JP5771569B2 - 光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、通信用マルチモード光ファイバによる高次モードを利用した光ファイバに関するものである。

光ファイバ通信システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化および長距離化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり、非特許文献１、２に示すように大コアファイバが検討されている。

しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。これらの制限を打破するために、これまで信号劣化要因であった高次モードを利用したモード多重技術が検討されている（例えば、非特許文献３、４参照。）。

モード多重技術は伝送媒体としてマルチモード光ファイバを用い、伝送容量を拡大できるとともに、先に述べた大コア光ファイバで制限要因であった単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化が可能であることも特徴である。

モード多重伝送システムにおいて、各送信信号はそれぞれ異なる伝搬モードを通じて伝搬することから、全てのモードが所望の曲げ損失を実現しなければならない。例えば、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２で推奨される曲げ損失は、曲げ半径３０ｍｍにおいて０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下である。また、Ｎ個の信号を用いたモード多重伝送を実現するためには、光ファイバは少なくともＮ以上の伝搬モードを有する必要がある。また、それぞれのモードの実効断面積は、光ファイバ中で発生する非線形効果を低減するために大きい方がよい。これまでには、モード数を限定した光ファイバの利用が提案されている（例えば、非特許文献５、６）。

Ｔ． Ｍａｔｓｕｉ， ｅｔ ａｌ．， "Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２７， ５４１０−５４１６， ２００９． Ｋ． Ｍｕｋａｓａ， ｅｔ ａｌ．， "Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ， " ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８． Ｎ． Ｈａｎｚａｗａ， ｅｔ ａｌ．， "Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １０ ｋｍ ｔｗｏ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｅｒ，" ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２０１１， ＯＷＡ４， Ｍａｒ．２０１１． Ｒ． Ｒｙｆ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｏｖｅｒ ９６ ｋｍ ｏｆ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｕｓｉｎｇ Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ６ ｘ ６ ＭＩＭＯ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ３０， ５２１−５３１， ２０１２． Ｐ． Ｓｉｌｌａｒｄ， ｅｔ ａｌ．， "Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｆｏｒ Ｕｎｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ，" ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＥＣＯＣ２０１１， Ｔｕ．５．ＬｅＣｅｒｖｉｎ．７， Ｓｅｐ．２０１１． Ｌ． Ｇ．−Ｎｉｅｌｓｅｎ， ｅｔ ａｌ．， "Ｆｅｗ Ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ＤＧＤ， ｌｏｗ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ａｎｄ ｌｏｗ Ｌｏｓｓ，" ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２０１２， ＰＤＰ５Ａ．１， Ｍａｒ．２０１２． Ｋ． Ｍｕｋａｓａ， ｅｔ ａｌ．， "Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ２ ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １７０μｍ２ ｆｏｒ ＬＰ０１ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ａ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｅｎｄｌｅｓｓｌｙ ２ ｍｏｄｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ，" ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２０１２， ＪＷ２Ａ．１６， Ｍａｒ．２０１２． Ｋ．Ｓａｉｔｏｈ， ｅｔ ａｌ．， "Ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｉｍｐｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒｓ，" Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ １３， ２６７−２７４， ２００５． Ｄ．Ｍａｒｃｕｓｅ， "Ｆｉｅｌｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒｓ，" Ｊ． Ｏｐｔ． Ｓｏｃ． Ａｍ ６６， ３１１−３２０， １９７６．

しかしながら、従来のマルチモード光ファイバは、モード数、使用波長帯域について適用可能な条件を有していたことから、適用可能なモード多重伝送には限界があった。

そこで、本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、モード多重伝送技術を用いた伝送用光ファイバであって、モード数を２，４，６に、広帯域に伝搬モード数を保持することが可能なマルチモード光ファイバを提供するものである。

本発明では、モード多重伝送において複数の空孔を有するマルチモード光ファイバの空孔構造を提案するパラメータに設計することで解決する。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．６μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１１．８μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６５であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．９μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１２．３μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．８μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．３μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１２．１μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする。

本発明に係る光ファイバは、石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．２μｍ、ｄ／Λ＝０．８２であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする。

本発明によれば、モード多重伝送技術を用いた伝送用光ファイバであって、モード数を２，４，６に、広帯域に伝搬モード数を保持することできる。これにより、本発明の光ファイバは、伝送容量の拡大および波長帯域の拡大が可能となる。

本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの断面構造を示す概略図を示す。 実施形態１に係る使用波長帯１５３０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を２とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態２に係る使用波長帯１４６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を２とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態３に係る使用波長帯１２６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を２とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 施形態４に係る使用波長帯９８０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を２とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態５に係る使用波長帯１５３０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を４とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態６に係る使用波長帯１４６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を４とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態７に係る使用波長帯１２６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を４とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態８に係る使用波長帯９８０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を４とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態９に係る使用波長帯１５３０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を６とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態１０に係る使用波長帯１４６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を６とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態１１に係る使用波長帯１２６０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を６とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。 実施形態１２に係る使用波長帯９８０〜１６２５ｎｍにおいて伝搬モード数を６とし、所望の曲げ損失を満たすためのｄとｄ／Λの領域を示す。

図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

図１は、本実施形態に係る光ファイバの断面図の一例である。本実施形態に係る光ファイバは、石英ガラス１１などの均一な材料で形成されているファイバ中に複数の空孔１２を有するフォトニック結晶ファイバである。ここで、長軸方向に垂直な断面に形成されている空孔１２の直径をｄ、空孔１２の間隔をΛとする。非特許文献８にあるように均一な空孔構造を有するフォトニック結晶ファイバの等価的にみなせる屈折率分布すなわち実効的な屈折率分布は図１下部に示すようなステップ型となる。

本実施形態では、各空孔１２の直径ｄは等しくかつ等間隔で配置されている。例えば、光ファイバの中心軸に最も近い第１層目には、間隔Λで６つの空孔１２が設けられており、第２層目には第１層目の空孔１２との間隔がΛとなるようにかつ第２層目の空孔１２同士の間隔がΛとなるように１２個の空孔１２が設けられており、第３層目には第２層目の空孔１２との間隔がΛとなるようにかつ第３層目の空孔１２同士の間隔がΛとなるように１８個の空孔１２が設けられている。

また、本実施形態では、光ファイバの中心軸に最も近い第１層目は、光ファイバの長軸からの距離が間隔Λに等しい同心円上に配置されている。本実施形態では、一例として、光ファイバの長軸に最も近い第１層目に６つの空孔１２を設け、光ファイバの長軸から次に近い第２層目に１２個の空孔１２を設け、光ファイバの長軸から最も遠い第３層目に１８個の空孔１２を設ける例を示したが、ステップ型に近似できる屈折率分布を形成できればこれに限らない。

非特許文献８によるステップ近似により空孔１２の直径をｄ、空孔１２の間隔をΛからフォトニック結晶ファイバのｖ値を求め、以下のカットオフ条件ｖ_ｃとなる波長λ_ｃを満たす空孔直径ｄ、空孔間隔Λを以下の式により探索した。
（数１）
ｖ_ｃ＝ｊ_{１，ｌ−１} ・・・ＬＰ_０ｌモード（ｌ≧２）
ｖ_ｃ＝ｊ_{ｍ−１，ｌ} ・・・ＬＰ_ｍｌモード
なお、ｊ_ｎ，ｌはｎ次ベッセル関数Ｊ_ｎ（ｘ）のｌ番目の零点である。

ここで、ａ＝Λ／√３、ｎ_１は石英ガラス１１の屈折率である。

以下、実施形態１から実施形態４までは、伝搬モード数が２モード領域のフォトニック結晶ファイバの設計領域について説明する。

（実施形態１）
使用波長帯を１５３０〜１６２５ｎｍ（Ｃ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が２となる設計範囲を図２に示す。空孔間隔Λは５μｍから２０μｍまで計算した。

なお、使用波長帯において２モード目の伝搬モードであるＬＰ１１モードが伝搬し、３つ目の伝搬モードであるＬＰ２１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１モードのカットオフ条件と波長１５３０ｎｍにおけるＬＰ２１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１５３０ｎｍにおいてＬＰ１１モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図２より、使用波長帯においてモード数を２に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．６μｍ、０．５７＜ｄ／Λ＜０．７０の領域とすることで実現できる。なお、図２より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．６μｍ、ｄ／Λ＝０．６６のときで波長１５３０ｎｍにおいて１４５μｍ^２となる。

（実施形態２）
実施形態１と同様に、使用波長帯を１４６０〜１６２５ｎｍ（Ｓ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が２となる設計範囲を図３に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において２モード目の伝搬モードであるＬＰ１１モードが伝搬し、３つ目の伝搬モードであるＬＰ２１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１モードのカットオフ条件と波長１４６０ｎｍにおけるＬＰ２１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１４６０ｎｍにおいてＬＰ１１モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図３より、使用波長帯においてモード数を２に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．０μｍ、０．５７＜ｄ／Λ＜０．７０の領域とすることで実現できる。なお、図３より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６６のときで波長１４６０ｎｍにおいて１３３μｍ^２となる。

（実施形態３）
実施形態１と同様に、使用波長帯を１２６０〜１６２５ｎｍ（Ｏ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が２となる設計範囲を図４に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において２モード目の伝搬モードであるＬＰ１１モードが伝搬し、３つ目の伝搬モードであるＬＰ２１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１モードのカットオフ条件と波長１２６０ｎｍにおけるＬＰ２１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１２６０ｎｍにおいてＬＰ１１モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図４より、使用波長帯においてモード数を２に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１１．８μｍ、０．５７＜ｄ／Λ＜０．６９の領域とすることで実現できる。なお、図４より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１１．８μｍ、ｄ／Λ＝０．６６のときで波長１２６０ｎｍにおいて１１１μｍ^２となる。

（実施形態４）
実施形態１と同様に、使用波長帯を９８０〜１６２５ｎｍ、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が２となる設計範囲を図５に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において２モード目の伝搬モードであるＬＰ１１モードが伝搬し、３つ目の伝搬モードであるＬＰ２１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１モードのカットオフ条件と波長９８０ｎｍにおけるＬＰ２１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長９８０ｎｍにおいてＬＰ１１モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図５より、使用波長帯においてモード数を２に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１０．０μｍ、０．５７＜ｄ／Λ＜０．６８の領域とすることで実現できる。なお、図５より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１０．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６５のときで波長９８０ｎｍにおいて７７μｍ^２となる。

次に、実施形態５から実施形態８までは、伝搬モード数が４モード領域のフォトニック結晶ファイバの設計領域について説明する。

（実施形態５）
使用波長帯を１５３０〜１６２５ｎｍ（Ｃ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が４となる設計範囲を図６に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において４モード目の伝搬モードであるＬＰ０２モードが伝搬し、５つ目の伝搬モードであるＬＰ３１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ０２モードのカットオフ条件と波長１５３０ｎｍにおけるＬＰ３１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１５３０ｎｍにおいてＬＰ０２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図６より、使用波長帯においてモード数を４に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．９μｍ、０．７３＜ｄ／Λ＜０．８０の領域とすることで実現できる。なお、図６より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．９μｍ、ｄ／Λ＝０．７６のときで波長１５３０ｎｍにおいて１２６μｍ^２となる。

（実施形態６）
実施形態５と同様に、使用波長帯を１４６０〜１６２５ｎｍ（Ｓ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が４となる設計範囲を図７に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において４モード目の伝搬モードであるＬＰ０２モードが伝搬し、５つ目の伝搬モードであるＬＰ３１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ０２モードのカットオフ条件と波長１４６０ｎｍにおけるＬＰ３１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１４６０ｎｍにおいてＬＰ０２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図７より、使用波長帯においてモード数を４に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．５μｍ、０．７３＜ｄ／Λ＜０．８０の領域とすることで実現できる。なお、図７より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６のときで波長１４６０ｎｍにおいて１１９μｍ^２となる。

（実施形態７）
実施形態５と同様に、使用波長帯を１２６０〜１６２５ｎｍ（Ｏ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が４となる設計範囲を図８に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において４モード目の伝搬モードであるＬＰ０２モードが伝搬し、５つ目の伝搬モードであるＬＰ３１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ０２モードのカットオフ条件と波長１２６０ｎｍにおけるＬＰ３１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１２６０ｎｍにおいてＬＰ０２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図８より、使用波長帯においてモード数を４に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１２．３μｍ、０．７３＜ｄ／Λ＜０．８０の領域とすることで実現できる。なお、図８より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１２．３μｍ、ｄ／Λ＝０．７６のときで波長１２６０ｎｍにおいて９９μｍ^２となる。

（実施形態８）
実施形態５と同様に、使用波長帯を９８０〜１６２５ｎｍ、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が４となる設計範囲を図９に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において４モード目の伝搬モードであるＬＰ０２モードが伝搬し、５つ目の伝搬モードであるＬＰ３１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ０２モードのカットオフ条件と波長９８０ｎｍにおけるＬＰ３１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長９８０ｎｍにおいてＬＰ０２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図９より、使用波長帯においてモード数を４に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１０．５μｍ、０．７３＜ｄ／Λ＜０．７８の領域とすることで実現できる。なお、図９より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１０．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６のときで波長９８０ｎｍにおいて７２μｍ^２となる。

次に、実施形態９から実施形態１２までは、伝搬モード数が６モード領域のフォトニック結晶ファイバの設計領域について説明する。

（実施形態９）
使用波長帯を１５３０〜１６２５ｎｍ（Ｃ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が６となる設計範囲を図１０に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において６モード目の伝搬モードであるＬＰ１２モードが伝搬し、７つ目の伝搬モードであるＬＰ４１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１２モードのカットオフ条件と波長１５３０ｎｍにおけるＬＰ４１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１５３０ｎｍにおいてＬＰ１２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図１０より、使用波長帯においてモード数を６に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．８μｍ、０．８２＜ｄ／Λ＜０．８８の領域とすることで実現できる。なお、図１０より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．８μｍ、ｄ／Λ＝０．８３のときで波長１５３０ｎｍにおいて１１２μｍ^２となる。

（実施形態１０）
実施形態９と同様に、使用波長帯を１４６０〜１６２５ｎｍ（Ｓ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が６となる設計範囲を図１１に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において６モード目の伝搬モードであるＬＰ１２モードが伝搬し、７つ目の伝搬モードであるＬＰ４１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１２モードのカットオフ条件と波長１４６０ｎｍにおけるＬＰ４１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１４６０ｎｍにおいてＬＰ１２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図１１より、使用波長帯においてモード数を６に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１３．３μｍ、０．８２＜ｄ／Λ＜０．８８の領域とすることで実現できる。なお、図１１より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１３．３μｍ、ｄ／Λ＝０．８３のときで波長１４６０ｎｍにおいて１０４μｍ^２となる。

（実施形態１１）
実施形態９と同様に、使用波長帯を１２６０〜１６２５ｎｍ（Ｏ−Ｌバンド）、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が６となる設計範囲を図１２に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において６モード目の伝搬モードであるＬＰ１２モードが伝搬し、７つ目の伝搬モードであるＬＰ４１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１２モードのカットオフ条件と波長１２６０ｎｍにおけるＬＰ４１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長１２６０ｎｍにおいてＬＰ１２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図１２より、使用波長帯においてモード数を６に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるΛとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１２．１μｍ、０．８２＜ｄ／Λ＜０．８７の領域とすることで実現できる。なお、図１２より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１２．１μｍ、ｄ／Λ＝０．８３のときで波長１２６０ｎｍにおいて８６μｍ^２となる。

（実施形態１２）
実施形態９と同様に、使用波長帯を９８０〜１６２５ｎｍ、曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、伝搬モード数が６となる設計範囲を図１３に示す。塗りつぶされた部分が設計領域となる。

なお、使用波長帯において６モード目の伝搬モードであるＬＰ１２モードが伝搬し、７つ目の伝搬モードであるＬＰ４１モードが伝搬しない条件として、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１２モードのカットオフ条件と波長９８０ｎｍにおけるＬＰ４１モードのカットオフ条件に囲まれた領域とした。さらに、使用波長帯において最も曲げ損失が大きくなる波長９８０ｎｍにおいてＬＰ１２モードの曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である条件を非特許文献９に記載の式により計算した。

図１３より、使用波長帯においてモード数を６に制限し、伝搬モードがすべて所望の曲げ損失を満たすことができるｄとｄ／Λの組み合わせは実線と点線に囲まれたΛ＜１０．２μｍ、０．８２＜ｄ／Λ＜０．８６の領域とすることで実現できる。なお、図１３より、得られる最大のＬＰ０１モードの実効断面積は、Λ＝１０．２μｍ、ｄ／Λ＝０．８２のときで波長９８０ｎｍにおいて６１μｍ^２となる。

本発明は、ファイバ中の高次モードを利用することにより、光ファイバ伝送の大容量化・長距離化を実現することができる。

１１：石英ガラス
１２：空孔

Claims (12)

1. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．６μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする光ファイバ。
2. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする光ファイバ。
3. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１１．８μｍ、ｄ／Λ＝０．６６であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする光ファイバ。
4. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．０μｍ、ｄ／Λ＝０．６５であり、伝搬モード数が２であることを特徴とする光ファイバ。
5. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．９μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする光ファイバ。
6. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする光ファイバ。
7. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１２．３μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする光ファイバ。
8. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．５μｍ、ｄ／Λ＝０．７６であり、伝搬モード数が４であることを特徴とする光ファイバ。
9. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
   使用波長帯１５３０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
   前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．８μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする光ファイバ。
10. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
    使用波長帯１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
    前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１３．３μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする光ファイバ。
11. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
    使用波長帯１２６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
    前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１２．１μｍ、ｄ／Λ＝０．８３であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする光ファイバ。
12. 石英ガラスで形成されたファイバの断面内に複数の空孔を有することによって等価的にステップ型の屈折率分布が形成されている光ファイバであって、
    使用波長帯９８０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下に対し、
    前記空孔の直径ｄ、前記空孔の間隔ΛについてΛ＝１０．２μｍ、ｄ／Λ＝０．８２であり、伝搬モード数が６であることを特徴とする光ファイバ。

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