結果、小型化のためにＭＣＦを小径に屈曲させた場合であっても、ＭＰＩを抑制できる。細径化が延伸による場合は、ディプレスト層による閉じ込めの影響が低減され、ＭＰＩの影響を低減する。また、ＭＣＦ２は細径部２２ｂにおいて屈曲しているので、破断の確率を低減できる。

細径部２２ｂは、クラッド２２よりも屈折率が高い被覆２３により取り囲まれているので、コア２１に結合しなかったことにより高次モードとしてクラッド２２を伝搬する光Ｌ１が、クラッド２２を介して高屈折率の被覆２３と光学結合して除去される。この結果、ＭＰＩを更に抑制できる。

続いて、本実施形態の光接続部品の具体的な実施例について説明する。

光接続部品を低背化するためには、ＭＣＦを小径に曲げる必要があり、曲げ耐性が高いＭＣＦにより曲げ損失の発生を抑制することが必要となる。そこで、本実施例に係る光接続部品では、ＭＣＦとして、トレンチ型の屈折率構造を有するシングルモードのＢＩＦ（ＢＩ−ＳＭＦ）を用いた。

図３（ａ）はＢＩ−ＳＭＦの屈折プロファイルである。ＢＩ−ＳＭＦでは、クラッド２２に低屈折率部であるトレンチ２４が設けられている。コア２１の屈折率は、クラッド２２の屈折率よりも高い。

本実施例では、具体的には、ＭＣＦ２として、汎用的に用いられるＩＴＵ−ＴＧ．６５７．Ｂ３準拠のＢＩ−ＳＭＦのコアを用いた。このＢＩ−ＳＭＦの規格化周波数Ｖは、約２．３程度である。規格化周波数Ｖは、コア径と比例関係にある。このＢＩ−ＳＭＦに対して、クラッド２２の一部を延伸により細径化し、細径部２２ｂを形成した。細径部２２ｂは、規格化周波数Ｖが１．３となるように形成した。このとき、細径部２２ｂのコア径は、太径部２２ａのコア径の６０％程度である。上述のように、細径化が延伸による場合、コア径の細径化は、クラッド径の細径化と同様になされる。したがって、細径部２２ｂのクラッド径は、太径部２２ａのクラッド径の６０％程度である。

図３（ｂ）は測定系の構成図である。図３（ｂ）に示されるように、測定系５０は、波長可変レーザ（ＴＬＳ）５１と、光パワーメータ（ＯＰＭ）５２と、を備えている。ＴＬＳ５１とＯＰＭ５２との間には、光ファイバ５３，５４および接続部分Ｃ１，Ｃ２を介して、測定対象であるＭＣＦ２が接続されている。光ファイバ５３は、ＴＬＳ５１と接続部分Ｃ１とを接続している。光ファイバ５４は、ＯＰＭ５２と接続部分Ｃ２とを接続している。

ＭＣＦ２は、接続部分Ｃ１，Ｃ２のそれぞれに接続されている。接続部分Ｃ１は、光ファイバ５３の一端に接続されたコネクタ５５と、ＭＣＦ２の一端に接続されたコネクタ５７とが接続されて構成されている。接続部分Ｃ２は、光ファイバ５４の一端に接続されたコネクタ５６と、ＭＣＦ２の他端に接続されたコネクタ５８とが接続されて構成されている。

測定系５０では、ＴＬＳ５１が波長を変えながらレーザ光を出力し、ＯＰＭ５２が入力された光の強度信号を出力することにより、ＭＣＦ２の出力の波長依存性が測定される。ここでは、ＭＣＦ２による伝搬長ｄは４０ｍｍである。

図３（ｃ）はＭＰＩの原理図である。図３（ｃ）に示されるように、光ファイバ５３（図３（ｂ）参照）を伝搬してきた基底モードＬＰ_０１は、接続部分Ｃ１において、その一部が高次モードＬＰ_１１に結合される。ＭＣＦ２には、基底モードＬＰ_０１および高次モードＬＰ_１１の双方が入力される。ＭＣＦ２を伝搬してきた高次モードＬＰ_１１は、接続部分Ｃ２において、そのほとんどが基底モードＬＰ_０１に結合される。したがって、光ファイバ５４（図３（ｂ）参照）においては、ＭＣＦ２における基底モードＬＰ_０１に由来する基底モードと、ＭＣＦ２における高次モードＬＰ_１１に由来する基底モードとが干渉し、ＭＰＩが発生する。

なお、ＭＰＩは、ＭＣＦの動作温度環境などによってもピーク位置（信号光のピーク強度に対応する波長位置）が変化する。このため、動作温度環境などの時間的な変化によって、光接続部品の伝送損失が変化する可能性がある。

図４は、実施例に係る光接続部品における伝送損失の波長依存性を示すグラフであり、図５は、従来技術に係る光接続部品における伝送損失の波長依存性を示すグラフである。実施例に係る光接続部品と、従来技術に係る光接続部品とは、ＭＣＦの細径化の有無の点で相違し、その他の点で一致している。なお、これらのグラフでは、細かな変動が平滑化されている。

実施例に係る光接続部品では、図４に示されるように、測定した波長範囲において伝送損失がほぼ一定であった。すなわち、実施例に係る光接続部品によれば、ＭＰＩの発生を抑制できることが確認された。一方、従来技術に係る光接続部品では、図５に示されるように、波長の変化に応じて伝送損失が周期的に変動しており、ＭＰＩの発生が確認された。

１…光接続部品、２…ＭＣＦ、２０…被覆付ＭＣＦ、２１…コア、２２…共通クラッド、２２ａ…太径部、２２ｂ…細径部、２３…被覆、３…モールド部。

Claims

端部近傍で一部が屈曲した屈曲部を有するマルチコア光ファイバであって、
非結合タイプの複数のコアと、前記複数のコアよりも屈折率が低く且つ前記複数のコアを取り囲む共通クラッドと、を有し、
長手方向に、一定外径の太径部と、太径部よりも細径化された細径部と、を含み、
前記細径部又はその近傍に前記屈曲部を有している、マルチコア光ファイバ。
前記細径部は、前記共通クラッドよりも屈折率が高い被覆により取り囲まれている、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
前記屈曲部又は前記細径部は、接続部品で固定されている、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
請求項１又は２に記載のマルチコア光ファイバ全体が接続部品内に固定された、光接続部品。