JP2017146354A

JP2017146354A - 光デバイス

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Publication number: JP2017146354A
Application number: JP2016025900A
Authority: JP
Inventors: 仁植村; Hitoshi Uemura; 雄佑佐々木; Yusuke Sasaki; 竹永　勝宏; Katsuhiro Takenaga; 勝宏竹永; 晋聖齊藤; Kunimasa Saito
Original assignee: Hokkaido University NUC; Fujikura Ltd
Current assignee: Hokkaido University NUC; Fujikura Ltd
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: JP6681213B2

Abstract

【課題】４ＬＰモードの光をフューモードマルチコアファイバに対して入出力することができる光デバイスを提供する。【解決手段】内側コア１１及び内側コアの外周面を包囲し内側コアより屈折率が低い外側コア１２から成る複数のコア１３と、コアの外周面を包囲し外側コアより屈折率が低いクラッド１５と、を備え、それぞれのコアが縮径されると共に互いに隣り合うコアの間隔が小さくなるテーパ部２２を有し、縮径前の内側コアの半径をｒ１、縮径前の外側コアの半径をｒ２、縮径前の内側コアの断面積と内側コアのクラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ１、縮径前の外側コアの断面積と外側コアのクラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ２とする場合に０．３８５１ｒ２−２．１５０４≦Ｖ２／Ｖ１≦０．３３３８ｒ２＋０．２０４７３≦ｒ２／ｒ１≦５を満たす。【選択図】図１

Description

本発明は光デバイスに関し、複数のモードの光を入出力させる場合に好適なものである。

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本のコアの外周がクラッドにより囲まれた構造をしており、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、光ファイバ通信システムの普及に伴い、伝送される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の伝送容量増大を実現するために、複数のコアの外周が１つのクラッドにより囲まれたマルチコアファイバを用いて、それぞれのコアを伝搬する光により、複数の信号を伝送させることが知られている。

また、光ファイバ通信システムの伝送容量を増大させるためには、ＬＰ_０１モード（基本モード）の光に情報を重畳させると共に、ＬＰ_１１モードの光にも情報を重畳させて情報通信を行うフューモード通信も知られている。そして、このようなフューモードの通信においても、マルチコアファイバに対する光の入出力を行う光デバイスが求められている。さらに、光デバイスの構成を複雑化することなく上記ニーズを達成したいという要請がある。

そこで本発明者らは、構成を複雑化することなくフューモード通信においてマルチコアファイバに対して光を入出力することができる光デバイスを提供することを目的として、下記特許文献１に係る特許出願を行った。下記特許文献１に記載されている光デバイスは、キャピラリに形成される複数の空孔のそれぞれに単芯の光ファイバを一体化させると共に延伸することで作製されており、当該光ファイバが一方側から他方側に向かって縮径されている。また、それぞれの光ファイバは、コアが内側コアと内側コアを包囲する外側コアとから成る二重の構造とされており、内側コアの屈折率が外側コアの屈折率よりも高くされ、クラッドの屈折率は外側コアよりも低い屈折率とされる。さらに、この光デバイスは、縮径前の内側コアの半径をｒ_１とし、縮径前の外側コアの半径をｒ_２とし、縮径前の内側コアの断面積と内側コアのクラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_１とし、縮径前の外側コアの断面積と外側コアのクラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_２とする場合に
０．５３７７×ｒ_２−７．７≦Ｖ_２／Ｖ_１≦０．５３７７×ｒ_２−５．７
３≦ｒ_２／ｒ_１≦５
を満たす。

上記光デバイスでは、Ｃバンド帯及びＬバンド帯におけるＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光がそれぞれのコア内を伝搬する。このとき光ファイバが上記の二つの式を満たすことで、当該光デバイスがマルチコアファイバに接続される場合における光の接続損失を小さくすることができる。

特願２０１５−０３２３３７

上記特許文献１に記載の光デバイスは、２ＬＰモード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_１１モード）の光をフューモードマルチコアファイバに対して入出力することができる。しかし、近年、フューモードマルチコアファイバは、２ＬＰモードに加えてより高次モードの光を伝搬させることが求められることもある。

そこで、本発明は、４ＬＰモード（ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モード）の光をフューモードマルチコアファイバに対して入出力することができる光デバイスを提供する。

上記課題を解決するため、本発明の光デバイスは、内側コア、及び、前記内側コアの屈折率よりも低い屈折率を有し前記内側コアの外周面を包囲する外側コアから成る複数のコアと、前記コアの外周面を包囲し前記外側コアの屈折率より低い屈折率とされるクラッドと、を備え、以下を特徴とする。

この光デバイスでは、前記コアの長手方向の一方側から他方側に向かって、それぞれの前記コアが縮径されると共に互いに隣り合う前記コアの間隔が小さくなるテーパ部が形成されている。

縮径前の前記内側コアの半径をｒ_１とし、縮径前の前記外側コアの半径をｒ_２とし、縮径前の前記内側コアの断面積と前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_１とし、縮径前の前記外側コアの断面積と前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_２とする場合に
０．３８５１ｒ_２−２．１５０４≦Ｖ_２／Ｖ_１≦０．３３３８ｒ_２＋０．２０４７
３≦ｒ_２／ｒ_１≦５
を満たす。

本発明者らは、以上を特徴とする光デバイスが上記の二つの式を満すことで、Ｃバンド帯及びＬバンド帯のＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードの光をそれぞれのコアに伝搬させることができることを見出した。また、上記光デバイスは、フューモードマルチコアファイバに接続される場合に、上記それぞれのモードの光の接続損失が小さい。こうして上記光デバイスは、４ＬＰモードを用いるフューモード通信において、フューモードマルチコアファイバに対して光を入出力することができる。

また、上記光デバイスは、
０．１１１３ｒ_２ ^２−５．２７４８ｒ_２＋６８．３７≦Ｖ_２／Ｖ_１
を満たすことが好ましい。

本発明者らは、上記光デバイスが当該式を満すことで、非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失の大きさが軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失の大きさ以下とされることを見出した。光ファイバ同士の接続点における位置ずれに起因する光の損失について考えると、非軸対称モードの光はファイバ同士のずれる方向によって損失の大きさが異なる。ここで、非軸対称モードの光の接続損失を小さくすることによって、系全体における接続損失の大きさのばらつきを低減させることができる。よって、上記のように非軸対称モードの光の接続損失の大きさが軸対称モードの光の接続損失の大きさ以下とされることによって、一つの光デバイス全体における接続損失の大きさのばらつきを小さくすることができる。

また、軸対称モードの光の方が非軸対称モードの光よりもコアの中心寄りに分布するため、希土類元素が添加された光アンプにおいて、軸対称モードの光は非軸対称モードの光よりも希土類元素が添加された部分との重なりが大きくなる。よって、軸対称モードの光の方が非軸対称モードの光よりも増幅されやすい。ここで、上記のように非軸対称モードの光の接続損失の大きさが軸対称モードの光の接続損失の大きさ以下とされることによって、光アンプにおいて軸対称モードの光の強度と非軸対称モードの光の強度との差が緩和されやすくなる。よって、上記光デバイスは、光アンプが備えられるシステムに好適である。

以上のように本発明によれば、４ＬＰモードの光をフューモードマルチコアファイバに対して入出力することができる光デバイスが提供される。

第１実施形態における光デバイスを示す図である。図１に示す光デバイスのキャピラリを含む位置における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。外側コアの比屈折率差と小径部におけるコア半径とに対する、フューモードマルチコアファイバに接続されるときのＬＰ_０１モードの光の接続損失、中継ファイバのＬＰ_３１モードの光の曲げ損失境界線及びＬＰ_２１モードの光の曲げ損失境界線を示す図である。外側コアの比屈折率差と小径部におけるコア半径とに対する、フューモードマルチコアファイバに接続されるときのＬＰ_１１モードの光の接続損失、中継ファイバのＬＰ_３１モードの光の曲げ損失境界線及びＬＰ_２１モードの光の曲げ損失境界線を示す図である。外側コアの比屈折率差と小径部におけるコア半径とに対する、フューモードマルチコアファイバに接続されるときのＬＰ_２１モードの光の接続損失、中継ファイバのＬＰ_３１モードの光の曲げ損失境界線及びＬＰ_２１モードの光の曲げ損失境界線を示す図である。外側コアの比屈折率差と小径部におけるコア半径とに対する、フューモードマルチコアファイバに接続されるときのＬＰ_０２モードの光の接続損失、中継ファイバのＬＰ_３１モードの光の曲げ損失境界線及びＬＰ_２１モードの光の曲げ損失境界線を示す図である。外側コアの比屈折率差と小径部におけるコア半径とに対する軸対称モードの光の接続損失と非軸対称モードの光の接続損失との差がゼロになる線を示す図である。図７に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線及び「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線を屈折率体積に着目して整理して示す図である。中継ファイバのコアをＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光が伝搬する様子を示す図である。第２実施形態における光デバイスを示す図である。図１０の光デバイスの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

以下、本発明に係る光デバイスの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における光デバイスを示す図である。図１に示すように、本実施形態の光デバイス１は、複数の中継ファイバ１０と、キャピラリ２０とを主な構成として備える。なお、本例では中継ファイバ１０の数が７本とされる。

中継ファイバ１０は、キャピラリ２０の一方から他方までキャピラリ２０内に挿入されており、中継ファイバ１０とキャピラリ２０とが一体とされている。中継ファイバ１０の一方側はキャピラリ２０の一方側の端部から露出しており、中継ファイバ１０の他方側の端部はキャピラリ２０の他方側の端部と面一とされている。従って、キャピラリ２０をキャピラリ２０の他方側から見る場合に中継ファイバ１０の他方側の端部が見える。

キャピラリ２０は、断面の形状が円形とされ、長手方向に沿って大径部２１とテーパ部２２と小径部２３とが形成されている。テーパ部２２は、キャピラリ２０の一方側から他方側にかけて縮径されている。このような形状は次の様に形成される。まず、挿入される中継ファイバ１０の数と同数の貫通孔が形成され、太さが一定のキャピラリを準備して、中継ファイバ１０がそれぞれの貫通孔に個別に挿入される。その後、加熱によりキャピラリと中継ファイバ１０とが一体とされて、キャピラリと中継ファイバ１０との一体物が溶融延伸される。この延伸によりテーパ部２２と小径部２３とが形成される。従って、キャピラリ２０のテーパ部２２内では、上記一方側から他方側にかけて、それぞれの中継ファイバ１０もキャピラリ２０の縮径に伴い縮径すると共に、互いに隣り合う中継ファイバ１０の間隔が小さくなる。また、小径部２３内では、それぞれの中継ファイバ１０は大径部２１における中継ファイバ１０と比べて小径化しており、互いに隣り合う中継ファイバ１０の間隔は大径部２１における中継ファイバ１０の間隔と比べて小さくされている。

図２は、光デバイス１のキャピラリ２０を含む位置における長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的には、図２（Ａ）は当該断面における光デバイス１の構造を示し、図２（Ｂ）は当該断面におけるＶ−Ｖ線での屈折率分布を示す。なお、本例の場合、キャピラリ２０の外径と中継ファイバ１０の外径との比は、キャピラリ２０の長手方向に垂直な断面であれば、大径部２１、テーパ部２２及び小径部２３の何れの部位であっても同じである。従って、図２がキャピラリ２０の何れの部位における断面図かは特定する必要がない。

上記のように本実施形態の中継ファイバ１０の数は７本とされ、１本の中継ファイバ１０がキャピラリ２０の中心に配置され、当該中心に配置された中継ファイバ１０の周囲に他の６本の中継ファイバ１０が配置される。この状態で、それぞれの中継ファイバ１０の中心を結ぶ線が三角格子状とされ、それぞれの互いに隣り合う中継ファイバ１０の中心間距離は等しくされる。

図１、図２（Ａ）に示すように、それぞれの中継ファイバ１０は、コア１３とコア１３の外周面を隙間なく包囲するクラッド１５とを有する単芯の光ファイバであり、コア１３は、内側コア１１と外側コア１２とから成る。また、上記のようにそれぞれの中継ファイバ１０はテーパ部２２において大径部２１側から小径部２３側に向かって縮径されている。このため、中継ファイバ１０のコア１３を構成する内側コア１１、外側コア１２及びクラッド１５は、それぞれの径の比率が維持されたまま大径部２１側から小径部２３側に向かって縮径されている。なお、図２（Ａ）に示すように、以後の説明において、縮径前である大径部２１における内側コア１１の半径をｒ_１とし外側コアの半径をｒ_２とし、縮径後である小径部２３における内側コア１１の半径をｒ_１’とし外側コアの半径をｒ_２’とする。

図２（Ｂ）に示すように、内側コア１１の屈折率は、外側コア１２の屈折率よりも高くされる。また、クラッド１５の屈折率は、外側コア１２の屈折率よりも低くされる。また、本実施形態では、キャピラリ２０の屈折率は、クラッド１５の屈折率と同等とされる。なお、図２（Ｂ）に示すように、以後の説明において、内側コア１１のクラッド１５に対する比屈折率差をΔ_１とし、外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差をΔ_２とする。

また、大径部２１における内側コア１１の断面積と内側コア１１のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_１との積からなる屈折率体積をＶ_１とし、大径部２１における外側コア１２の断面積と外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_２との積からなる屈折率体積をＶ_２とする場合に、それぞれのコア１３は、下記式（１）を満たす。
０．３８５１ｒ_２−２．１５０４≦Ｖ_２／Ｖ_１≦０．３３３８ｒ_２＋０．２０４７
・・・（１）

ところで、光デバイス１は、大径部２１側において中継ファイバ１０に一般的な光ファイバが光学的に接続され、小径部２３側には図１に示すようにマルチコアファイバ５が光学的に接続される。ここで、一般的な光ファイバのクラッドの外径は１２５μｍであり、マルチコアファイバ５のコア間距離は３０μｍ以上５０μｍ以下程度が一般的である。そのため、大径部２１では中継ファイバ１０の外径が一般的な光ファイバの外径と同等とされ、小径部２３ではコア間距離が一般的なマルチコアファイバのコア間距離と同等とされることが好ましい。また、縮径前におけるキャピラリ２０の貫通孔間の壁厚は、強度を確保しながら小型化する観点から１０μｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。そうすると、縮径後である小径部２３のキャピラリ２０の外径を１とする場合の縮径前である大径部２１のキャピラリ２０の外径、すなわち大径部２１と小径部２３との延伸比は、（１２５＋（１０〜２５））／（３０〜５０）＝３〜５より、３以上５以下とされることが好ましい。この延伸比はコア１３の延伸比とおおよそ同じになる。そこで、大径部２１において光が伝搬する内側コア１１と、小径部２３において光が伝搬する外側コア１２との径を揃えるためには、下記式（２）が満たされる。
３≦ｒ_２／ｒ_１≦５・・・（２）

なお、内側コア１１の径と外側コア１２の径との比は、光デバイス１の長手方向のどの部位であっても同じであるため上記式（２）は、下記式（３）と同義である。
３≦ｒ_２’／ｒ_１’≦５・・・（３）

また、光デバイス１は、下記式（４）を満たす。
０．１１１３ｒ_２ ^２−５．２７４８ｒ_２＋６８．３７≦Ｖ_２／Ｖ_１・・・（４）

光デバイス１は、上記式（１）及び式（２）の二つの式を満すことで、それぞれのコア１３がＣバンド帯及びＬバンド帯においてＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードの光を伝搬することができる。また、光デバイス１は、上記式（４）を満たすことで、非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失の大きさが軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失の大きさ以下とされる。以下にこれらについて詳しく説明する。

本発明者らは、有限要素法による計算機シミュレーションを行った。本シミュレーションでは、大径部２１側において中継ファイバ１０に接続されるシングルコアファイバのコア、及び、小径部２３側において中継ファイバ１０に接続されるフューモードマルチコアファイバ５のコア５３の両方において、ＬＰ_０１，ＬＰ_１１，ＬＰ_２１及びＬＰ_０２の４ＬＰモードの光が伝搬されると共にこれらより高次モードの光がカットオフされる。また、これらのコアは、屈折率が径方向に概ね一定である、所謂ステップインデックス型である。

さらに、大径部２１側において中継ファイバ１０に接続されるシングルコアファイバのコアの半径ａ＝６μｍ、クラッドに対するコアの比屈折率差Δ＝０．９８％とした。一方、大径部２１においては、外側コア１２が内側コア１１に対するクラッドとして機能し、それぞれのモードの光は、内側コア１１を伝搬する。そのため、内側コアと外側コア間の比屈折率差Δ_１２＝Δ_１−Δ_２＝０．９８％、内側コア半径ｒ_１＝６μｍとすることで、大径部２１側において中継ファイバ１０の内側コア１１と中継ファイバ１０に接続されるシングルコアファイバのコアとを一致させやすくなるため、大径部２１側における接続損失を十分に低減できる。

上記条件でｒ_２及びΔ_２を変化させるときの、ＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_２１、及びＬＰ_０２の各モードの光の接続損失、ＬＰ_３１モードの光の曲げ損失、ＬＰ_２１モードの光の曲げ損失を図３から図６に示す。なお、この時のｒ_２とｒ_２’との比率ｔ（延伸比）は４．２である。

図３から図６において、縦軸は外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_２であり、横軸は小径部２３における外側コア１２の半径である。また、図３の破線はＬＰ_０１モードの光の接続損失を示しており、図４の破線はＬＰ_１１モードの光の接続損失を示しており、図５の破線はＬＰ_２１モードの光の接続損失を示しており、図６の破線はＬＰ_０２モードの光の接続損失を示している。各破線の傍の数値は接続損失の大きさ［ｄＢ］を示している。

また、図３から図６の各図において、「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」は、波長１．５３μｍでのＬＰ_３１モードの光の曲げ損失が半径１４０ｍｍで１．０ｄＢ／ｍ以上となる線である。この線以下の領域であれば、波長が１．５３μｍ以上の波長帯域（Ｃバンド、Ｌバンド）において、実質的にＬＰ_２１モードよりも高次のモードの光の伝搬を抑制することができる。なお、本例の場合、波長１．５３μｍにおいてＬＰ_０３モードの光は「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ３１」の線よりも上側に位置する。従って、ＬＰ_０３モードの光よりもＬＰ_３１モードの光が励起するため、本例ではＬＰ_０３モードの光を示す線を記載していない。

また、図３から図６の各図において、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」は、波長１．６２５μｍのＬＰ_２１モードの光の曲げ損失が半径３０ｍｍで０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎｓとなる線である。なお、ＬＰ_２１モードの光のカットオフ波長とＬＰ_０２モードの光のカットオフ波長はほぼ等しいため、ＬＰ_２１モードの光が伝搬されるのであればＬＰ_０２モードの光も伝搬される。従って、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線以上の領域であれば、波長が１．６２５μｍ以下の波長帯域（Ｃバンド、Ｌバンド）において、ＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_０２及びＬＰ_２１の各モードの光を低損失で伝搬することができる。

つまり、図３から図６の各図において、「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線以下、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線以上の領域であれば、Ｃバンド帯及びＬバンド帯において、ＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_０２及びＬＰ_２１の４ＬＰモードの光を伝搬し、これらのモードよりも高次のモードの光の伝搬を抑制するフューモード通信が可能となる。

次に、軸対称モードの光の接続損失と非軸対称モードの光の接続損失との差分を計算した。その結果を図７に示す。図７において、縦軸は外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_２であり、横軸は小径部２３における外側コア１２の半径である。また、図７に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線及び「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線は図３から図６と同じであり、「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」はＬＰ_２１モードの光の接続損失とＬＰ_０２モードの光の接続損失との差がゼロになる線であり、「ＬＰ_０１−ＬＰ_２１」はＬＰ_２１モードの光の接続損失とＬＰ_０１モードの光の接続損失との差がゼロになる線であり、「ＬＰ_０１−ＬＰ_１１」はＬＰ_１１モードの光の接続損失とＬＰ_０１モードの光の接続損失との差がゼロになる線である。軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失と非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失との差がゼロになる線以上の領域では、非軸対称モードの光の接続損失の大きさが軸対称モードの光の接続損失の大きさ以下とされる。ここで、「ＬＰ_０１−ＬＰ_２１」の線及び「ＬＰ_０１−ＬＰ_１１」の線が「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線よりも下の領域にあることから、「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線以上の領域であれば、非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失の大きさが軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失の大きさ以下とされることがかわる。

次に、図７に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線及び「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線を上述した屈折率体積に着目して整理すると図８が得られる。図８に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線は、図７に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線から得られるデータを近似する直線であり、図８に示す「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線は、図７に示す「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線から得られるデータを近似する直線であり、図８に示す「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線は、図７に示す「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線から得られるデータを近似する曲線である。

図８に示す「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線は下記式（５）で表され、図８に示す「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線は下記式（６）で表され、図８に示す「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線は下記式（７）で表される。
Ｖ_２／Ｖ_１＝０．３３３８ｒ_２＋０．２０４７・・・（５）
Ｖ_２／Ｖ_１＝０．３８５１ｒ_２−２．１５０４・・・（６）
Ｖ_２／Ｖ_１＝０．１１１３ｒ_２ ^２−５．２７４８ｒ_２＋６８．３７・・・（７）

ここで、上述したように、「Ｃｕｔｏｆｆ−ＬＰ_３１」の線以下、「ＬｏｗＢＬ−ＬＰ_２１」の線以上の領域であれば、Ｃバンド帯及びＬバンド帯において、ＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_０２及びＬＰ_２１の４ＬＰモードの光を伝搬し、これらのモードよりも高次のモードの光の伝搬を抑制するフューモード通信が可能となる。従って、式（１）を満たすことによって、Ｃバンド帯及びＬバンド帯において、ＬＰ_０１、ＬＰ_１１、ＬＰ_０２及びＬＰ_２１の４ＬＰモードの光を伝搬し、これらのモードよりも高次のモードの光の伝搬を抑制するフューモード通信が可能となる。
０．３８５１ｒ_２−２．１５０４≦Ｖ_２／Ｖ_１≦０．３３３８ｒ_２＋０．２０４７
・・・（１）

以上説明したように本実施形態の光デバイス１において、それぞれの中継ファイバ１０は、Ｃバンド帯域及びＬバンド帯域において、実質的にＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１モードの光、ＬＰ_２１モードの光、及び、ＬＰ_０２モードの光を伝搬し、それより高次のモードの光の伝搬が抑制されたフューモード光ファイバとされる。また、中継ファイバ１０は、マルチコアファイバ５に接続される場合における上記それぞれのモードの光の接続損失が小さい。こうして本実施形態の光デバイス１によれば、４ＬＰモードを用いるフューモード通信においてマルチコアファイバに対して光を入出力することができる。

また、上述したように、「ＬＰ_０２−ＬＰ_２１」の線以上の領域であれば、非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失の大きさが軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失の大きさ以下とされる。従って、式（４）を満たすことによって、非軸対称モード（ＬＰ_１１モード，ＬＰ_２１モード）の光の接続損失の大きさが軸対称モード（ＬＰ_０１モード，ＬＰ_０２モード）の光の接続損失の大きさ以下とされる。
０．１１１３ｒ_２ ^２−５．２７４８ｒ_２＋６８．３７≦Ｖ_２／Ｖ_１・・・（４）

光ファイバ同士の接続点における位置ずれに起因する光の損失について考えると、非軸対称モードの光はファイバ同士のずれる方向によって損失の大きさが異なる。ここで、非軸対称モードの光の接続損失を小さくすることによって、系全体での接続損失の大きさのばらつきを低減させることができる。よって、上記のように非軸対称モードの光の接続損失の大きさが軸対称モードの光の接続損失の大きさ以下とされることによって、一つの光デバイス全体での接続損失の大きさのばらつきを小さくすることができる。

また、軸対称モードの光の方が非軸対称モードの光よりもコアの中心寄りに分布するため、希土類元素が添加された光アンプにおいて、軸対称モードの光は非軸対称モードの光よりも希土類元素が添加された部分との重なりが大きくなる。よって、軸対称モードの光の方が非軸対称モードの光よりも増幅されやすい。ここで、上記のように非軸対称モードの光の接続損失の大きさが軸対称モードの光の接続損失の大きさ以下とされることによって、光アンプにおいて軸対称モードの光の強度と非軸対称モードの光の強度との差が緩和されやすくなる。よって、光デバイス１は、光アンプが備えられるシステムに好適である。

このような光デバイス１のそれぞれのコア１３に光が伝搬する様子について、図９を参照しつつ説明する。図９は、それぞれの中継ファイバ１０のコア１３をＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光が伝搬する様子を示す図である。具体的には図９（Ａ）は大径部２１側と小径部２３側のコア１３の様子を示し、図９（Ｂ）は、大径部２１側と小径部２３側におけるＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光の電界の様子を示している。

図９に示すように中継ファイバ１０が縮径されていない大径部２１においては、外側コア１２が内側コア１１に対するクラッドとして機能し、それぞれのモードの光は、内側コア１１を伝搬する。

内側コア１１を伝搬する光が大径部２１側から小径部２３側に進むと、テーパ部２２において、コア１３が縮径する。このため、内側コア１１を伝搬するそれぞれのモードの光は、内側コア１１から外側コア１２への光の染み出しが大きくなる。従って、小径部２３側においては、それぞれの光が外側コア１２まで広がって、内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３全体を伝搬する。ただし、ＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光がテーパ部２２の同じ場所において外側コア１２まで広がるわけではなく、少なくとも小径部２３に達するまでにそれぞれのモードの光が外側コア１２まで広がって、内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３を伝搬するのである。

なお、図が煩雑になるのを防ぐため、図９にはＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光のみを例示したが、ＬＰ_２１モードの光及びＬＰ_０２モードの光もＬＰ_０１モードの光及びＬＰ_１１モードの光と同様である。すなわち、ＬＰ_２１モードの光及びＬＰ_０２モードの光も、大径部２１側では内側コア１１を伝搬し、小径部２３に達するまでに外側コア１２まで広がって内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３を伝搬する。

逆に小径部２３から大径部２１に向かって、光がコア１３を伝搬する場合、小径部２３においては、ＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１モードの光、ＬＰ_２１モードの光、及び、ＬＰ_０２モードの光は、内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３全体を伝搬する。テーパ部２２では、小径部２３側から大径部２１側に向かって徐々にコア１３の径が広がるため、テーパ部２２において、それぞれのモードの光は内側コア１１を伝搬するようになる。このため、大径部２１では、外側コア１２がクラッドとして機能して、それぞれのモードの光は内側コア１１を伝搬する。

この光デバイス１は、図１に示すように、小径部２３がマルチコアファイバ５に接続されて使用される。マルチコアファイバ５は、複数のコア５３とそれぞれのコア５３の外周面を隙間なく包囲するクラッド５５とを備える。それぞれのコア５３の屈折率はクラッド５５の屈折率よりも高くされる。また、光デバイス１の中継ファイバ１０の数とマルチコアファイバ５のコア５３の数とは同じとされ、小径部２３におけるそれぞれの中継ファイバ１０のコア１３の相対的位置はマルチコアファイバ５におけるそれぞれのコア５３の相対的位置と同じとされる。そして、光デバイス１の小径部２３におけるそれぞれのコア１３とマルチコアファイバ５の一方側の端部におけるそれぞれのコア５３とが対向した状態で、光デバイス１とマルチコアファイバ５とが接続されて使用される。従って、光デバイス１のそれぞれのコア１３を大径部２１側から小径部２３側に向かって上記のように伝搬する光は、マルチコアファイバ５のそれぞれのコア５３に入射して当該コア５３を伝搬する。逆にマルチコアファイバ５のそれぞれのコア５３を光デバイス１に向かって伝搬する光は、光デバイス１のそれぞれのコア１３に入射して当該コア１３を小径部２３から大径部２１に向かって上記のように伝搬する。つまり、光デバイス１は、マルチコアファイバ５に対する光の入出力デバイスとして用いられる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、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て特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る光デバイスを示す図であり、図１１は、図１０の光デバイス２の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図１０及び図１１に示すように本実施形態の光デバイス２は、コア１３の外周面が第１実施形態のキャピラリ２０と同様のガラス体でなるクラッド２５で隙間なく包囲されており、コア１３がクラッド２５内にのみ位置している点において、第１実施形態の光デバイスと異なる。すなわち、本実施形態の光デバイス２は、第１実施形態の光デバイス１において、中継ファイバ１０のキャピラリ２０から露出している部分を除去して、それぞれのクラッド１５を除去して、クラッド１５が除去されることで生じる空間をキャピラリ２０で埋めたものと同等である。

このような光デバイス２は、断面の構造が図１１のようにされ、大径部２１と同じ太さのマルチコアファイバを作製し、作製したマルチコアファイバを溶融延伸してテーパ部２２及び小径部２３を形成すれば良い。

なお、本実施形態の光デバイス２においても、上記式（１）から式（４）を満たす。

このようなマルチコアファイバを用いた光デバイス２であっても、第１実施形態の光デバイス１と同様にしてフューモード通信においてマルチコアファイバ５に対して光を入出力することができる。

以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、第１実施形態における中継ファイバ１０の数や第２実施形態におけるコア１３の数は適宜変更可能である。

また第１実施形態において、クラッド１５の屈折率とキャピラリ２０の屈折率とが互いに等しくされたが、クラッド１５の屈折率とキャピラリ２０の屈折率とが互いに異なるようにされても良い。

また第１実施形態及び第２実施形態において、式（４）の条件を満たすことは必須ではない。

本発明に係る光デバイスは４ＬＰモードの光をフューモードマルチコアファイバに対して入出力することができ、当該光デバイスはマルチコアファイバを取り扱う産業において利用することができる。

１，２・・・光デバイス
５・・・マルチコアファイバ
１０・・・中継ファイバ
１１・・・内側コア
１２・・・外側コア
１３・・・コア
１５・・・クラッド
２０・・・キャピラリ
２１・・・大径部
２２・・・テーパ部
２３・・・小径部
２５・・・クラッド
５３・・・コア
５５・・・クラッド

Claims

内側コア、及び、前記内側コアの屈折率よりも低い屈折率を有し前記内側コアの外周面を包囲する外側コアから成る複数のコアと、
前記コアの外周面を包囲し前記外側コアの屈折率より低い屈折率とされるクラッドと、
を備え、
前記コアの長手方向の一方側から他方側に向かって、それぞれの前記コアが縮径されると共に互いに隣り合う前記コアの間隔が小さくなるテーパ部が形成され、
縮径前の前記内側コアの半径をｒ_１とし、縮径前の前記外側コアの半径をｒ_２とし、縮径前の前記内側コアの断面積と前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_１とし、縮径前の前記外側コアの断面積と前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差との積からなる屈折率体積をＶ_２とする場合に
０．３８５１ｒ_２−２．１５０４≦Ｖ_２／Ｖ_１≦０．３３３８ｒ_２＋０．２０４７
３≦ｒ_２／ｒ_１≦５
を満たす
ことを特徴とする光デバイス。
０．１１１３ｒ_２ ^２−５．２７４８ｒ_２＋６８．３７≦Ｖ_２／Ｖ_１
を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。