JP2022174219A - ランダムなコア構造を有するマルチコア光ファイバ - Google Patents

Abstract

【解決手段】ガラスマトリックス（２０）内にランダムに配置された第１のコアを有する、マルチコア光ファイバ（１０）を開示する。いくつかの場合において、第１のコアは、ガラスマトリックス内に形成した空気線（１２０）によって画定される。第１のコアは、マルチコア光ファイバが、弱結合領域または強結合領域のいずれかで動作するように設計された縁部間の間隔を有する。【効果】クロストークによる撮像システムの解像度の顕著な低下がなく、短距離の信号送信に適する。【選択図】図６Ａ

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国特許法第１１９条の下、２０１５年１０月２８日出願の米国仮特許出願第６２／２４７，２７２号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、マルチコア光ファイバに関し、特に、ランダムなコア構造を有するマルチコア光ファイバに関する。

本明細書に記載のいずれの刊行物または特許文献も、全体として、参照により本明細書に組み込まれる。

マルチコア光ファイバは、クラッディングマトリックスに埋め込まれた複数のコアを含む光ファイバである。コアは、典型的には、同一であるか、または、互いに隣接して配置された２つの異なるタイプのコアを有して、隣接コア間のクロストークを削減するようにしている。

空間分割多重などの光通信での応用では、コアは、三角形格子配置、正方形格子配置、環状配置、または、他の周期的構造などの規則的なコア配置またはパターンを有し、隣接コア間のコア間隔は選ばれたものである。

コアを規則的に（つまり、周期的に）配置することは、マルチコア光ファイバの各端部における光の各コアへの結合を、容易にすると共に、クロストークを削減するために、必要である。特に、規則的または周期的なコア配置を用いて、ファイバの、または、マルチコア光ファイバの各端部で光学的結合に使用する接続器の検出部の規則的または周期的な配置を、光通信システムの装置に合わせている。

本明細書に開示した一実施形態は、前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前端面と後端面の間を中心軸に略平行に延びる複数のコアとを含むマルチコア光ファイバである。コアは、各々、屈折率ｎ_５０を有し、ｎ_５０＞ｎ_２０であり、ガラスマトリックスは、複数のコアに共通のクラッディングとして機能し、各コアおよび共通のクラッディングが、導波路を画定する。任意の２つのコアが、隣接コア間の許容可能クロストーク最大量によって画定される最小距離Ｓ_ＭＩＮより大きい縁部間の間隔Ｓを有する。

マルチコア光ファイバの少なくとも１つの例示的な実施形態は、前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、ガラスマトリックス内にランダムに配置され、中心軸に略平行に延びる複数の空気線とを含み、複数の空気線の２５％以上が、前端面と後端面の間の全長に亘って延びる。空気線は、屈折率ｎ_１２０を有し、ｎ_１２０＜ｎ_２０である。空気線は、ガラスマトリックス内に、ランダムに配置された複数の第１のコアを画定し、複数の第１のコアは、複数の空気線との組合せで、複数の第１の導波路を画定する。任意の２つの第１のコアが、隣接第１のコア間の許容可能クロストーク最大量によって画定される最小距離Ｓ_ＭＩＮより大きい縁部間の間隔Ｓを有する。

上記マルチコア光ファイバの少なくとも１つの例示的な実施形態は、ガラスマトリックスに埋め込まれて、前端面と後端面の間を中心軸に略平行に延びて、屈折率ｎ_５０を有する第２のコアを更に含み、ｎ_５０＞ｎ_２０であり、第２のコアは、ガラスマトリックスとの組合せで、複数の第２の導波路を画定するものである。

他の例示的な実施形態によれば、マルチコア光ファイバは、前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前端面と後端面の間を中心軸に略平行に延びて、各々、屈折率ｎ_５０を有する複数のコアとを含み、ｎ_５０＞ｎ_２０であり、ガラスマトリックスは、複数のコアに共通のクラッディングとして機能し、各コアおよび共通のクラッディングが、導波路を画定し、任意の２つのコアが、隣接コア間のクロストークの最小量である５０％によって画定される最大距離より小さい縁部間の間隔を有する。

少なくとも１つの例示的な実施形態によれば、ファイバ束は、本明細書に開示したマルチコア光ファイバを２つ以上含み、前端面が第１の共通端平面に、後端面が第２の共通端平面に、配置されたものである。

本明細書で開示した少なくとも１つの実施形態は、被写体を撮像する撮像システムである。撮像システムは、本明細書に記載したような弱結合領域（例えば、１０％未満のクロストーク）で動作するマルチコア光ファイバを少なくとも１つと、前端面に隣接して、操作自在に配置された被写体と、後端面に隣接して、操作自在に配置された画像センサとを含む。

本明細書で開示した少なくとも１つの実施形態は、光ファイバ通信システムであり、それは、本明細書に開示したような強結合領域（例えば、隣接コア間のクロストーク最小量が５０％）で動作するマルチコア光ファイバを少なくとも１つと、前端面に光学的に結合されて、少なくとも１つのマルチコア光ファイバの動作波長において、少なくとも１つのマルチコア光ファイバのコア内を導波光として進む光を生成する光送信器と、後端面に光学的に結合されて、後端面においてマルチコア光ファイバのコアから出射される導波光を検出する検出器とを含む。

更なる特徴および利点を、以下の詳細な記載に示し、部分的には、当業者には、記載から容易に明らかであるか、または、明細書および請求項に記載し、添付の図面に示した実施形態を実施することで分かるだろう。上記概略的記載、および、以下の詳細の記載の両方が、単に例示的なものであり、請求項の本質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図すると、理解されるべきである。

添付の図面は、更なる理解のために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、詳細な記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。したがって、本開示は、以下の詳細な記載を、添付の図面と共に把握することで、より十分に理解されるだろう。

本開示による例示的なマルチコア光ファイバ（「マルチコアファイバ」）の正面等角図であり、ガラスマトリックス内にいくつかの例示的なコアを示している。 図１のマルチコアファイバの前端面における一部拡大断面図であり、導波路を共に画定するコアの１つと周囲のクラッディングとを示し、更に、主にコア内を進む導波モードも示している。 多数のコアを包み込む主クラッディングを囲む外側クラッディングを含む、例示的なマルチコアファイバの前面図である。 ランダムに分布した同じ大きさのコアを含む、例示的なマルチコアファイバの断面図である。 例示的なマルチコアファイバの断面図であり、コアは、ランダムに分布し、異なる大きさおよび形状を有する。 例示的なマルチコアファイバの断面図であり、コアは、ランダムに分布し、異なる大きさおよび形状を有し、このマルチコアファイバは、図５Ａのものよりコア密度が高い。 例示的なマルチコアファイバの断面図であり、コアは、ガラスマトリックスを縦方向に延びるランダムな配置の空気線によって、ガラスマトリックス内に画定されている。 図６Ａの例示的なマルチコアファイバの端面の一部拡大図であり、空気線が、ガラスマトリックス内の不規則な形状の低屈折率のコアを、いかに画定するかを示し、空気線がクラッディングを画定している。 図４、５Ａおよび５Ｂの高屈折率のコアを、図６Ｂのランダムに配置された空気線によって画定された低屈折率のコアと組み合わせて含む、例示的なマルチコアファイバの断面図である。 例示的なマルチコアファイバの写真であり、コアが、周期的配置とは異なる位置、大きさ、および、形状をいかに有するかという例を示しており、同心円を写真に重ねて、コアの位置の変位および摂動を示している。 本明細書に開示した少なくとも１つのマルチコアファイバを採用した例示的な撮像システムの側面等角図である。 本明細書に開示した少なくとも１つのマルチコアファイバを採用した例示的な撮像システムの側面等角図であり、図９Ｂは、マルチコアファイバ束の例を示している。 多数のマルチコアファイバを含む例示的なマルチコアファイバ束の側面図であり、異なるマルチコアファイバの前端面と後端面を、各々、前端平面および後端平面で、まとめて保持する役割を果たす各終端部材を用いて、反対の端部で終端されている。 図９Ａの撮像システムの例示的な構成を示す側面図であり、被写体が、前端面に配置され、画像センサが、後端面に配置されている。 図１０Ａと同様であり、被写体と前端面の間に入射光学システムを採用し、画像センサと後端面の間に出射光学システムを採用した例示的な構成を示している。 本明細書に開示した例示的なマルチコアファイバを採用した光ファイバ送信システムの概略図である。 本明細書に開示した例示的なマルチコアファイバについて、帯域幅ＢＷ（ＧＨｚ．ｋｍ）と波長（ｎｍ）との関係を、７９６から８８０ｎｍの範囲の波長について示すプロットである。

ここで、添付の図面に例を示した本開示の様々な実施形態を、詳細に記載する。全図を通して、同じ、または、類似した部分を参照するには、可能な限り、同じ、または、類似の参照番号および記号を用いている。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、当業者であれば、本開示の主要な態様を示すために図面をどこで簡略化しているか、分かるだろう。

後に記載する請求項は、本開示に組み込まれ、その一部を構成するものである。

いくつかの図面では、参考用の直交座標を示しているが、方向、または、向きについて限定することを意図していない。

本明細書において、ガラスマトリックス内のコアまたは空気線の配置または分布に関して、「ランダム」という用語を用いているが、空間ポアソン処理に関連するような、完全な空間的ランダム性に限定するものではない。「ランダム」という用語は、いずれの非周期的、または、他の不規則なパターンを含む。コアのランダムな配置は、コアの位置が、規則的パターンによって画定されたコアの位置の周りにランダムにずれるように、規則的パターンを空間的に摂動させることによって、実現しうる。一例において、規則的パターンからの少なくともいくつかのコアの位置ずれは、２マイクロメートルより大きい。一例において、コアのランダムな配置または位置決めが行われるか、若しくは、そうでない場合には、制限するように設計して、隣接コアは、隣接コア間の許容可能クロストーク最大量によって画定された最小間隔Ｓ_ＭＩＮを有する。

更に、マルチコアファイバの前端面と後端面の「間に延びる」コアまたは空気線と記載する場合には、コアまたは空気線が、ファイバの全長に亘って延び、ファイバの長さに亘って連続していることを意味する。以下の記載において、全てのコアは、前端面と後端面の間に延びるが、空気線の全てが、前端面と後端面の間に延びる必要はない。

以下の記載において、「クロストーク」は、コア間の光結合のことを称するが、当業者であれば、実際には、導波路間で起きる光結合であることを理解するだろう。第１および第２のコアについて、パワーＰ１を有する光が、第１のコアだけに入射した場合には、第１のコアから第２のコアに結合する光のパワーは、ΔＰ１であり、次に、第２のコア内の光のパワーを、Ｐ２＝ΔＰ１として測定し、第１のコアから第２のコアへのクロストーク量は、％で、以下のように定義される：Ｃ_Ｔ＝ΔＰ_１／Ｐ_１。デシベル（ｄＢ）で測定したクロストークは、ＣＴ＝１０ｌｏｇ［ΔＰ_１／Ｐ_１］によって、与えられる。

２つより多いコアについて、近傍コア（例えば、所定のコアを直接囲むコア）だけが、クロストークに重要に寄与して、全ての近傍コアからのクロストークが共に加わり、つまり、パーセントで測定したＣＴ＝ΣΔＰ_１／Ｐ_１であるか、または、ｄＢで測定したΣ１０ｌｏｇ［ΔＰ_１／Ｐ_１］であり、Σは、「近傍コアに亘って加算」を意味する。

マルチコアファイバ
図１は、本開示による例示的なマルチコア光ファイバ（「マルチコアファイバ」）１０の正面等角図である。マルチコアファイバ１０は、（ｚ方向に延びるように示した）中心軸ＡＣ、前端面１２、後端面１４、および、外面１６を有する。マルチコアファイバ１０は、直径ＤＦ、および、前端面１２と後端面１４の間を測定した軸方向長さＬを有する。マルチコアファイバ１０は、透明な誘電体マトリックス２０を含み、その中に、（ｘ，ｙ）にランダムに配置されて、縦方向に延び、つまり、中心軸ＡＣに略平行であり、更に、前端面１２と後端面１４の間に延びる複数のコア５０が形成されるか、または、埋め込まれている。一例において、マルチコアファイバ１０の中心軸ＡＣは、ガラスマトリックス２０の中心軸でもある。

一例において、透明な誘電体マトリックス２０はガラスで作製されるので、以下の記載では、「ガラスマトリックス」２０と称する。したがって、一例において、全てのコア５０が、ガラスマトリックス２０内に位置している。図示を容易にするために、図１では、３つのコア５０を示している。第１のタイプのマルチコアファイバ１０において、コア５０は、コアに共通のクラッディングとして機能するガラスマトリックス２０に埋め込まれた固体材料で作製されており、その場合に、ガラスマトリックスを、「クラッディング」２０とも称する。しかしながら、以下に記載するように、第２のタイプのマルチコアファイバ１０においては、ガラスマトリックス２０が、コア１５０を画定し、空気線が、共通のクラッディングを画定する。

ここで、第１のタイプのマルチコアファイバ１０を検討すると、クラッディング２０は屈折率ｎ_２０を有し、コア５０は屈折率ｎ_５０を有し、ｎ_５０＞ｎ_２０であり、多数のコア、および、周囲の共通のクラッディングが、共に、多数の導波路ＷＧ（図２参照）を画定し、導波路の数は、コア数と同じである。

図２は、マルチコアファイバ１０の前端面１２における一部拡大断面図であり、導波路ＷＧを共に画定する１つのコア５０と周囲のクラッディング２０とを示している。光６０は、コア５０において、前端面１２に入射して、次に、導波（または、「導波光」または「導波モード」）６０Ｇとして、導波路ＷＧ内を進むように示されている。導波６０Ｇは、主に、コア５０内を進み、導波光のうち、小さい部分が、エバネッセント光として、コアの僅かに外側のクラッディング２０内を進む。導波６０Ｇは、コア軸ＡＸを中心とするシングルモードの強度プロファイルとして示しうると考えられる。

一例において、クラッディング２０およびコア５０は、導波光６０Ｇが、動作波長において、シングルモードであるように構成される。他の例において、クラッディング２０、および、少なくともいくつかのコア５０は、動作波長において、多数の導波モード６０Ｇを支持するように構成される。マルチコアファイバ１０の所定のコアの光導波特性を画定するのは、クラッディング２０とコア５０の組合せであるが、説明を容易にするために、コア５０を、「シングルモード」または「マルチモード」のいずれかであると称している。一例において、動作波長は、可視光波長であるが、他の例においては、既知の電気通信波長の１つ（例えば、公称値で、約８５０ｎｍ、または、約１３００ｎｍ、または、約１５５０ｎｍ）である。他の例において、動作波長は、４００ｎｍから２０００ｎｍの範囲であり、可視光波長だけではなく、近赤外線波長を含む。

一例において、クラッディング２０を、純シリカで作製しうるが、他の例においては、ＦまたはＢなどの屈折率を低下させるドーパントを含む。更に、一例において、コア５０は、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐ、または、Ｔａなどの屈折率を上昇させるドーパントを含みうる。

一例において、コア５０の全てが同じである必要はなく、つまり、コアの全てが同じ特性を有する必要はない。例えば、コア５０は、同じ屈折率ｎ_５０を有する必要はない。更に、一例において、コア５０は、当技術分野で知られたように、一例では、アルファパラメータおよび１つ以上の比屈折率値（つまり、「デルタ」）によって画定しうる、同じ屈折率プロファイルを、有する必要はない。コア５０の全てが、同じ形状、同じ大きさなどを有する必要はない。更に、コア５０は、円形以外の形状、例えば、楕円状、多角形状、不規則などの形状も有しうる。

マルチコアファイバ１０は、断面積Ａ_１０を有し、本明細書の例では、円形の断面形状を有するものとして示している。円形以外の他の断面形状（例えば、楕円、矩形、正方形、Ｄ字型など）も用いうる。各コア５０は、断面積Ａ_５０を有し、コアの総面積Ａ_Ｔは、個々のコア面積の合計、つまり、Ａ_Ｔ＝ΣＡ_５０である。クラッディングの総断面積は、Ａ_２０であり、有効面積Ａ’_２０は、断面積Ａ_２０から総コア面積Ａ_Ｔを引いて与えられ、つまり、Ａ’_２０＝Ａ_２０－Ａ_Ｔである。

マルチコアファイバ１０内のコア５０の総数を、Ｎと示す。様々な例において、Ｎ≧１０、または、Ｎ≧５０、または、Ｎ≧１００、または、Ｎ≧２５０である。一例において、コア密度ρは、ファイバ領域Ａ_Ｆ、または、クラッディング領域Ａ_２０当たりのコア数Ｎによって与えられる。マルチコアファイバ１０の様々な例において、コア密度ρ＞８００／ｍｍ^２、または、ρ＞４０００／ｍｍ^２、または、ρ＞４０００／ｍｍ^２、または、ρ＞２００００／ｍｍ^２ある。但し、いくつかの例においては、クラッディング領域Ａ_２０は、ファイバ領域Ａ_１０と同じで、クラッディング直径ＤＣは、ファイバ直径ＤＦと同じである。他の例において、ファイバおよびクラッディング領域Ａ_ＦおよびＡ_２０は、直前に記載した例のように異なる。

図３は、一実施形態を示すマルチコアファイバ１０の前面図であり、マルチコアファイバは、クラッディング２０の外面１６を囲む外側クラッディング層（「外側クラッディング」）２２を含む。外側クラッディング２２を採用して、クラッディング２０の大きさ、および、それによって画定されるマルチコア領域を制御しうる。外側クラッディング２２を、純シリカまたはドープシリカで作製しうる。図３の挿入拡大図は、ランダムに配置されたコア５０のいくつかを示している。但し、図３の実施形態において、ファイバ領域は、外側クラッディング２２の環状領域を含むので、クラッディング領域Ａ_２０は、ファイバ領域Ａ_１０と同じではない。同様に、クラッディング直径ＤＣは、ファイバ直径ＤＦと同じではない。

例において、マルチコアファイバ１０を、その応用例に応じて、２つの主領域である弱結合領域または強結合領域のいずれかで動作するように構成しうる。弱結合領域では、コア５０間のクロストークは、無視できる程度であり、各コアが、別々の導波路のように振る舞う。この領域は、撮像での応用に適しており、高画質を実現する。強結合領域では、コア５０は、その中を導波６０Ｇが伝播する間に、かなりの量の光パワーを交換するか、または、異なるコアからのモードが互いに混ざって、結果的に、低時間遅延または広帯域幅を実現しうる。この領域は、各コアの正確な位置合わせを必要とせず、結果的に、送受信器の結合部の費用を削減しうるので、短距離高速データ送信での応用にとって魅力的である。

周期的に配置された実質的に同一のコア５０間では、大量なクロストークがあり、それは、周期的なコア構成に固有なものである。１つのコア５０を伝播する導波６０Ｇが担持する光エネルギーが、エバネッセント結合、つまり、周期的な配置の導波路におけるクロストーク結合によって、より容易に他のコアに伝達される。強いクロストークは、そのようなマルチコアファイバによって形成された像を、ぼやけさせる。弱結合領域に関連するクロストーク量を削減するには、コア間隔を増加させうるが、これにより、画像解像度が低下する。（異なるコア位置、コア形状、コアの屈折率、コアの大きさなどの少なくとも１つを含む）ランダムなコア構成を導入することによって、クロストークの影響を大きく削減して、撮像画質を改良しうる。

同じ大きさのコアを有するマルチコアファイバ
図４は、例示的なマルチコアファイバ１０のｘ－ｙ平面における断面図であり、全てのコア５０が、同じ大きさ、例えば、同じ直径Ｄｃを有する例を示している。コア５０は、同じ屈折率ｎ_５０を有さなくてもよく、更に、同じ屈折率プロファイルを有さなくてもよい。コア５０は、クラッディング２０内にランダムに配置、つまり、ランダムな（ｘ，ｙ）位置を有する。任意の２つのコア５０間の縁部間の間隔をＳで示し、間隔は、隣接コアを含む、選択したコア５０に応じて、異なる。間隔Ｓは、全ての隣接コアについて同じではないが、コアはランダムに配置されるので、いくつかの隣接コアは、同じ間隔、または、実質的に同じ間隔を有しうる。間隔の測定に関連する２つのコア５０の直径Ｄｃを知ることによって、縁部間の間隔Ｓを、中心間の間隔ＳＣを決定するのに使用しうる。

マルチコアファイバ１０が弱結合領域で動作するように設計された例において、コア５０の（ｘ，ｙ）位置は、２つの隣接コア（または、任意の２つのコア）間の間隔Ｓは、許容可能クロストーク最大量ＣＴ_ＭＡＸに関連する最小間隔Ｓ_ＭＩＮより大きくなくてはならないという条件によって、制限される。一例において、ＣＴ_ＭＡＸは、１０％であり、他の例では、ＣＴ_ＭＡＸは、６％であり、更に、他の例において、ＣＴ_ＭＡＸは、３％である。最適性能を必ずしも必要としない他の例において、隣接コアのうち、あるパーセント、例えば、隣接コアの２％、または、隣接コアの５％は、Ｓ_ＭＩＮより小さい間隔を有しうる。

強結合領域で動作するマルチコアファイバ１０の一例においても、コア５０の（ｘ，ｙ）位置は、２つの隣接コア（または、任意の２つのコア）間の間隔Ｓは、クロストークの最小量ＣＴ_ＭＩＮに関連する最大間隔Ｓ_ＭＡＸ（図４参照）より小さくなくてはならないという条件によって、制限され、一例において、ＣＴ_ＭＩＮは、５０％であり、他の例では、ＣＴ_ＭＩＮは、７０％であり、更に、他の例において、ＣＴ_ＭＩＮは、１００％である。したがって、クロストークの最小量ＣＴ_ＭＩＮが５０％である一例において、間隔Ｓは、隣接コア５０間のクロストークが、５０％から１００％の範囲となるようにしうるものであり、間隔Ｓ＝Ｓ_ＭＡＸは、５０％のクロストークに対応する。

図５Ａは、図４と同様の例示的なマルチコアファイバ１０の断面図であり、コア５０は、ランダムに配置された（ｘ，ｙ）位置を有し、全てが、同じ直径Ｄｃを有するわけではない例を示している。一例において、コア直径Ｄｃは、全てのコアがシングルモードであるように選択しうるが、他の例においては、いくつかのコアはシングルモードで、いくつかのコアはマルチモードとなるように、コア直径を選択しうる。他の例では、全てのコア５０が、マルチモードでありうる。

図５Ｂは、図５Ａと同様であり、コア密度ρが、図５Ａのものより高く、コア５０が、円形以外の様々な断面形状を有する例示的な実施形態を示している。例えば、コア５０のいくつかの断面形状は、楕円であるか、または、様々な程度の離心率で伸張している。

クラッディング２０内に配置されたコア５０の数Ｎは様々であり、下記のようにマルチコアファイバ１０を撮像に使用する応用例では、最大数Ｎ_ＭＡＸを採用するのが有利である。コア５０の最大数Ｎ_ＭＡＸ（および、最大コア密度ρ_ＭＡＸ）は、弱結合領域についての間隔条件Ｓ_ＭＩＮを満たしながら、クラッディング２０に収まる最大数のコア５０を示す。

したがって、第１のタイプのマルチコアファイバ１０の一例は、弱結合領域または強結合領域のいずれかで動作するためのクロストーク限度に応じて制限される間隔を満たして、ランダムに配置されたコア５を有し、コアは、同じ大きさ、異なる大きさ、同じ屈折率プロファイル、異なる屈折率プロファイル（例えば、コアデルタ）、同じ形状、異なる形状、異なるコア密度ρ、最大コア数Ｎ_ＭＡＸ（または、最大コア密度ρ_ＭＡＸ）の少なくとも１つを有するか、または、画定しうる。ここで、コア５０が「異なる特性」を有するとは、コアの全てが、同じ特性を有するわけではない、つまり、いくつかのコアが、同じ特性を有することを意味する。

低屈折率のコアを画定する空気線を有するマルチコアファイバ
図６Ａは、その中に縦方向に延びる孔（以下、「空気線」）１２０が形成されたガラスマトリックス２０を含む、第２のタイプのマルチコアファイバ１０の一例の断面図であり、少なくともいくつかの空気線は、前端面１２から後端面１４に延びている。空気線１２０は、当分野で知られた技術を用いて形成しうる（米国特許第７，４５０，８０６号明細書、および、米国特許第７，９２１，６７５号明細書を参照）。

一例において、ガラスマトリックス２０は、例えば、純シリカガラス、または、ドープシリカガラスなどのガラスである。空気線１２０は、ランダムな（ｘ，ｙ）位置を有し、更に、ランダムな形状および大きさを含む、異なる形状および大きさを有しうる。一例において、空気線１２０の平均最大寸法（例えば、円形断面形状の場合には、直径）Ｄａ（図５Ｂ参照）は、数ナノメートルから数マイクロメートル（例えば、３ｎｍから１０マイクロメートル）の範囲である。マルチコアファイバ１０の全長に亘って連続して延びる少なくともいくつかの空気線を有することで、空気線が不連続なことで生じる伝播損失を、最小にする役割を果たす。

様々な例において、マルチコアファイバ１０の全長Ｌに沿って連続する空気線の総数は、パーセントで、１０％以上か、２５％以上か、５０％以上か、７５％以上であり、一例においては、空気線の全て（つまり、１００％）が、全長Ｌに亘って連続している。各空気線１２０は、空気の屈折率か、または、空気線内に存在する空気以外の気体の屈折率と実質的に等しい屈折率ｎ_１２０を有する。一例において、ｎ_１２０は、近似により、１、つまり、真空の屈折率に等しいとみなす。

ランダムに配置された空気線１２０は、ガラスマトリックス２０の残りの非中空領域によって形成されてランダムに配置されたコア１５０を画定する役割を果たす。コア１５０がガラスマトリックス２０によって画定されるので、上記のようなコア５０の屈折率ｎ_５０より低い屈折率ｎ_１５０有することになるだろう。したがって、記載を容易にすると共に、２つのタイプのコアを区別するために、コア５０を、第１のタイプのコアとして考えることができ、以下の記載では、「高屈折率のコア」と称し、一方、コア１５０を、第２のタイプのコアとして考えることができ、以下の記載では、「低屈折率のコア」と称する。

図６Ｂは、空気線１２０、および、ガラスマトリックス２０の一部拡大断面図である。ガラスマトリックス２０内の空気線１２０によって画定された低屈折率のコア１５０は、空気線によって形成された間隙または隙間によって画定された不規則な形状を有しうる。空気線１２０の全てが、互いに接触するわけではないので、大多数でなくても多数の（更に、場合によっては、全ての）低屈折率のコア１５０は、離散せず、つまり、ガラスマトリックス２０の物理的に別々の部分によって形成されたものではない。しかしながら、空気線１２０は、隣接した低屈折率のコア１５０を光学的に分離する機能を果たし、隣接した低屈折率のコアが、ガラスマトリックスによって物理的には接続していても、低屈折率のコア間のクロストークを、完全には除去しなくても実質的に削減する。

一例において、低屈折率のコア１５０の平均最大コア寸法（例えば、円形の断面形状については、直径Ｄｃ）は、１０マイクロメートル未満であり、６マイクロメートルが、より好ましい。空気充填比ＡＦ（つまり、空気孔１２０の全面積Ａ_１２０の、ガラスマトリックス２０の非中空面積Ａ_Ｓに対する比、つまり、ＡＦ＝Ａ_１２０／Ａ_Ｓ）は、好ましくは、５％より高く、より好ましくは、１０％より高く、更に好ましくは、２０％より高い。

低屈折率のコアおよび高屈折率のコアを有するマルチコアファイバ
図７は、高屈折率のコア５０、および、空気線によって画定されて、ガラスマトリックス２０内に形成された低屈折率のコア１５０の両方を含む、例示的なマルチコアファイバ１０の断面図である。高屈折率のコア５０、および、低屈折率のコア１５０は、ランダムな大きさ、および、形状を有しうる。高屈折率のコア５０には、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、ＰおよびＴａなどの屈折率を高めるドーパントを添加しうる。ガラスマトリックス２０は、高屈折率のコア５０については、上記クラッディングとして機能し、ガラスマトリックスの一部は、空気線１２０によって画定される低屈折率のコア１５０としても、機能する。ガラスマトリックス２０は、純シリカ、または、ＦおよびＢなどの屈折率を下げるドーパントを添加したシリカで、製作しうる。

一例において、高屈折率のコア５０についてのコアデルタは、０．３％より高いか、より好ましくは、０．５％より高く、更に好ましくは、１％より高く、２％より高いのが、最も好ましい。一例において、高屈折率のコア５０は、１０マイクロメートル未満、より好ましくは、６マイクロメートル未満、更に好ましくは、２マイクロメートル未満の最大寸法（例えば、円形断面については、直径Ｄｃ）を有する。上記のように、空気線１２０の平均直径Ｄａは、数ナノメートルから数マイクロメートルの範囲でありうる。

高屈折率のコア５０および空気線１２０の位置は、ランダムに配置しうるものであり、後者は、ランダムに配置された低屈折率のコア１５０を画定する。図７の実施形態において、マルチコアファイバ１０のコアは、高屈折率のコア５０と低屈折率のコア１５０の両方によって構成される。

マルチコアファイバの作製
本明細書に開示した様々な実施形態のマルチコアファイバ１０は、当技術分野で知られたスタックアンドドロー法を用いて作製しうる。まず、ガラスコアブランクおよびガラスチューブを、例えば、ＯＶＤ法によって用意する。次に、ガラスコアブランクおよびガラス管から、望ましい直径および長さを有するガラスコア棒およびガラスチューブ棒をリドローする。ガラスコア棒およびガラス管は、異なる直径を有して、ファイバにおける異なるコア直径を実現する。次に、コア棒およびチューブ棒を、大きい直径のガラスチューブに挿入して、プリフォーム組立物を形成する。チューブ壁は、外側クラッディングの薄い層を形成する。ＯＶＤ処理によりガラスを被覆することによって、更なる外側クラッディング層を、追加しうる。最後に、プリフォーム組立物を、ファイバドロータワーを用いて、マルチコアファイバへと引き出す。

例示的なマルチコアファイバ
図５Ａおよび５Ｂに示した例による例示的なマルチコアファイバ１０を、ＯＶＤ法を用いて作製したコアブランクを使用して、作製した。コアには、Ｇｅが添加され、クラッディングは、純シリカだった。コアデルタは、１％だった。コア／クラッディング比ＣＣＲは、０．４７だった。次に、コアブランクを、リドローして、１メートルの長さで約３ｍｍの多数の棒を得た。

コア棒を、内径４０ｍｍ、外径５０ｍｍ、長さ２０インチ（約５．０８ｃｍ）の石英のチューブに挿入して、チューブの内側に詰められた束を作製した。組立てが完了すると、チューブ組立物を、固結炉内で、Ｃｌでパージし、ドロー性能を高めるために、いずれの不純物も除去した。プリフォームを引き出して、７５、１００、１２５、１５０、２５０および３５０マイクロメートルというように、異なるファイバ直径ＤＦを有する例示的なマルチコアファイバを形成した。各マルチコアファイバ１０のコア５０の数Ｎは、１２５であり、コアデルタは、１％だった。

７５、１００、１２５、１５０、２５０、および、３５０マイクロメートルのファイバ直径ＤＦについて、クラッディング２０の直径ＤＣは、各々、５５．３５、７３．８、９２．２５、１１０．７、１８４．５、および、２５８．３マイクロメートルであり、個々のコアの平均直径Ｄｃは、各々、１．８、２．３、２．９、３．５、５．８、および、８．２マイクロメートルだった。これらの異なる例のマルチコアファイバについて、（ファイバ直径ＤＦを用いた）コア密度ρは、各々、１平方ミリメートル当たり、２８３０９、１５９２４、１０１９１、７０７７、２５４８、および、１３００だった。

図８は、上記のように作製した例示的なマルチコアファイバ１０の断面写真である。マルチコアファイバ１０は、部分的には、内側または主クラッディング２０を囲む外側クラッディング２２によって画定される、１５０マイクロメートの公称直径ＤＦを有する。クラッディング２０は、約１１０．７マイクロメートルの直径ＤＣを有し、コア数Ｎは、Ｎ＝１２５である。したがって、コア密度ρは、（ファイバ面積Ａ_Ｆを用いて）以下により、与えられる：
ρ＝Ｎ／Ａ_Ｆ
＝Ｎ／［π（ＤＦ／２）^２］
＝（１２５）／［π（０．１５０ｍｍ／２）^２］
＝７１０２。
クラッディング２０の面積Ａ_２０だけを用いると、コア密度ρは、１３１５８となる。平均コア直径Ｄｃは、約３．５マイクロメートルである。

２つの例示的なコア５０を、破線の円で強調してあり、図面に示したように、各々、３．９５マイクロメートルと３．３１マイクロメートルの直径Ｄｃを有する。同心円ＣＣを写真に重ねて、コア位置の規則的または周期的位置からの変位または摂動を示す周期基準の役割を、果たしている。

図８から、コア５０の位置は、完全には周期的ではない（つまり、非周期的である）ことが分かる。平均的には、隣接コア５０の間隔は、１１．１６マイクロメートルで、約２６％の間隔の摂動（間隔の変位）を示す±２．９３マイクロメートルのずれを有する。更に、コア５０の大きさ、および、形状は、ランダムに分布している。

作製したマルチモードファイバ１０の送信損失を、６４０ｎｍから１７００ｎｍの波長λについて測定した。マルチコアファイバ１０の全開口数ＮＡも測定した。表１に、測定結果をまとめている。

送信窓は、ファイバ直径ＤＦが大きくなるにつれて、広くなる。開口数ＮＡも、ファイバ直径ＤＦが大きくなるにつれて、大きくなる。

撮像システム
図９Ａおよび９Ｂは、本明細書に開示した少なくとも１つのマルチコアファイバ１０を採用した例示的な撮像システム２００の側面等角図である。撮像システム２００は、被写体２１２が位置する物体面ＯＰ、および、像面ＩＰを有する。図９Ａは、１つのマルチコアファイバ１０を含む例示的な撮像システム２００を示し、図９Ｂは、ファイバ束１０Ｂとして配置された４つのマルチコアファイバ１０を示している。

図９Ｃは、異なるマルチコアファイバ１０の前端面と後端面を、各々、前端平面および後端平面１２Ｐ、１４Ｐで、まとめて保持する役割を果たす終端部材１５を含む例示的なファイバ束１０Ｂの側面図である。プラスチックの外被層（不図示）を、マルチコアファイバ束１０Ｂの周りに配置して、保護しうる。必要に応じて、任意の妥当な数のマルチコアファイバ１０を、使用し（例えば、束ねて）、撮像条件を満たすようにしうる。尚、いくつかの場合には、図示を容易にするために、マルチコアファイバ１０、および、ファイバ束１０Ｂを、まっすぐに示しているが、図９Ｃに示したように、許容量の曲げ損失を妥当に満たすような湾曲部も含みうる。

図１０Ａは、図９Ａの撮像システム２００の側面図であり、物体面ＯＰおよび被写体２１２が、前端面１２に（例えば、接触して）位置し、像面ＩＰおよび画像センサ２１４が、後端面１４に（例えば、接触して）配置されている。図１０Ｂは、図１０Ａと同様であり、物体面ＯＰが、前端面１２から距離をあけて位置し、入射光学システム３１２を用いて、被写体２１２からの光を前端面１２に向ける例を示している。図１０Ｂは、後端面１４から距離をあけて位置する像面ＩＰ、および、後端面１４から出射する光を捕えて、像面に像を形成するのに使用する出射光学システム３１４も、示している。

図９Ａおよび９Ｂを参照すると、撮像システム２００の動作において、被写体２１２によって発光された、または、被写体２１２から反射した光６０は、マルチコアファイバ１０の前端面１２に向けられる。光６０の一部は、コア５０に結合されて、導波光６０Ｇとして、マルチコアファイバ内を伝播し（図２参照）、後端面１４から出射する。次に、像面ＩＰにおいて、（直接、端面１４で、または、出射光学システム３１４によって像を形成して）像を形成し、それを、画像センサ２１４によって、撮像する。画像センサ２１４は、それに応じて、画像センサに電気的に接続されたプロセッサ２１６に送信しうる電気信号ＳＥを、生成する。一例において、プロセッサ２１６は、電気信号ＳＥを受信して処理し、メモリに保存、表示装置に表示などができる処理済み画像を形成するように、構成される。

撮像での応用例について、マルチコアファイバ１０は、比較的高いコア密度ρを有しながら、弱結合領域で動作するのが好ましく、更に、実質的に最大コア密度ρ_ＭＡＸ（例えば、実際の最大コア密度ρ_ＭＡＸの１０％以内）を有するのが、より好ましい。一例において、コア５０、１５０の各大きさ、および、縁部間の分離距離Ｓは、数マイクロメートル程度である。導波光６０Ｇを、各コア内に、しっかりと閉じ込めるため、および、コア間のクロストークを削減して、高画質を実現するためには、コア５０とクラッディング２０との間で、比較的大きい屈折率差が必要である。

像面ＩＰに形成された画像の解像度は、画素を画定する離散コア５０および／または１５０によって制限される。解像度は、光結合量、または、コア間のクロストークによっても、制限される。コア寸法を削減することにより、コア密度（したがって、画素密度）を高めうるが、コアが小さいほど、結果的に、導波光６０Ｇのエバネッセント部分が、コアから更に遠くに延びるので、ある時点において、許容できない量のコア間のクロストークにつながる。クロストークの増加は、結果的に、ボケ画像を生成して、信号対背景比を低下させる。更に、導波モード６０Ｇ支持を可能としつつ、コアを小さく製作する程度には限界がある。

クロストーク量は、光６０の波長λ、および、光の偏光状態に、敏感に応じたものである。したがって、マルチコアファイバ１０の撮像性能は、概して、コア密度とコア間の光結合との相互作用によって決定される。例えば、波長λは、８００ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲であってもよく、例えば、６３５ｎｍ、８４０ｎｍ、８５０ｎｍ、９５０ｎｍ、９８０ｎｍ、１２５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３５０ｎｍ、１５５０ｎｍ、または、８００ｎｍから１６００ｎｍの波長範囲内の他の波長であってもよい。（つまり、データ送信システムで使う場合には、ファイバ１０を、そのために設計、最適化、または、それに結合させた光学システムまたは光源の動作波長）。

性能測定
作製した直径ＤＦ＝１２５マイクロメートルを有するマルチコアファイバ１０について、画像送信実験を行って、クロストーク、および、画像送信性能を分析した。ファイバは、Ｇｅがドープされたコアを有し、約１％のデルタだった。コア５０の数Ｎは、Ｎ＝１２５だった。隣接コア５０の平均間隔Ｓを測定したところ、９．３２±２．４４マイクロメートルだった。これは、隣接コア５０間の間隔の約２６％の摂動を示している。コア５０について、ランダムな大きさの摂動は、約１０％が妥当である。したがって、コアの間隔の差異は、コア間の結合（つまり、クロストーク）を低下させるのに使用しうる、かなりの量の摂動を生じる。

更に、コア間のクロストーク量を測定するためにも、実験を行った。中心波長が６３５ｎｍで、帯域幅が約１ｎｍのレーザダイオード光源を用いて、選んだコア５０を、マルチコアファイバ１０の前端面１２において照らし、後端面１４において出射された光を測定した。１ｎｍの帯域幅に亘って、平均クロストークを測定したところ、約６％であり、フジクラのＦＩＧＨ－１０－３５０Ｓなどの他の市販ファイバ束について報告されているものより、かなり低いものであった。

更に、マルチコアファイバ１０を通って送られた１９５１ＵＳＡＦ解像度ターゲット画像を用いて、撮像実験も行った。バー画像は、５群３要素で、線幅は、１５．６３μｍだった。マルチコアファイバ中を２メートル伝播した後に、出力画像を、ＣＣＤカメラの形態である画像センサで、約０．５０５マイクロメートルの画素サイズで撮像した。撮像した画像を分析し、画素サイズに基づいて、画像中の測定したバーの幅は、約１５．６μｍであると計算した。この測定した幅は、被写体の元のバーの幅と一致し、それは、クロストークによる撮像システムの解像度の顕著な低下がなかったことを示した。

データ送信システム
図１１は、例示的な光ファイバ送信システム（「システム」）３００の概略図であり、変調した光３６０を出射する送信器（光源）３２０、および、受信器３３０を採用し、それらは、変調した光３６０を導波光３６０Ｇとして伝達する少なくとも１つのマルチコアファイバ１０によって、光学的に接続している。マルチコアファイバ１０は、データ送信用の光学的リンクを画定する。受信器３３０は、変調した導波光３６０Ｇを、ランダムなマルチコアファイバ１０の後端面１４から受光するように構成される。送信器３２０は、ＶＣＳＥＬ系、または、ＳｉＰｈ系送信器を用いて使用するものでありうる。

送信器３２０は、８００ｎｍから１６００ｎｍの範囲の波長を有する変調された光３６０（つまり、変調された光信号）を出射し、マルチコアファイバ１０は、この範囲の動作波長を有しうる。更に、送信器３２０は、一例においては、１２５０ｎｍから１６５０ｎｍの範囲の波長を有する変調された光３６０を出射するＳｉＰ系光源で構成されるか、そうでない場合には、それを含む。送信器３２０は、８４０ｎｍから９８０ｎｍ、または、８４０ｎｍから９５０ｎｍの波長範囲でのＣＷＤＭでの応用で使用するような、ＶＣＳＥＬ系光源で構成されるか、または、そうでない場合には、それを含みうる。ＶＣＳＥＬ光源は、８００ｎｍから１３５０ｎｍの範囲の波長でも光を出射しうる。したがって、一例において、例えば、ＷＤＷ関係の応用例について、送信器３２０は、所定の波長範囲内の異なる波長の光３６０を出射しうる。

マルチコアファイバ１０は、図１１のシステム３００で使用するような動作波長について、広い帯域幅ＢＷを有するように構成される。例において、例えば、８５０～９５０ｎｍ、９５０～１０６０ｎｍ、１２００～１３５０ｎｍなどの１００ｎｍより長い波長範囲に亘って、帯域幅ＢＷは、１ＧＨｚ．ｋｍより広いか、または、２ＧＨｚ．ｋｍより広いか、または、３ＧＨｚ．ｋｍよりも広い。一例において、マルチコアファイバ１０は、０．１２より大きい開口数ＮＡを有し、より好ましくは、０．１５より大きく、更に好ましくは、０．２より大きい。マルチコアファイバ１０のマルチコア領域の直径ＤＦ（図１または図３参照）は、２５マイクロメートルより大きく、例えば、３０、４０、５０、６２．５、８０、または、１００マイクロメートルである。

上記の例のマルチコアファイバ１０について、帯域幅の測定も行った。全モード励振条件を用いて、８５０ｎｍ前後の多数の波長において測定を行った。図１２は、７９６から８８０ｎｍの範囲の波長について、帯域幅ＢＷ（ＧＨｚ．ｋｍ）と波長λ（ｎｍ）との関係を示すプロットである。波長範囲の短い値側から長い値側へ、帯域幅ＢＷは、２．１ＧＨｚ．ｋｍから３．１ＧＨｚ．ｋｍへと増加している。この帯域幅の測定結果は、データセンタでの応用例において、マルチコアファイバ１０が、短距離の信号送信に適していることを示している。

当業者には、本明細書に記載したような本開示の好適な実施形態に、添付の請求項に記載したような本開示の精神または範囲を逸脱することなく、様々な変更が可能なことが明らかだろう。したがって、本開示は、添付の請求項、および、それらの等価物の範囲内である限りは、そのような変更および変形も網羅する。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
マルチコア光ファイバにおいて、
前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、
前記ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前記前端面と前記後端面の間を前記中心軸に略平行に延びて、各々、屈折率ｎ_５０を有する複数のコアと、
を含み、
ｎ_５０＞ｎ_２０であり、
前記ガラスマトリックスは、前記複数のコアに共通のクラッディングとして機能し、該各コアおよび前記共通のクラッディングが、導波路を画定し、
任意の２つの前記コアが、隣接コア間の許容可能クロストーク最大量によって画定される最小距離Ｓ_ＭＩＮより大きい縁部間の間隔Ｓを有するものであるマルチコア光ファイバ。

実施形態２
前記各コアは、屈折率プロファイル、大きさ、および、断面形状を有し、該各コアは、同じ前記屈折率プロファイル、同じ前記大きさ、および、同じ前記形状の少なくとも１つを有するものである、実施形態１に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態３
前記コアの前記断面形状が、円形である、実施形態２に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態４
前記許容可能クロストーク最大量は、１０％である、実施形態１から３のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態５
前記複数のコアは、１００コア以上である、実施形態１から４のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態６
前記コアは、１平方ミリメートル当たり１０００コア以上のコア密度を画定するものである、実施形態１から５のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態７
前記導波路の全てが、可視光波長範囲内、または、４００ｎｍから２０００ｎｍの波長範囲内の波長において、シングルモードである、実施形態１から６のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態８
前記ガラスマトリックスは、純シリカで構成され、前記各コアは、ドープシリカで構成されたものである、実施形態１から７のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態９
前記各コアは、１０マイクロメートル未満の最大寸法を有するものである、実施形態１から８のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１０
ファイバ束において、
実施形態１から９のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを２つ以上、
含み、
前記前端面が第１の共通端平面に、前記後端面が第２の共通端平面に、配置されたものであるファイバ束。

実施形態１１
被写体を撮像する撮像システムにおいて、
実施形態１から９のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを少なくとも１つと、
前記前端面に隣接して、操作自在に配置された被写体と、
前記後端面に隣接して、操作自在に配置された画像センサと、
を含む撮像システム。

実施形態１２
マルチコア光ファイバにおいて、
前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、
前記ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前記中心軸に略平行に延びて、屈折率ｎ_１２０を有する複数の空気線と、
を含み、
前記複数の空気線の２５％以上が、前記前端面と前記後端面の間の全長に亘って延び、
ｎ_１２０＜ｎ_２０であり、
前記空気線は、前記ガラスマトリックス内に、ランダムに配置された複数の第１のコアを画定し、前記複数の第１のコアは、該複数の空気線との組合せで、複数の第１の導波路を画定し、
任意の２つの前記第１のコアが、隣接第１のコア間の許容可能クロストーク最大量によって画定される最小距離Ｓ_ＭＩＮより大きい縁部間の間隔Ｓを有するものであるマルチコア光ファイバ。

実施形態１３
前記各空気線は、最大寸法を有し、前記最大寸法の平均は、３ｎｍと１０マイクロメートルの間である、実施形態１２に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１４
前記空気線の５０％以上が、前記前端面と前記後端面の間の前記全長に亘って延びるものである、実施形態１２または１３に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１５
前記複数のコアが、１００コア以上である、実施形態１２から１４のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１６
前記コアは、１平方ミリメートル当たり１０００コア以上のコア密度を画定するものである、実施形態１２から１５のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１７
前記ガラスマトリックスは、純シリカ、または、ドープシリカで構成されたものである、実施形態１２から１６のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１８
隣接第１のコア間の許容可能クロストーク最大量が、１０％である、実施形態１２から１７のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態１９
前記ガラスマトリックスに埋め込まれて、前記前端面と前記後端面の間を前記中心軸に略平行に延びて、屈折率ｎ_５０を有する第２のコアを、
更に含み、
ｎ_５０＞ｎ_２０であり、
前記第２のコアは、前記ガラスマトリックスとの組合せで、複数の第２の導波路を画定するものである、実施形態１２から１８のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態２０
前記第２のコアは、前記ガラスマトリックス内にランダムに配置されたものである、実施形態１９に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態２１
前記第１のコア、および、前記第２のコアは、各々、１０マイクロメートル以下の第１および第２の最大寸法を有するものである、実施形態１９に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態２２
前記第２のコアは、円形の断面形状を有するものである、実施形態１９に記載のマルチコア光ファイバ。

実施形態２３
ファイバ束において、
実施形態１２から２２のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを２つ以上、
含み、
前記前端面が第１の共通端平面に、前記後端面が第２の共通端平面に、配置されたものであるファイバ束。

実施形態２４
ファイバ束において、
実施形態１９から２２のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを２つ以上、
含み、
前記前端面が第１の共通端平面に、前記後端面が第２の共通端平面に、配置されたものであるファイバ束。

実施形態２５
被写体を撮像する撮像システムにおいて、
実施形態１２から２２のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを少なくとも１つと、
前記前端面に隣接して、操作自在に配置された被写体と、
前記後端面に隣接して、操作自在に配置された画像センサと、
を含む撮像システム。

実施形態２６
被写体を撮像する撮像システムにおいて、
実施形態１９から２２のいずれか１つに記載の前記マルチコア光ファイバを少なくとも１つと、
前記前端面に隣接して、操作自在に配置された被写体と、
前記後端面に隣接して、操作自在に配置された画像センサと、
を含む撮像システム。

実施形態２７
マルチコア光ファイバにおいて、
前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、
前記ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前記前端面と前記後端面の間を前記中心軸に略平行に延びて、各々、屈折率ｎ_５０を有する複数のコアと、
を含み、
ｎ_５０＞ｎ_２０であり、
前記ガラスマトリックスは、前記複数のコアに共通のクラッディングとして機能し、該各コアおよび前記共通のクラッディングが、導波路を画定し、
任意の２つの前記コアが、隣接コア間のクロストークの最小量である５０％によって画定される最大距離より小さい縁部間の間隔を有するものであるマルチコア光ファイバ。

実施形態２８
光ファイバ通信システムにおいて、
実施形態１、１２、または、２７に記載のマルチコア光ファイバを少なくとも１つと、
前記前端面に光学的に結合されて、前記少なくとも１つのマルチコア光ファイバの動作波長において、該少なくとも１つのマルチコア光ファイバの前記コア内を導波光として進む光を生成する光送信器と、
前記後端面に光学的に結合されて、該後端面において、前記マルチコア光ファイバの前記コアから出射される前記導波光を検出する検出器と、
を含むシステム。

実施形態２９
前記少なくとも１つのマルチコア光ファイバは、１ＧＨｚ．ｋｍより広い帯域幅を有し、
前記動作波長は、１００ｎｍより長い波長範囲内である、実施形態２８に記載の光ファイバ通信システム。

実施形態３０
前記波長範囲は、８５０ｎｍから９５０ｎｍ、９５０ｎｍから１０６０ｎｍ、および、１２００ｎｍから１３５０ｎｍの１つである、実施形態２９に記載の光ファイバ通信システム。

１０ マルチコアファイバ
１２ 前端面
１４ 後端面
１５ 終端部材
１６ 外面
２０ クラッディング
２２ 外側クラッディング
５０、１５０ コア
１２０ 空気線
２００ 撮像システム
２１４ 画像センサ
２１６ プロセッサ
３００ 光ファイバ送信システム
３１２ 入射光学システム
３１４ 出射光学システム
３２０ 送信器
３３０ 受信器

Claims (11)

1. マルチコア光ファイバにおいて、
   前端面、後端面、長さ、屈折率ｎ_２０、および、中心軸を有するガラスマトリックスと、
   前記ガラスマトリックス内にランダムに配置され、前記中心軸に略平行に延びて、屈折率ｎ_１２０を有する複数の空気線と、
   を含み、
   前記複数の空気線の２５％以上が、前記前端面と前記後端面の間の全長に亘って延び、
   ｎ_１２０＜ｎ_２０であり、
   前記空気線は、前記ガラスマトリックス内に、ランダムに配置された複数の第１のコアを画定し、前記複数の第１のコアは、該複数の空気線との組合せで、複数の第１の導波路を画定し、
   任意の２つの前記第１のコアが、隣接する第１のコア間の許容可能クロストーク最大量によって画定される最小距離Ｓ_ＭＩＮより大きい縁部間の間隔Ｓを有するものであり、
   前記隣接する第１のコア間の許容可能クロストーク最大量が、１０％以下であるマルチコア光ファイバ。
2. 前記空気線の各々は、最大寸法を有し、
   前記最大寸法の平均は、３ｎｍと１０マイクロメートルの間である、請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
3. 前記空気線の５０％以上が、前記前端面と前記後端面の間の前記全長に亘って延びるものである、請求項１または２に記載のマルチコア光ファイバ。
4. 前記複数のコアが、１００コア以上である、請求項１から３のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。
5. 前記コアは、１平方ミリメートル当たり１０００コア以上のコア密度を画定するものである、請求項１から４のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。
6. 前記ガラスマトリックスは、純シリカ、または、ドープシリカで構成されたものである、請求項１から５のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。
7. 前記隣接する第１のコア間の許容可能クロストーク最大量が、１０％である、請求項１から６のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。
8. 前記ガラスマトリックスに埋め込まれて、前記前端面と前記後端面の間を前記中心軸に略平行に延びて、屈折率ｎ_５０を有する第２のコアを更に含み、
   ｎ_５０＞ｎ_２０であり、
   前記第２のコアは、前記ガラスマトリックスとの組合せで、複数の第２の導波路を画定するものである、請求項１から７のいずれか１つに記載のマルチコア光ファイバ。
9. 前記第２のコアは、前記ガラスマトリックス内にランダムに配置されたものである、請求項８に記載のマルチコア光ファイバ。
10. 前記第１のコア、および、前記第２のコアは、各々、１０マイクロメートル以下の第１および第２の最大寸法を有するものである、請求項８に記載のマルチコア光ファイバ。
11. 前記第２のコアは、円形の断面形状を有するものである、請求項８に記載のマルチコア光ファイバ。

Images