JP6048890B2 - Optical fiber - Google Patents

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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Description

本発明は、大容量の信号を伝送する通信用光ファイバに関する。   The present invention relates to a communication optical fiber that transmits a large-capacity signal.

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。   In optical fiber communication systems, non-linear effects and fiber fuses that occur in optical fibers are problematic, and transmission capacity is limited. In order to alleviate these restrictions, it is necessary to reduce the density of light guided to the optical fiber. As shown in Non-Patent Documents 1 and 2, a large core fiber has been studied.

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。そこで、非特許文献3に示すように伝送容量の拡大に向けて伝送用光ファイバにマルチモードを用い、複数の伝搬モードを用いて信号を並列に伝送するモード多重伝送が検討されている。   However, bending loss reduction, single mode operation area expansion, and effective area expansion are in a trade-off relationship with each other, and there is a problem that the amount of effective area expansion under certain conditions is limited. Therefore, as shown in Non-Patent Document 3, a mode multiplex transmission in which a multimode is used for a transmission optical fiber and signals are transmitted in parallel using a plurality of propagation modes is being studied in order to increase the transmission capacity.

モード多重伝送システムにおいては、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.656で推奨される曲げ損失は、曲げ半径30mmにおいて0.5dB/100turn以下である。   In a mode multiplex transmission system, each transmitted signal propagates through a different propagation mode, so all modes must achieve the desired bending loss. For example, ITU-T G.I. The recommended bending loss at 656 is 0.5 dB / 100 turn or less at a bending radius of 30 mm.

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。   Further, in order to realize mode multiplexing transmission using N signals, the optical fiber needs to have at least N or more propagation modes.

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ほうがよい。   In addition, the effective area of each mode should be large in order to reduce the nonlinear effect generated in the optical fiber.

モード多重伝送システムにおいては、モードの数だけ並列伝送が可能であり、モード数の拡大は伝送容量の拡大につながることから、光ファイバのモード数を拡大することが効果的である。   In a mode multiplex transmission system, it is possible to perform parallel transmission by the number of modes, and an increase in the number of modes leads to an increase in transmission capacity. Therefore, it is effective to increase the number of modes of the optical fiber.

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, pp.5410−5416, 2009.T. T. Matsui, et al. , "Applicability of Photonic Crystal Fiber With Uniform Air-Hole Structure to High-Speed and Wide-Band Transmission OverTownConventionmm." Lightwave Technol. 27, pp. 5410-5416, 2009. K.Mukasa, K.Imamura, R.Sugizaki and T.Yagi,“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.K. Mukasa, K .; Imamura, R.A. Sugizaki and T.A. Yagi, "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, Kunimasa Saitoh, Taiji Sakamoto, Takashi Matsui, Shigeru Tomita, Masanori Koshiba,“Demonstration of mode−division multiplexing transmission over 10 km two−mode fiber with mode coupler”, OFC2011, paper OWA4 (2011)N. Hanzawa, Kunimasa Saitoh, Taiji Sakamoto, Takashi Matsui, Shigeru Tomita, Masanori Koshiba, "Demonstration of mode-division multiplexing transmission over 10 km two-mode fiber with mode coupler", OFC2011, paper OWA4 (2011) 岡本著 “光導波路の基礎” コロナ社Okamoto “Basics of Optical Waveguide” Corona T. Sakamoto et al.,“Differential Mode Delay Managed Transmission Line for WDM−MIMO System Using Multi−Step Index Fiber”, J. Lightwave Technol. vol.30, pp.2783−2787 (2012).T. T. Sakamoto et al. , “Differential Mode Delay Managed Transmission Line for WDM-MIMO System Using Multi-Step Index Fiber”, J. et al. Lightwave Technol. vol. 30, pp. 2783-2787 (2012). Y. Katsuyama, M. Tokuda, N. Uchida, and M. Nakahara,“New method for measuring the V−value of a single−mode optical fiber”,Electron. Lett., vol.12, pp.669−670, Dec. 1976.Y. Katsyuyama, M .; Tokuda, N.A. Uchida, and M.M. Nakahara, “New method for measuring the V-value of a single-mode optical fiber”, Electron. Lett. , Vol. 12, pp. 669-670, Dec. 1976. M. B−Astruc et al.,“Design and fabrication of weakly−coupled few−modes fibers”, IEEE summer topicals, paper TuC1.1 (2012)M.M. B-Astruc et al. , “Design and fabrication of weakly-coupled two-modes fibers”, IEEE summer topicals, paper TuC1.1 (2012)

しかし、伝搬モード数が4である光ファイバでは、3モード目(LP21モード)と4モード目(LP02モード)の実効屈折率の差が小さいため、ファイバ中でモード間クロストークが発生しやすい。このため、伝搬モード数が4である光ファイバには、受信端においてクロストークを補償するためのMIMO等化器が必要となり、システムの構造が複雑になるという課題がある。   However, in an optical fiber having four propagation modes, there is a small difference in effective refractive index between the third mode (LP21 mode) and the fourth mode (LP02 mode), and therefore, inter-mode crosstalk is likely to occur in the fiber. For this reason, an optical fiber having four propagation modes requires a MIMO equalizer for compensating for crosstalk at the receiving end, and there is a problem that the structure of the system becomes complicated.

さらに、伝搬モード数が4である光ファイバでは、LP01、LP11、LP21のモード間の電界の重なり積分が0であり、接続点においてこれらのモード間で結合が生じにくいが、LP01とLP02のモードの電界が互いに同相成分しか有しておらず接続点でモード変換が生じやすいという課題もある。   Further, in an optical fiber having four propagation modes, the electric field overlap integral between the LP01, LP11, and LP21 modes is 0, and coupling between these modes hardly occurs at the connection point. However, there is another problem that mode conversion is likely to occur at the connection point because the electric fields of these have only in-phase components.

上記課題を解決するため、4モード目のLP02モードを伝搬させない光ファイバが期待される。しかしながら、ステップ型光ファイバの3モード領域は、3モード目(LP21モード)と4モード目(LP02モード)のカットオフv値がほぼ同一であるため(例えば、非特許文献4、5を参照。)、ステップ型光ファイバでは伝搬モードを3に限定することはできないという課題があった。   In order to solve the above problem, an optical fiber that does not propagate the fourth LP02 mode is expected. However, since the cut-off v values of the third mode (LP21 mode) and the fourth mode (LP02 mode) are almost the same in the three-mode region of the step-type optical fiber (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5). However, the step type optical fiber has a problem that the propagation mode cannot be limited to 3.

そこで、本発明は、前記の課題を解決するために、LP02モードを遮断して伝搬モード数を3とする光ファイバを提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical fiber in which the LP02 mode is blocked and the number of propagation modes is 3, in order to solve the above-described problems.

上記目的を達成するために、本発明は、コアをリング状にする、もしくはコアの周りに空孔を配置することとした。   In order to achieve the above object, according to the present invention, the core is formed in a ring shape or holes are arranged around the core.

具体的には、本発明に係る光ファイバは、センタコアと、前記センタコアを包囲するリングコアと、前記リングコアを包囲するクラッドと、を有し、前記センタコアの屈折率が前記リングコアの屈折率より低いことを特徴とする。センタコアとリングコアの屈折率を調整することでLP02モードを遮断することができる。従って、本発明は、LP02モードを遮断して伝搬モード数を3とする光ファイバを提供することができる。   Specifically, the optical fiber according to the present invention has a center core, a ring core that surrounds the center core, and a cladding that surrounds the ring core, and the refractive index of the center core is lower than the refractive index of the ring core. It is characterized by. The LP02 mode can be cut off by adjusting the refractive indexes of the center core and the ring core. Therefore, the present invention can provide an optical fiber in which the LP02 mode is blocked and the number of propagation modes is three.

本発明に係る光ファイバは、前記センタコアの屈折率が前記クラッドの屈折率より低いことが好ましい。   In the optical fiber according to the present invention, the refractive index of the center core is preferably lower than the refractive index of the cladding.

そのためには、前記センタコアは、フッ素を添加した石英又は空孔であることとする。   For this purpose, the center core is made of quartz or holes added with fluorine.

また、本発明に係る光ファイバの前記センタコアの直径をd、前記センタコアの中心から前記リングコアまでの半径をaとしたとき、d/(2a)≧0.3としてもよい。   In addition, when the diameter of the center core of the optical fiber according to the present invention is d and the radius from the center of the center core to the ring core is a, d / (2a) ≧ 0.3 may be satisfied.

一方、他の構造の本発明に係る光ファイバは、コアと、前記コアを包囲するクラッドと、前記クラッド内に、光の伝搬方向に連続的、且つ光の伝搬方向に直交する断面内で離散的に設けられる空孔部と、を備える。コアの周りに空孔を配置することでLP02モードを遮断することができる。従って、本発明は、LP02モードを遮断して伝搬モード数を3とする光ファイバを提供することができる。   On the other hand, an optical fiber according to the present invention having another structure includes a core, a clad surrounding the core, and a discrete within a cross section within the clad that is continuous in the light propagation direction and perpendicular to the light propagation direction. And a hole portion provided in a conventional manner. The LP02 mode can be blocked by arranging holes around the core. Therefore, the present invention can provide an optical fiber in which the LP02 mode is blocked and the number of propagation modes is three.

本発明は、LP02モードを遮断して伝搬モード数を3とする光ファイバを提供することができる。   The present invention can provide an optical fiber in which the LP02 mode is blocked and the number of propagation modes is three.

本発明に係る光ファイバの断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of the optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバにおいて、センタコアの直径dを変化させた時の各伝搬モードの実効屈折率の変化を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, it is a figure explaining the change of the effective refractive index of each propagation mode when the diameter d of a center core is changed. 本発明に係る光ファイバにおいて、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域およびLP01モードの実効断面積を説明する図である。In the optical fiber according to the present invention, the propagation mode is set to 3, and the regions a and Δ for satisfying a desired bending loss and the effective cross-sectional area of the LP01 mode are described. 本発明に係る光ファイバにおいて、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域およびLP11モードの実効断面積を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, it is a figure explaining the effective cross-sectional area of the area | region of a and (DELTA) and LP11 mode for setting a propagation mode to 3 and satisfy | filling a desired bending loss. 本発明に係る光ファイバにおいて、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域およびLP21モードの実効断面積を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, it is a figure explaining the effective cross-sectional area of the area | region of a and (DELTA) and LP21 mode to make propagation mode 3 and satisfy | fill a desired bending loss. 本発明に係る光ファイバにおいて、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域およびLP01−LP11モード間の実効屈折率差を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, it is a figure explaining the effective refractive-index difference between the area | region of a and (DELTA) and LP01-LP11 mode for setting propagation mode to 3 and satisfy | filling a desired bending loss. 本発明に係る光ファイバにおいて、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域およびLP11−LP21モード間の実効屈折率差を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, it is a figure explaining the effective refractive index difference between the area | region of a and (DELTA) and LP11-LP21 mode for setting propagation mode to 3 and satisfy | filling a desired bending loss. W型屈折率分布光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of a W-type refractive index distribution optical fiber. 本発明に係る光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the optical fiber which concerns on this invention. W型屈折率分布光ファイバにおいて、b/a=2.25、Δ=−0.5%の時の、伝搬モードを3とし、所望の曲げ損失を満たすためのaとΔの領域、LP01モードの実効断面積およびLP01−LP11モード間の実効屈折率差を示したものである。In a W-type gradient index optical fiber, when b / a = 2.25 and Δ 2 = −0.5%, the propagation mode is 3, and the region of a and Δ for satisfying a desired bending loss, LP01 The effective area of mode and the effective refractive index difference between LP01-LP11 modes are shown. 本発明に係る光ファイバの断面を説明する図である。It is a figure explaining the cross section of the optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバにおいて、コアのΔが0.8%である時の、曲げ損失0.5dB/100turn、伝搬モード数を3とするための設計範囲を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, when (DELTA) of a core is 0.8%, it is a figure explaining the design range for setting the bending loss to 0.5 dB / 100turn and the number of propagation modes to three. 本発明に係る光ファイバにおいて、コアのΔが0.9%である時の、曲げ損失0.5dB/100turn、伝搬モード数を3とするための設計範囲を説明する図である。In the optical fiber which concerns on this invention, when (DELTA) of a core is 0.9%, it is a figure explaining the design range for making bending loss 0.5dB / 100turn and propagation mode number three. 本発明に関連する光ファイバ伝送システムを説明する図である。It is a figure explaining the optical fiber transmission system relevant to this invention.

添付の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。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

(実施形態1)
図1は、本実施形態の光ファイバの断面図である。本実施形態の光ファイバは、センタコア10と、センタコア10を包囲するリングコア20と、リングコア20を包囲するクラッド30と、を有し、センタコア10の屈折率がリングコア20の屈折率より低いことを特徴とする。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical fiber of the present embodiment. The optical fiber of this embodiment has a center core 10, a ring core 20 surrounding the center core 10, and a clad 30 surrounding the ring core 20, and the refractive index of the center core 10 is lower than the refractive index of the ring core 20. And

図9は、本実施形態の光ファイバの屈折率分布を説明する図である。本光ファイバは、リング状のリングコア20を有する。リングコア20は、コア半径がa、クラッドの屈折率に対するリングコア20の比屈折率差Δが0より大きい。そして、センタコア10は、直径がd、クラッドの屈折率に対するセンタコア10の比屈折率差ΔがΔ未満である。 FIG. 9 is a diagram illustrating the refractive index distribution of the optical fiber according to the present embodiment. The present optical fiber has a ring-shaped ring core 20. The ring core 20 has a core radius a, and the relative refractive index difference Δ of the ring core 20 with respect to the refractive index of the cladding is greater than zero. The center core 10 has a diameter d, and the relative refractive index difference Δ 2 of the center core 10 with respect to the refractive index of the cladding is less than Δ.

ΔとΔは以下の式であらわされる。

Figure 0006048890
Figure 0006048890
なお、リングコア20の屈折率、センタコア10の屈折率、クラッドの屈折率をそれぞれncore,ncenter,ncladとしている。 Δ and Δ 2 are expressed by the following equations.
Figure 0006048890
Figure 0006048890
Note that the refractive index of the ring core 20, the refractive index of the center core 10, and the refractive index of the cladding are n core , n center , and n clad , respectively.

図2は、本光ファイバにおいて、a=7.0μm、Δ=0.9%、Δ=0の時の、dに対する各モードの実効屈折率の変化を説明する図である。dが大きくなると、中心に電界のピークが存在するLP01、LP02モードが大きな影響を受け、低下していることがわかる。また、d/(2a)を0.3以上とすることで、LP02モードの実効屈折率をLP31以下とすることができ、効率的にLP02モードを放射させ、LP01,LP11,LP21の3モードを伝搬させることができる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the change in effective refractive index of each mode with respect to d when a = 7.0 μm, Δ = 0.9%, and Δ 2 = 0 in the present optical fiber. It can be seen that as d increases, the LP01 and LP02 modes having an electric field peak at the center are greatly affected and decreased. Also, by setting d / (2a) to 0.3 or more, the effective refractive index of the LP02 mode can be made LP31 or less, the LP02 mode can be efficiently emitted, and the three modes LP01, LP11, and LP21 can be achieved. Can be propagated.

図3から図5は、使用波長帯を1530〜1565nm、曲げ損失を0.5dB/100turn以下、伝搬モード数が3となる光ファイバのΔとaの範囲を計算した結果を示した図である。図3から図5において、細い曲点線はLP01,LP11,LP21モードの実効断面積を表している。太い曲線、太い曲点線、及び太い曲破線はそれぞれLP02、LP31のカットオフ波長が1530nmとなる光ファイバのΔとaの範囲、LP21モードの曲げ損失が曲げ半径30mmにおいて0.5dB/100turnとなる光ファイバのΔとaの範囲を示している。   FIGS. 3 to 5 are diagrams showing the results of calculating the range of Δ and a of an optical fiber in which the used wavelength band is 1530 to 1565 nm, the bending loss is 0.5 dB / 100 turn or less, and the number of propagation modes is 3. . In FIG. 3 to FIG. 5, thin curved dotted lines represent the effective cross-sectional areas of the LP01, LP11, and LP21 modes. The thick curved line, thick curved dotted line, and thick curved broken line are the ranges of Δ and a of the optical fiber in which the cutoff wavelength of LP02 and LP31 is 1530 nm, respectively, and the bending loss of LP21 mode is 0.5 dB / 100 turn at a bending radius of 30 mm. The range of Δ and a of the optical fiber is shown.

ここで、4モード目が伝搬しない条件は、使用波長帯において4個目の伝搬モードであるLP02、あるいはLP31モードの曲げ半径140mmにおける曲げ損失が1dB/m以上であることを条件とした。本条件は、遮断波長の測定に曲げ半径140mmが用いられていること(非特許文献6を参照。)と、不要な高次モードの損失が1dB/m以上になると信号の伝送に影響を及ぼさない(非特許文献1を参照。)という仮定に基づいている。また、曲げ損失に関しては、ITU−Tのファイバ勧告G.656に記載の曲げ損失上限値が0.5dB/100turnであることを基にしている。   Here, the condition that the fourth mode does not propagate is that the bending loss at the bending radius of 140 mm in LP02 or LP31 mode, which is the fourth propagation mode in the used wavelength band, is 1 dB / m or more. This condition affects the signal transmission when a bend radius of 140 mm is used to measure the cut-off wavelength (see Non-Patent Document 6), and when the loss of unnecessary higher-order modes is 1 dB / m or more. This is based on the assumption that there is no (see Non-Patent Document 1). As for bending loss, fiber recommendation G. ITU-T. The upper limit of the bending loss described in 656 is 0.5 dB / 100 turn.

上記計算の結果、図3から図5の網掛けの領域内の設計であれば、伝搬モードが3であり、それらのモードの曲げ損失が曲げ半径30mmにおいて0.5dB/100turn以下となる光ファイバが実現できる。   As a result of the above calculation, if the design is in the shaded region of FIGS. 3 to 5, the propagation mode is 3, and the bending loss of these modes is 0.5 dB / 100 turn or less at a bending radius of 30 mm. Can be realized.

図6及び図7は、図3から図5の細い曲点線をLP01−LP11モード間、またはLP11−LP21モード間の実効屈折率差に変えたものである。モード結合を抑圧するために必要な実効屈折率差は、0.5×10−3とした(非特許文献7を参照。)。本光ファイバの設計では、実効屈折率差が上記値以上であることから、3モード間のクロストークを抑圧でき、3モード多重伝送が実現できることがわかる。 6 and 7 are obtained by changing the thin dotted line in FIGS. 3 to 5 to the effective refractive index difference between the LP01-LP11 modes or between the LP11-LP21 modes. The effective refractive index difference necessary for suppressing the mode coupling was set to 0.5 × 10 −3 (see Non-Patent Document 7). In the design of this optical fiber, since the effective refractive index difference is not less than the above value, it can be understood that the crosstalk between the three modes can be suppressed and the three-mode multiplex transmission can be realized.

なお、図10の光ファイバの屈折率分布ように、センタコア10の屈折率が低ければ低いほどLP02モードの実効屈折率を下げる効果が高くなる。具体的には、センタコア10にフッ素を添加した石英や、空孔を設けることで、Δ<0とし、効果的に3モードファイバを実現することもできる。 As the refractive index distribution of the optical fiber in FIG. 10, the lower the refractive index of the center core 10, the higher the effect of lowering the effective refractive index of the LP02 mode. Specifically, by providing quartz or fluorine with fluorine added to the center core 10, Δ 2 <0, and a three-mode fiber can be effectively realized.

(比較例)
図8に示すW型屈折率分布でも3モード光ファイバを実現できる。W型屈折率分布光ファイバは、コア半径がaμm、比屈折率差Δ>0であるコアと、比屈折率差Δ<0の低屈折領域(トレンチ)を有する。トレンチとクラッドの境界までの半径をbとする。
(Comparative example)
A three-mode optical fiber can also be realized with the W-type refractive index profile shown in FIG. The W-type refractive index distribution optical fiber has a core having a core radius of a μm and a relative refractive index difference Δ 1 > 0, and a low refractive region (trench) having a relative refractive index difference Δ 2 <0. Let b be the radius to the boundary between the trench and the cladding.

図3から図5での説明と同様に使用波長帯を1530〜1565nm、曲げ損失を0.5dB/100turn以下、伝搬モード数が3となる光ファイバのΔとaの範囲を計算した。その計算結果を図11に示す。計算では、b/a=2.25、Δ=−0.5%としている。本実施形態の光ファイバのΔとaの範囲(図3〜図5)とW型屈折率分布光ファイバのΔとaの範囲(図11)を比較すると、図11における網掛けの領域(曲げ損失が上記の条件を満たす領域)が狭く、製造誤差により設計範囲から外れてしまう可能性がある。つまり、図1のような構造を採用することで、製造マージンが広く、より安定に3モード光ファイバを製造できることがわかる。 1530~1565nm description as well as the wavelength band used in FIGS. 3-5, the bending loss 0.5dB / 100turn below were calculated delta 1 and the range of a optical fiber count propagation mode is 3. The calculation results are shown in FIG. In the calculation, b / a = 2.25 and Δ 2 = −0.5%. Comparing delta 1 and a range of delta and a range (FIGS. 3 to 5) and W-shaped refractive index profile optical fiber of the optical fiber of this embodiment (FIG. 11), the shaded area in FIG. 11 ( The area where the bending loss satisfies the above conditions) is narrow, and may be out of the design range due to manufacturing errors. That is, by adopting the structure as shown in FIG. 1, it can be seen that a three-mode optical fiber can be manufactured more stably with a wide manufacturing margin.

また、図11には、W型屈折率分布光ファイバのLP01モードの実効断面積およびLP01モードとLP11モードの実効屈折率差を示している。実効屈折率差はモード結合を抑圧するのに十分な値となっている一方で、実効断面積が80μm以下となっている。つまり、図1のような構造を採用することで、実効断面積の拡大も図ることができ、低非線形光ファイバを実現することができる。 FIG. 11 shows the effective cross-sectional area of the LP01 mode of the W-type gradient index optical fiber and the effective refractive index difference between the LP01 mode and the LP11 mode. The effective refractive index difference is a value sufficient to suppress mode coupling, while the effective area is 80 μm 2 or less. That is, by adopting the structure as shown in FIG. 1, the effective area can be increased, and a low nonlinear optical fiber can be realized.

従来のシングルモード光ファイバの実効断面積が80μmである。本実施形態の3モード光ファイバは伝搬モードの実効断面積がW型屈折率分布光ファイバでは実現できない80μm以上の値を有することが可能である。つまり、本実施形態の3モード光ファイバを利用すれば、既存のシングルモード光ファイバを用いたシステムと同じ中継器間隔や伝送パワーなどのシステム設計を採用することができ、コスト的に有利なモード多重伝送システムを構築することができる。 The effective area of the conventional single mode optical fiber is 80 μm 2 . The three-mode optical fiber of the present embodiment can have a value of 80 μm 2 or more that the effective area of the propagation mode cannot be realized with a W-type gradient index optical fiber. In other words, if the three-mode optical fiber of this embodiment is used, the same system design such as repeater spacing and transmission power as the system using the existing single-mode optical fiber can be adopted, which is advantageous in terms of cost. A multiplex transmission system can be constructed.

(実施形態2)
図12は、本実施形態の光ファイバの断面図である。本実施形態の光ファイバは、コア40と、コア40を包囲するクラッド50と、クラッド50内に光の伝搬方向に連続的、且つ光の伝搬方向に直交する断面内で離散的に設けられる空孔部60と、を備える。
(Embodiment 2)
FIG. 12 is a cross-sectional view of the optical fiber of the present embodiment. The optical fiber of the present embodiment includes a core 40, a clad 50 that surrounds the core 40, and an empty space that is discretely provided in the clad 50 within a cross section that is continuous in the light propagation direction and orthogonal to the light propagation direction. And a hole 60.

本光ファイバは、屈折率nであるコア40とnであるクラッド50と、クラッドに複数の空孔60が正六角形状に配置され、n>nである。なお、コア40を囲む空孔60は1層の場合として表記しているが、2層以上でもよい。また、図12では空孔60の配置を正六角形状としたが、他の正多角形状または円環状であってもよい。コア40の半径をa、空孔60の直径をd、空孔60の内接円の半径をRとする。 In the present optical fiber, a core 40 having a refractive index n 1 , a clad 50 being n 2 , and a plurality of holes 60 are arranged in a regular hexagonal shape in the clad, and n 1 > n 2 . In addition, although the hole 60 surrounding the core 40 is described as a case of one layer, two or more layers may be used. In FIG. 12, the holes 60 are arranged in a regular hexagonal shape, but may be another regular polygonal shape or an annular shape. The radius of the core 40 is a, the diameter of the hole 60 is d 1 , and the radius of the inscribed circle of the hole 60 is R.

本光ファイバの構造においてn>nの条件を満たすために、コア40の材料をゲルマニウム(Ge)またはアルミニウム(Al)など屈折率を増加させる不純物を添加した石英とし、クラッド50の材料を純石英とする。また、コア40の材料を純石英とし、クラッド50の材料をフッ素(F)またはボロン(B)など屈折率を低減させる不純物を添加した石英としてもよい。また、コア40を前記の屈折率を増加させた石英、クラッド50を前記の屈折率を低下させた石英としてもよい。 In order to satisfy the condition of n 1 > n 2 in the structure of this optical fiber, the material of the core 40 is quartz doped with an impurity that increases the refractive index such as germanium (Ge) or aluminum (Al), and the material of the cladding 50 is Pure quartz is used. The material of the core 40 may be pure quartz, and the material of the clad 50 may be quartz to which an impurity such as fluorine (F) or boron (B) is added to reduce the refractive index. Further, the core 40 may be made of quartz with an increased refractive index, and the clad 50 may be made of quartz with a lowered refractive index.

図13は、クラッド50に対するコア40の比屈折率差Δが0.8%である場合の、使用波長帯を1530〜1565nm、曲げ損失を0.5dB/100turn以下、伝搬モード数が3となる設計範囲を計算したものである。   FIG. 13 shows that when the relative refractive index difference Δ of the core 40 with respect to the clad 50 is 0.8%, the used wavelength band is 1530 to 1565 nm, the bending loss is 0.5 dB / 100 turn or less, and the number of propagation modes is 3. The design range is calculated.

なお、マーカーが+または×の線はそれぞれLP02のカットオフ波長が1530nm、LP21モードの曲げ損失が曲げ半径30mmにおいて0.5dB/100turnとなる構造を示している。   The + or x lines with markers indicate structures in which the cutoff wavelength of LP02 is 1530 nm and the bending loss of the LP21 mode is 0.5 dB / 100 turn at a bending radius of 30 mm.

ここで、4モード目が伝搬しない条件は、使用波長帯において4個目の伝搬モードであるLP02モードの曲げ半径140mmにおける曲げ損失が1dB/m以上であることを条件とした。本条件は、遮断波長の測定に曲げ半径140mmが用いられていること(非特許文献6を参照。)と、不要な高次モードの損失が1dB/m以上になると信号の伝送に影響を及ぼさない(非特許文献1を参照。)という仮定に基づいている。   Here, the condition that the fourth mode does not propagate is that the bending loss at the bending radius of 140 mm of the LP02 mode that is the fourth propagation mode in the used wavelength band is 1 dB / m or more. This condition affects the signal transmission when a bend radius of 140 mm is used to measure the cut-off wavelength (see Non-Patent Document 6), and when the loss of unnecessary higher-order modes is 1 dB / m or more. This is based on the assumption that there is no (see Non-Patent Document 1).

図14は、クラッド50に対するコア40の比屈折率差Δが0.9%である場合の、使用波長帯を1530〜1565nm、曲げ損失を0.5dB/100turn以下、伝搬モード数が3となる設計範囲を計算したものである。図13の結果と同様に、d1やRを制御することで、伝搬モード数を3に制限しつつ、所望の曲げ損失特性を実現できることがわかる。   FIG. 14 shows that when the relative refractive index difference Δ of the core 40 with respect to the clad 50 is 0.9%, the used wavelength band is 1530 to 1565 nm, the bending loss is 0.5 dB / 100 turn or less, and the number of propagation modes is 3. The design range is calculated. Similar to the results of FIG. 13, it can be seen that by controlling d1 and R, the desired bending loss characteristic can be realized while limiting the number of propagation modes to three.

例えば、コアの比屈折率差が0.8%の時、a=6.3μm、d/(2a)=0.35、R/a=1.07とすることで、基本モードの実効断面積が80μmとなり、従来のシングルモードファイバの実効断面積と同等となる。 For example, when the relative refractive index difference of the core is 0.8%, a = 6.3 μm, d 1 /(2a)=0.35, and R / a = 1.07. The area becomes 80 μm 2 , which is equivalent to the effective cross-sectional area of the conventional single mode fiber.

また、コアの比屈折率差が0.9%の時、a=5.8μm、d/(2a)=0.35、R/a=1.12とすることで、基本モードの実効断面積が71μmとなり、従来のシングルモードファイバの実効断面積と同等の値を実現することができる。 In addition, when the relative refractive index difference of the core is 0.9%, a = 5.8 μm, d 1 /(2a)=0.35, and R / a = 1.12. The area is 71 μm 2 , and a value equivalent to the effective area of the conventional single mode fiber can be realized.

(実施形態3)
図15は、本実施形態の光ファイバ伝送システム300を説明する図である。
(Embodiment 3)
FIG. 15 is a diagram illustrating an optical fiber transmission system 300 according to the present embodiment.

N個の送信機100から発せられる信号は、モード合波器140においてそれぞれ異なるモードに変換され、合波されたのちに光ファイバ150に入射される。光ファイバ150の出射端では、モード分波器160により同様にN個のポートに分波され、それぞれ受信機200で受信される。光ファイバ150は、図1又は図12で説明した伝搬モード数が3である光ファイバである。   Signals emitted from the N transmitters 100 are converted into different modes by the mode multiplexer 140, and after being combined, are incident on the optical fiber 150. At the output end of the optical fiber 150, the mode demultiplexer 160 similarly demultiplexes the signals into N ports, which are respectively received by the receiver 200. The optical fiber 150 is an optical fiber having the propagation mode number 3 described with reference to FIG.

光ファイバ150では3個のLPモードが存在しており、それぞれのLPモードには縮退モードと呼ばれる同等の特性を有するモードが複数存在している。それらの縮退モード(直交偏波モードを含む)の数は、図1の光ファイバでは8個であることから、Nは最大8となる。ただし、上記の送受信機の数は、単一の波長におけるものであり、波長多重伝送システムを構築する場合は、最大で8×波長多重数の送信機100及び受信機200が必要となる。   The optical fiber 150 has three LP modes, and each LP mode has a plurality of modes having equivalent characteristics called degenerate modes. The number of these degenerate modes (including orthogonal polarization modes) is 8 in the optical fiber of FIG. However, the number of the above-mentioned transmitters / receivers is for a single wavelength, and when a wavelength division multiplexing transmission system is constructed, the transmitter 100 and the receiver 200 having a maximum number of 8 × wavelength multiplexing are required.

[付記]
以下は、本発明に係る光ファイバを説明したものである。
(1):リング状のコア部と、前記リング状のコア領域の内部に存在する低屈折率領域と、それらを包囲するクラッド部により構成され、LP02モードの伝搬は遮断し、伝搬モード数を3とすることを特徴とする光ファイバ。
(2):前記コア部の内部に存在する低屈折率領域が、石英、屈折率を低下させる物質が添加された石英、もしくは空孔であることを特徴とする上記(1)に記載の光ファイバ。
(3):前記低屈折率領域の直径をd、コア半径をaとしたとき、d/2a>0.3であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の光ファイバ。
(4):コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部と、前記クラッド部内にて、光ファイバ軸方向に連続的に、且つ光ファイバ軸方向に直交する断面内で離散的に設けられる空孔部とを備え、前記コア部は前記クラッド部の材料の屈折率より高い屈折率の材料で構成され、LP02モードの伝搬は遮断し、伝搬モード数を3とすることを特徴とする光ファイバ。
[Appendix]
The following describes the optical fiber according to the present invention.
(1): Consists of a ring-shaped core portion, a low refractive index region existing inside the ring-shaped core region, and a clad portion surrounding them, blocking LP02 mode propagation and reducing the number of propagation modes. 3. An optical fiber characterized by being set to 3.
(2): The light as described in (1) above, wherein the low refractive index region present in the core is quartz, quartz to which a substance that lowers the refractive index is added, or a hole. fiber.
(3) The optical fiber according to (1) or (2) above, wherein d / 2a> 0.3, where d is a diameter of the low refractive index region and a is a core radius.
(4): A core portion, a clad portion surrounding the core portion, and vacant spaces provided discretely within a cross section perpendicular to the optical fiber axial direction and continuously in the optical fiber axial direction. An optical fiber, wherein the core portion is made of a material having a refractive index higher than that of the material of the cladding portion, the propagation of the LP02 mode is blocked, and the number of propagation modes is set to 3. .

本発明は、LP02モードが伝搬せず、ファイバ中および接続点でのモード間クロストークが抑圧可能であり、受信端でMIMO等化器が不要なモード多重伝送システムを構築可能な3モード光ファイバを提供するものである。   The present invention is a three-mode optical fiber capable of constructing a mode multiplex transmission system in which LP02 mode does not propagate, crosstalk between modes in the fiber and at connection points can be suppressed, and a MIMO equalizer is unnecessary at the receiving end. Is to provide.

本発明によれば、3モード多重伝送システムにおいて受信端でMIMO等化器が不要であり、低コストなシステムが構築できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is no need for a MIMO equalizer at the receiving end in the three-mode multiplex transmission system, and it is possible to construct a low-cost system.

さらに、本発明によれば、2モード多重伝送システムより伝送容量を増加させることができる効果を奏する。3モードファイバを実現する設計領域が広くなり、製造誤差の要求条件が緩和されるという効果を奏する。 Furthermore, according to the present invention, the transmission capacity can be increased as compared with the two-mode multiplex transmission system. The design area for realizing the three-mode fiber is widened, and the requirement for manufacturing error is relaxed.

さらに、本発明によれば、実効断面積が従来のシングルモード光ファイバより大きい3モード光ファイバを実現でき、ファイバ中で発生する非線形現象を抑圧できるという効果を奏する。   Furthermore, according to the present invention, it is possible to realize a three-mode optical fiber having an effective area larger than that of a conventional single mode optical fiber, and it is possible to suppress a nonlinear phenomenon occurring in the fiber.

本発明は、ファイバ中の非線形現象の抑圧またはモードの利用による大容量/長距離通信を実現することができる。   The present invention can realize large capacity / long distance communication by suppressing nonlinear phenomenon in a fiber or using a mode.

10:センタコア
20:リングコア
30:クラッド
40:コア
50:クラッド
60:空孔
100:送信機
140:モード合波器
150:光ファイバ
160:モード分波器
200:受信機
300:光ファイバ伝送システム
10: Center core 20: Ring core 30: Clad 40: Core 50: Clad 60: Hole 100: Transmitter 140: Mode multiplexer 150: Optical fiber 160: Mode duplexer 200: Receiver 300: Optical fiber transmission system

Claims (1)

センタコアと、
前記センタコアを包囲するリングコアと、
前記リングコアを包囲するクラッドと、を有し、
前記センタコアの中心から前記リングコアの外周までの半径aを7.0μm、前記クラッドの屈折率に対する前記リングコアの比屈折率差Δを0.9%、前記クラッドの屈折率に対する前記センタコアの比屈折率差Δ を0とし、前記センタコアの直径dと前記半径aとの関係をd/(2a)≧0.3とすることにより、LP02モードを遮断して伝搬モード数を3とした
ことを特徴とする光ファイバ。
The center core,
A ring core surrounding the center core;
A clad surrounding the ring core,
The radius a from the center of the center core to the outer periphery of the ring core is 7.0 μm, the relative refractive index difference Δ of the ring core with respect to the refractive index of the cladding is 0.9%, and the relative refractive index of the center core with respect to the refractive index of the cladding the difference delta 2 to 0, and the relationship between the radius a and the diameter d of the center core by a d / (2a) ≧ 0.3, and 3 the number of propagation modes to interrupt the LP02 mode <br / > Optical fiber characterized by that.
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