JP5734443B2 - マルチコアファイバにおけるクロストークを低減するための技術 - Google Patents
マルチコアファイバにおけるクロストークを低減するための技術 Download PDFInfo
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Description
2009年12月 2日に出願された米国特許仮出願第61/265,997号
2010年 3月 5日に出願された米国特許仮出願第61/311,177号
2010年 3月16日に出願された米国特許仮出願第61/314,165号
2010年10月12日に出願された米国特許仮出願第61/392,472号
1.1 曲げに誘発された位相整合
1.2 解析的なアプローチ
1.3 固定的な不規則な曲げ加工の結果
2.1 セクション2の序文
2.2 結合モデル、および曲げの統計データ
2.3 結合モードモデルの揺らぎ
2.4 他の揺らぎがない異なる曲げ形態
2.5 曲げが多い切片、および曲げが管理された切片における蓄積
2.51 例1:100kmの長距離への適用
2.52 例2:10kmのPONへの適用
2.52 例3:意図的な屈折率の不整合がないファイバ
2.6 他の揺らぎ
2.7 線引き中の全ファイバ断面の寸法のドリフト
2.8 屈折率プロファイルの変動と結合した曲げ
2.9 セクション2の一般的な技術
2.10 セクション2の結論
3.1 緩やかな変動
3.2 緩やかな変動:数値例
3.3 緩やかでない変動:回転
3.4 速い回転、およびクロストークの低減
3.5 一般的な技術
1.1 曲げを誘発された位相整合
曲げの結果として二つ以上のコアの間に生じ得る断続的な位相整合を解析し、モデル化するための枠組みを提供するために結合モード方程式を用いるための技術がここに記述される。
コア間の揺らぎのない不整合は、
1. Δz>>fの相関長さ、
2. Δzは十分に小さく、多重結合の事象は間隔内で無視でき、かつ
3. Δz<<はA、およびCにおける長さの変動。
2.1 セクション2の序文
セクション2は、断続的な結合を引き起こすことが出来る他の形式の不規則な揺らぎを含むように一般化し、したがってマルチコアファイバが配置される一般的な設定でのクロストーク蓄積のより現実的なモデルを提供する解析的な枠組みを記述する。不規則性が十分な長さにわたって位相の一貫性を損なうので、パワー結合の原動力が結合モードの形成から生じる。全体的なクロストークは主として最大の揺らぎによって決定される。
現実世界の光ファイバリンクは一般に非常に異なる曲げ条件を備える複数の切片からなる。リンク切片の大半は、埋設されたケーブルからなるそれのように、かなり長く、注意深く曲げが管理されて実質的に真っ直ぐな構成で敷かれ得る。本記述において、これらの形式の切片は”曲げが管理された” 切片として参照される。一般に、曲げが管理された切片は1kmよりもはるかに大きな長さを備え、さらに”ゆるやかな”曲げ、すなわち半径が10cmよりもはるかに大きな曲げを備える。
十分理解されるであろう。
マルチコアファイバのクロストークは複屈折ファイバ、あるいは微小曲げの偏光に類似している。結合の揺らぎは結合モードモデルの枠内で生じるが、最終的に解析は揺らぎの統計データにより決定される係数を有するパワー結合という結果になる。ここに用いられる結合モード方程式は
ここで、マルチコア光ファイバリンクが、数多くの曲げが多い切片、および曲げが管理された切片を備えるが、それ以外の揺らぎを備えないとしてモデル化される事例が考察される。ここで用いられるように、用語“曲げ形態”は、一般に曲げが多い切片、および曲げが管理された切片の両方について言及するとして使われる。
クロストークは曲げが多い切片により早く蓄積するが、これらは一般に通信リンクの非常に小さな部分を構成するであろう。われわれが上に提案したモデルは、主としてクロストークがリンクの曲げが多い部分に、あるいはもっと長い曲げが管理された部分に蓄積するのかという疑問に定量的に対処することをわれわれに可能にする。
図5Aに示されるグラフ510に対応する第一の例として、全長100kmを有するリンクがモデル化されている。100kmのうち、全長100mを有する切片は平均するとおおよそ4cmのいろいろな曲げ半径で曲げを加えられ、残り99.9kmの埋設されたフィアバの配置は曲げ半径35cmのほぼらせん状の曲線で非常によく制御(+/−20%以内)されていると仮定される。
図5Bに示されるグラフ520に対応する第二の例において、比較のために全長10kmのPONがモデル化されるが、注意深く曲げを管理するための追加的な支出は省かれている。ここでも、曲げが多い切片の長さは、おおよそ5cmのいろいろな曲げ半径の100mであると仮定される。“曲げが管理された”部分はわずか曲げ半径53cmであるが、先の例:6.0210=gRbよりも大きな変動を備える。
図5Cに示されるグラフ530に対応する最後の例においては、コア間の意図的な屈折率の不整合がないファイバが考察される。製造のばらつきは、隣接するコア間の屈折率の不整合、おそらく典型的な屈折率の不整合が〜0.5×10−4の分布に導くであろう。
式(2.02)を導くために使われる形式は、fが同じ状態を保ったままの不規則な過程である限り、曲げ以外の不規則に長さが変動する揺らぎに同じようによくあてはまる。われわれは、曲げの揺らぎだけでなく、すべての長さが変動するBに関してより一般的に揺らぎに誘発される位相関数fを簡単に規定する
考慮すべき一つの揺らぎは、線引き中の全ファイバ断面の寸法の揺れ動きである。寸法のばらつきを屈折率の不整合による揺らぎに変換させることは重要な意味をもたらす:つまり、いくつかの揺らぎは主としてすべてのコアの有効屈折率をいっしょにずらすが、微分したずれだけがクロストークの計算に加わる。図8A−8Cは、1550nmにおける三つのほとんど等しいステップインデックスファイバについて屈折率対寸法要因を図解する一連のグラフ810、820、および830である。コア間のわずかな有効屈折率差は10−4のオーダーである。寸法要因(〜20%)の大きなばらつきですら有効屈折率差(Am,m−An,n)の小さな(<<10−4)揺らぎにつながるように、寸法の勾配は相似である。このことは、すべてのコアに共通する寸法のばらつきは − 特に、少なくとも一つのより大きな揺らぎ(曲げ)が存在するので、クロストークに果たす役割はわずかである。このことは、コア寸法のばらつきについての最近の結果を明らかにする:クロストークに重大な影響を与えるために、これらのばらつきはそれぞれのコアに対して著しく異なっているべきで、すべてのコアが共通の寸法であってはならないであろう。
更なる例において、曲げによる揺らぎは、屈折率プロファイルについての独立した揺らぎ、Δnpertと結合されると仮定される。
図10は、マルチコアファイバリンクのクロストークを解析するための本発明の多様な記述された態様による一般的な技術1000のフローチャートである。技術1000は以下からなる:
箱1001:マルチコアファイバリンクを複数の中間的な長さの切片に分割する。
箱1002:それぞれ個々の切片に対して、揺らぎなしに隣接するコア間の結合のためにモード係数の個別のベクトルを導き出す。
箱1003:それぞれ個々の切片について、揺らぎの統計データのそれぞれの組を生成する。
箱1004:それぞれ個々の切片について、切片の揺らぎの統計データ全体にわたって平均化された結合モードモデルから導かれる転送行列の統計データのそれぞれの組によって形成されるそれぞれ個々の転送行列を導き出し、その場合においてそれぞれ個々の転送行列の統計データの組が、結合強度、および揺らぎに誘発される位相関数のパワースペクトル密度を反映する。
箱1005:それぞれ個々の切片について、切片のモード係数のそれぞれのベクトルに切片のそれぞれの転送行列を掛け合わせる。
箱1006:それにより、リンクによって示されるクロストークが個々の転送行列の連結としてモデル化される。
統計的な手法は、曲げ半径、回転、ファイバのねじれなどにおける不規則なセンチメータ規模の変動の跡を失うことなく、長距離全体にわたる平均的なクロストークを計算することをわれわれに可能にする。
1.屈折率差は揺らぎがないとする解析から結論されるよりも実質的に大きくなければならない。
2.長さが変動することによる揺らぎを隣接するコア間の相対有効屈折率まで低減するために手段が講じられる。これらの手段は異なるメカニズムに対応し、多くの異なる形態をとってよい。それらは技術的に知られているが、マルチコアファイバにおけるクロストークという状況で新規の方法である。曲げの例において、揺らぎを低減することは、設置中のきつい曲げを回避すること、そのような曲げを回避するためにファイバをケーブル化することなどである。熱に起因する揺らぎの場合には、低減はケーブル設計、あるいはファイバの被覆中に折率プロファイルの変動の場合には、低減はファイバの異なる領域の相対的な粘性を管理すること、線引き中のファイバの張力を変えることなどを含んでよい。歪の場合には、低減はマルチコアプリフォームの幾何学的な組み立て、異なるプリフォーム要素の材料構成、ファイバ被覆の設計、およびケーブル化、線引き条件などを含んでよい。
3.1 緩やかな変動
本発明のさらなる態様は、伝播定数βの揺らぎδβが非常に緩やかに変動するマルチコアファイバ、および技術に向けられる。変動の程度がまったく無視できる場合には、以下に説明し、議論される積分においてδβを定数として扱うことが可能である。
先に提示された多くのパワースペクトル密度(PSD)の計算は、まさに議論される緩やかな変動の形態を説明する。
緩やかな変動は、現実の通信用ファイバのクロストークにおいて重要な役割を果たすようであると信じられている。さらに、プリフォームの変動は非常に長尺のファイバにのみ現れるであろうということが高い確度で信じられている。ファイバの曲率の変動、および(曲げによる揺らぎの調子を変える)不規則な方向性の揺れ動きは、寸法が1mのオーダーのときに起こり易く、それは1/Δβに比較して遅い。しかし、もっと短い尺度の変動を有する揺らぎの例を構築することも困難ではない。ここに記述されるPSDの体系的な記述は両方の場合をカバーする。
図12、および13に示される結果は、ファイバを回転させることによってクロストークの低減が首尾よく達成されているということを直ちに意味するものではない。例えば、同じ曲げ半径(カラー)の実線(回転させられた)、および点線(回転させられていない)曲線を比較することで、あるときは回転がクロストークを増加させ、あるときは減少させるということが見られる。それに対して、図14は、曲げに誘発される屈折率の揺らぎの大きさと比較して仮定の回転(100ターン/メータ)が早い類似の計算のグラフ1040を示す。図14にパワースペクトル密度は実線1041a−1044aによって示され、かつ疑似固定の近似は点線1041b−1044bによって示される。
さて、ここに説明される本発明の一つ以上の態様を取り入れた数多くの実施例が議論される。本発明の態様、および実施は、単独に、あるいはお互いに組み合わせて、あるいは他の技術の教えるところと組み合わせて採用されてよい。
Claims (10)
- マルチコア光ファイバであって、
共通のクラッド領域内に配置された二つ以上のコア領域を備え、前記コア領域のそれぞれが、前記ファイバの長さ方向に沿う少なくとも一つの光モードからなるそれぞれの光の伝播を導くように構成され、
前記ファイバは、らせん形状に配置されており、
前記隣接するコア間で位相整合の事象の確率を最小にする構成に前記コアが配列されている、マルチコア光ファイバ。 - 前記揺らぎが、
前記ファイバの曲げ、
伝播軸の周囲のファイバの方向性の変動、
プリフォームに起因する変動、
線引きに誘発される変動、
応力に誘発される変動、
熱的に誘発される変動、
化学的に誘発される変動、および
放射線に誘発される変動
の少なくとも一つに起因する、請求項2に記載の装置。 - 前記揺らぎが
前記ファイバの曲げ、
伝播軸の周囲のファイバの方向性の変動、
プリフォームに起因する変動、
線引きに誘発される変動、
応力に誘発される変動、
熱的に誘発される変動、
化学的に誘発される変動、および
放射線に誘発される変動
の少なくとも一つに起因する、請求項4に記載の方法。 - マルチコア光ファイバであって、
共通のクラッド領域内に配置された二つ以上のコア領域を備え、前記コア領域のそれぞれが、前記ファイバの長さ方向に沿う少なくとも一つの光モードからなるそれぞれの光の伝播を導くように構成され、
回転周期Λ spin でらせん状に巻かれており、かつ隣接するコア間の屈折率の不整合がλ/Λ spin の整数倍のいずれにも近くない、マルチコア光ファイバ。 - 前記回転の周期が、おおよそ2cmよりも大きくない、請求項6に記載のファイバ。
- 前記回転の周期が、おおよそ1cmよりも大きくない、請求項6に記載のファイバ。
- 前記隣接するコア間の屈折率の不整合が、おおよそ0.5λ/Λspinである、請求項6に記載のファイバ。
- 前記隣接するコア間の屈折率の不整合が、おおよそ1.5λ/Λspinである、請求項6に記載のファイバ。
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