JP6654553B2 - 光ファイバ接続方法および接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、伝搬損失を低減する光ファイバ接続方法および接続構造に関する。

ネットワーク需要の急速な拡大に伴い、光通信システムにおいて伝送容量の大幅な拡大が求められている。これに伴い、光ファイバ１本あたりの伝送容量拡大が必要とされている。しかし、１本の光ファイバに伝送できる容量は、耐パワー性や非線形性の観点から限界に近づきつつある。

これを解決する手段の１つとして、１つの光ファイバコアに複数の伝搬モードを伝送可能なマルチモード光ファイバ（以後、ＭＭＦと略す）を用い、空間利用効率を向上させる技術が提案されている。特に、ＭＭＦのなかで、伝搬モードが１０個以下程度としたフューモード光ファイバ（以後、ＦＭＦと略す）を用いた伝送が多数報告されている。

ＦＭＦの構造は、波長や屈折率差やコア径から決まる伝搬定数と伝搬するモード数に応じて異なるが、通常は、従来のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）と同じであり、ＳＭＦに比べて、わずかにコア径が大きく設定される。なお、ＳＭＦなどでは、屈折率分布はコアとクラッドで階段状分布（ステップインデックス）を形成している。一方、ＦＭＦでは、同様に階段状分布としてもよいが、群遅延差の低減などの用途で、グレーデッドインデックスとしてもよい。

また、同一光ファイバ内に複数のコアを有するマルチコア光ファイバ（以後、ＭＣＦと略す）を利用し、空間利用効率を向上させる技術が提案されている。ＭＣＦの構造の例を図１５に示す。ＭＣＦは、複数のコア９０１が同一のクラッド９０２に収容されている。図１５では、ＭＣＦの断面を示し、コア９０１およびクラッド９０２を示し、被覆などは省略している。上述した例では、コア数が７つの場合の例を示しているが、４個、１２個、１９個、３１個などコア数とその配置についてはいくつかの例が報告されている。

上述した構成とされているＭＣＦの各々のコアには、通常、シングルモードが伝搬される。更に、ＭＣＦとＦＭＦを組み合わせて複数のコアに複数の伝搬モードを伝送可能なＭＣ−ＦＭＦも提案されている。通常のＭＣＦでは、各々のコア同士は、極力光学的に結合が起きないように設計されている。一方で、ＭＣＦにおける複数のコア同士の間隔を狭く設定し、各々のコア同士が光学的に強く干渉しながら伝送させるＭＣＦも提案されており、強結合型のＭＣＦなどと呼ばれている。強結合型ＭＣＦは、ＭＣＦ全体としては、複数のモードが伝搬されることとなり、一種のＦＭＦ伝送とみなすことができる。

上述したＦＭＦやＭＣＦを用いた伝送は、総称として空間多重伝送（ＳＤＭ）と呼ばれ、次世代大容量伝送方式の１つとして注目を集めている。

ここで、ＦＭＦにおける伝搬モードには、厳密には、光ファイバの波動方程式から導かれる固有方程式の解に応じてＨＥモード、ＴＥモード、ＴＭモードなどの複数の伝搬モードが存在する。ただし、習慣的には、近似的に同じ固有方程式（すなわち伝搬定数解）を満足するモード群および偏波モード群をまとめて、縮退した同一モード群とみなす「ＬＰモード」で整理されている。

通常のシングルモードに対応するモードをＬＰ０１モードと呼び、ＬＰ０１モードより高次のモードが、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ０２モード、・・・と命名されている。ＦＭＦ伝送においては、ＬＰ０１より高次の伝搬モードも用い、ＬＰ０１とは別の信号を伝送させている。

図１６Ａ，図１６Ｂ，図１６Ｃ，図１６Ｄに、ＦＭＦにおける代表的な伝搬モードの電界強度分布を示す。図１６Ａは、ＬＰ０１モードの電界強度分布を示す。ＬＰ０１モードは、断面方向に形成される光強度分布が１つであり、光強度分布の極大値が１つである。図１６Ｂは、ＬＰ１１モードの電界強度分布を示す。ＬＰ１１モードは、断面方向に形成される光強度分布が２つであり、光強度分布の極大値が１つである。

図１６Ｃは、ＬＰ２１モードの電界強度分布を示す。ＬＰ２１モードは、断面方向に形成される光強度分布が４つであり、光強度分布の極大値が１つである。図１６Ｄは、ＬＰ０２モードの電界強度分布を示す。ＬＰ０２モードは、断面方向に形成される光強度分布が１つであり、光強度分布の極大値が２つである。

これらの各モードは、同時に伝送されることになるが、非特許文献１に記載のようなモード合分波器などを用いることによって、個別に選択したモードのみを入出力させ、伝送させることも可能である。

上述した特徴を備えるＦＭＦを用いて伝送を行うにあたり、実用的にはＦＭＦ用の接続部品が必要となる。ＳＭＦ用の接続としては、融着接続や、フェルールに収容した光ファイバ同士を接続する光コネクタが一般的である。また、フェルール以外でも、例えばＶ溝を有するガラスなどからなるブロック部品に光ファイバを固定し、前記ブロック同士を接続する方法などもある。

また、ＭＣ−ＦＭＦなどの実使用においては、１本の光ファイバに複数のコアが存在するため、各コアを１本１本のＦＭＦに展開するためのファンイン・ファンアウト部品なども必要とされる。ファンイン・ファンアウト部品として、特許文献１や特許文献２に記載のように、複数本の細径ＳＭＦを束ねて、ガラスブロックあるいはフェルールに収容し、これと１本のマルチコア光ファイバとを接続する技術などが知られている。

いずれの技術においても、光ファイバのコア同士がコアの光軸に対して、接続損失が小さい状態で接続することが求められる。このためには、接続する２つのコアの光軸が一致すること、すなわち軸ずれなく接続することが求められる。

特開２０１２−２０８２３６号公報 特開２０１４−０１０４０３号公報

G. Labroille et al., "Mode Selective 10-Mode Multiplexer based on Multi-Plane Light Conversion", Optical Fiber Communication Conference, Th3E, 2016.

しかしながら、図１６Ｂ，図１６Ｃ，図１６Ｄ示すような高次モードの電界強度分布は、基本モードであるＬＰ０１モードの電界強度分布に比較し、強度密度の集中する範囲が狭い。このため、２つの光ファイバを接続する箇所（接続点）で両者の光軸がずれると（軸ずれが生じると）、ずれ量に応じた接続損失が生じることになる。この軸ずれによる接続損失は、高次モードになるほど影響が大きくなる。

通常、コネクタや融着などによる接続点では、理想的には両者の間に光軸のずれがないことが好ましい。しかしながら、製造誤差、組み立て誤差などの影響で、現実的には一定量の軸ずれが生じることになる。このため、前述したように軸ずれによる接続損失が生じ、この接続損失は、高次モードほど大きくなるという問題がある。

伝送システムの観点では、信号処理を行うために全てのモードが同一の強度で伝送されることが好ましい。しかしながら、上述したように、高次モードの方が軸ずれによる接続損失が大きい。このことより、接続点を中継するたびに、高次モードの光強度が低次のモードに比べて大きく減衰していくことになり、高次モードの強度が低下するという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、マルチモード光ファイバを用いた伝送における高次モードの強度低下の抑制を目的とする。

本発明に係る光ファイバ接続方法は、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを光接続する光ファイバ接続方法であって、光接続を行う光接続部において、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる第１工程と、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせた状態で、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれる状態にすることで、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する第２工程とを備える。

上記光ファイバ接続方法において、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバは、コアの断面における高次モードの電界強度分布の重心位置と低次モードの電界強度分布の重心位置とがずれている。また、上記光ファイバ接続方法において、コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバのコアの断面形状をファイバ中心軸に対して非対称な形状に形成する第３工程を備え、第３工程の後で第１工程を実施する。

上記光ファイバ接続方法において、コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、コアに対して応力を与える応力付与機構を、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバに形成する第４工程を備え、第４工程の後で第１工程を実施する。

上記光ファイバ接続方法において、第１工程では、第１マルチモード光ファイバの接続端を第１フェルールに収容して固定し、第２マルチモード光ファイバの接続端を第２フェルールに収容して固定し、第１フェルールおよび第２フェルールをスリーブに固定することで、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせ、第２工程では、第１フェルールおよび第２フェルールの少なくとも一方を軸中心に回転させることで、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する。

また、本発明に係る光ファイバ接続構造は、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバと、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とが向かい合って光接続する光接続部とを備え、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとは、各々のファイバ中心軸同士がずれた状態で接続され、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとは、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態で接続されている。

上記光ファイバ接続構造において、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバは、コアの断面における高次モードの電界強度分布の重心位置と低次モードの電界強度分布の重心位置とがずれている。

上記光ファイバ接続構造において、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバは、コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、コアの断面形状がファイバ中心軸に対して非対称な形状とされている。

上記光ファイバ接続構造において、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバは、コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、コアに対して応力を与える応力付与機構を備える。

上記光ファイバ接続構造において、第１マルチモード光ファイバの接続端を収容して固定する第１フェルールと、第２マルチモード光ファイバの接続端を収容して固定する第２フェルールと、第１接続端面と第２接続端面とが向かい合う状態に第１フェルールおよび第２フェルールを固定するスリーブとを備える。

以上説明したことにより、本発明によれば、マルチモード光ファイバを用いた伝送における高次モードの強度低下が抑制できるようになる。

図１は、本発明の実施の形態１における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。 図２は、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとの間のＬＰ０１入出力時とＬＰ０２入出力時の軸をずらした場合の強度変化を示す特性図である。 図３は、本発明の実施の形態における光ファイバ接続構造を示す構成図である。 図４は、本発明の実施の形態における光ファイバ接続構造を示す構成図である。 図５は、本発明の実施の形態２における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。 図６は、非対称な形状のコア４０１によるマルチモード光ファイバの構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態３における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。 図８は、応力付与機構を設けたマルチモード光ファイバの構成を示す断面図である。 図９は、応力付与機構を設けたマルチモード光ファイバによる実施の形態における光ファイバ接続構造を示す構成図である。 図１０は、応力付与機構を設けたマルチモード光ファイバの構成を示す断面図である。 図１１は、実施の形態における光ファイバ接続構造を示す構成図である。 図１２は、実施の形態における光ファイバ接続構造を示す構成図である。 図１３は、実施の形態における光ファイバ接続構造の一部断面を示す断面図である。 図１４は、ＦＭＦアレイの構成を示す断面図である。 図１５は、ＭＣＦの構成を示す断面図である。 図１６Ａは、ＬＰ０１モードの電界強度分布を示す特性図である。 図１６Ｂは、ＬＰ１１モードの電界強度分布を示す特性図である。 図１６Ｃは、ＬＰ２１モードの電界強度分布を示す特性図である。 図１６Ｄは、ＬＰ０２モードの電界強度分布を示す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。この光ファイバ接続方法は、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを光接続する方法である。

まず、ステップＳ１０１で、光接続を行う光接続部（接続点）において、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる［第１工程］。例えば、第１マルチモード光ファイバの接続端面と、第２マルチモード光ファイバの接続端面とが、当接した状態とする。第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバは、例えば、伝搬モードが１０個以下程度である公知のフューモード光ファイバ（ＦＭＦ）である。

次に、ステップＳ１０２で、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する。調芯は、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせた状態で行う［第２工程］。ファイバ中心軸は、ファイバ断面の中心を通る軸である。

このように、伝搬モード間の損失の差（mode−dependent loss；ＭＤＬ）を小さくすることで、マルチモード光ファイバを用いた伝送における高次モードの強度低下が抑制できるようになる。上述した光ファイバ接続方法で接続した光ファイバ接続構造は、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとは、各々のファイバ中心軸同士がずれた状態で接続され、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとは、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態で接続されているものとなる。

ここで、マルチモード光ファイバは、ＬＰ０１モードに加え、例えば、ＬＰ０２モードまで伝送可能なＦＭＦである。また、ここで、マルチモード光ファイバは、ＬＰ０１モードに加えてＬＰ１１モードまで伝送可能なＦＭＦである。また、マルチモード光ファイバは、ＬＰ０２以上の更に高次モードも伝送可能なＦＭＦでもよい。

例えば、第１マルチモード光ファイバには、モード合波器で複数のモードが合波された信号光が入射し、入射した信号光は、第２マルチモード光ファイバに結合され、第２マルチモード光ファイバを伝搬した信号光は、モード分波器で各モードに分波される。また、モード合分波器の制御により、ＬＰ０１モードのみを伝送させること、およびＬＰ０２モードのみを伝送させることなども可能である。実際には、モード合分波器の性能の影響で、選択したモード以外での、他のモードもある程度は、混ざって伝送される場合もある。

例えば、モード合波器は、第１マルチモード光ファイバの光入力部に配置され、モード分波器は、第２マルチモード光ファイバの光出力部に配置され、各モードの入出力に対応した光強度を測定することが可能となっている。なお、出力側に関しては、モード分波器の他にも、いずれかのモードを選択的に取り出すようなフィルタを用いてもよい。

以下、より詳細に説明する。まず、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と、第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを、微動ステージの上で向かい合わせて配置する。この状態で、第１マルチモード光ファイバに低次のＬＰ０１モードを入力し、第２マルチモード光ファイバよりＬＰ０１モードを出力させる状態とする。

次に、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバに一方を、微動ステージ上でＸ軸、Ｙ軸に動かしながら、第２マルチモード光ファイバの出力部での光強度を測定した。Ｚ軸については、極力間隙が無い状態とする。また、θｘ，θｙ，θｚ軸については、予め、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバとの相対誤差がないよう調整した。

上述したようにＸ軸、Ｙ軸に動かすなかで、測定される光強度が最大となる第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとの位置関係（最適化した状態）は、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとの間に、ファイバ中心軸のずれがない状態である。これは、ＬＰ０１モードの電界強度の強度中心位置が、光ファイバ（コア）の断面における中心であることを意味する。

一般的なＳＭＦ同士の接続では、上述した位置を最適位置として、２つのＳＭＦを接続して固定させていた。しかし、ＦＭＦにおいては、高次モードが存在し、高次モードの電界強度の強度重心位置は、必ずしもコア中心であるとは限らない。

理想的な状態で全てのモードが伝搬されていれば、低次のＬＰ０１モードの強度中心位置と、他の高次モードの強度中心位置とは、一致する。しかしながら、実使用においては、曲げ応力や微小曲げ（マイクロベンディング）、光ファイバのコア形状誤差、モード合分波器の性能誤差などが存在する。高次モードほどこれらの影響を受けやすいため、実使用における高次モードの電界強度分布は、図１６Ｂ、図１６Ｃ、図１６Ｄなどに例示した状態とは異なり、重心位置がコア中心からずれることとなる。

上述した高次モードの中心ずれは、接続しようとしている２つのマルチモード光ファイバ同士で同じ組み合わせになることはほとんどない。このため、ＬＰ０２モードについて、上述同様に調整して出力する光強度が最大となる位置関係とすると（最適化すると）、ＬＰ０１モードの場合と異なることとなる。

実際に、ＬＰ０２モードで最適化した状態の位置を測定すると、ＬＰ０１モードで最適化した状態の位置から、Ｘ軸に０．５μｍ動かした位置であった。この状態における、Ｘ軸に対するＬＰ０１入出力時とＬＰ０２入出力時の強度変化を図２に示す。図２に示すように、より高次のモードであるＬＰ０２モードの方が、分布の幅が小さく変化が大きいため、最適位置からずれた際の強度変化が大きいことがわかる。

従って、ＬＰ０１基準で最適化して接続させると、ＬＰ０２モードの損失が大きくなる。この状態は、ＬＰ０１の損失とＬＰ０２モードの損失との差であるＭＤＬが大きく存在している状態である。このように、従来のように接続すると、高次モードの接続損失が大きいために接続点を介するたびにＭＤＬが大きくなる。従って、高次モードの強度低下を抑制するためには、ＭＤＬを小さくすることが重要となる。

一方、低次モードであるＬＰ０１モードは、比較すると分布の幅が広く変化が小さいため、最適位置からある程度ずれても、強度変化はあまり大きくならない。従って、この場合、ＬＰ０２モード基準で最適化して接続させる（調芯する）と、ＬＰ０１モードの、ファイバ中心軸のずれの影響が相対的に小さいことから、ＭＤＬが小さくなることができる。例えば、図２に示すＭＤＬが１ｄＢとなる箇所で調芯すればよい。

以上のように、ファイバ中心軸同士がずれている状態にして（光軸をずらして）ＭＤＬが最小となる条件の位置で光ファイバ同士を接続（調芯）することで、高次モードの強度低下が抑制できるようになる。従って、実施の形態１における接続構造では、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバは、コアの断面における高次モードの電界強度分布の重心位置と低次モードの電界強度分布の重心位置とがずれている。

実際に、ＬＰ０２モード以外のＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードなど全てのモードを前述同様に測定し、この測定の結果を用いてＭＤＬを最適位置になるよう調芯した。この結果、ＬＰ０２モードで最大強度となる位置で調芯すると、ＭＤＬが１ｄＢと最小であった。ＬＰ０１モードの最適位置で調芯した場合、ＭＤＬが２ｄＢ程度存在していたことから、ＭＤＬ基準で光軸をずらして調芯することで、ＭＤＬを最小化させることができる。

なお、上述した例では、ＬＰ０２モードのピーク位置で調芯することで、ＭＤＬが最小となるが、必ずしも高次モードのピーク位置による調芯で、ＭＤＬが最小になるものとは限らない。高次モードのピーク位置による調芯から、更にずらしたところに、ＭＤＬが最小の位置があれば、この位置において最終的な最適調芯状態とする。また、上述した例では、ＬＰ０２という最高次のモードと、ＬＰ０１という最低次のモードの差のみを抽出して述べたが、全ての最高次のモードと最低次のモードのみならず、実際には全てのモード間の差をＭＤＬとして測定し、これらが最小となるよう調芯、接続することが好ましい。

上述したようにすることで調芯を完了させ、この状態で、アーク放電を行うことで、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と、第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを融着固定させた。融着前後での位置変動はわずかであり、融着後のＭＤＬは１．１ｄＢであった。

以上に説明した実施の形態１によれば、複数のモードを伝搬させるＦＭＦ伝送での光接続部（接続点）においてモード間の接続損失差（ＭＤＬ）を最小としているので、高次モードの強度低下の抑制が実現できる。

なお、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバは、同一のＦＭＦであってもよく、異種のＦＭＦでもよい。異種である場合、電界強度分布の重心位置が非対称になるため、実施の形態による効果がより大きくなる。

ところで、２つのマルチモード光ファイバの接続は、融着に限るものではない。例えば、図３に示す光ファイバ接続構造のように接続してもよい。この接続について、以下に説明する。

まず、第１の固定部品２１１aと、２１３に示すような溝を形成した第２の固定部品２１２ａを用意し、この溝部にコア２０１ａおよびクラッド２０１ｂを備える第１マルチモードファイバ２０１を搭載し、接着層２０４により、一体化されている。同様の組み合わせで２１１ｂ、２１２の間に、第２マルチモード光ファイバ２０２を搭載し、接着層２０４により、一体化されている。

これらの第１のマルチモード光ファイバ２０１、第２のマルチモード光ファイバ２０２を含む接続部品の端面を、光接続部２０３で向かい合わせ、前述したように調芯した後、更に、接着剤などを用いて接着固定する。

また、図４の（ａ）に示す、公知の光ファイバコネクタ部品であるフェルール３１１およびフランジ３１２を用いて光ファイバ接続構造を構成してもよい。図４の（ｂ）に示すように、フェルール３１１ａの光ファイバ挿入口に、第１マルチモード光ファイバ３０１の接続端領域を挿入（収容）して固定する。また、フェルール３１１ｂの光ファイバ挿入口に、第２マルチモード光ファイバ３０２の接続端領域を挿入（収容）して固定する。この状態で、各接続端面に対して適宜研磨などを施す。この後で前述したように調芯し、接続する。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。この光ファイバ接続方法は、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを、光接続部で光接続する方法である。

まず、ステップＳ２０１で、第１マルチモード光ファイバまたは第２マルチモード光ファイバのコアの断面形状をファイバ中心軸に対して非対称な形状に形成する［第３工程］。非対称な形状とすることで、対称である場合の高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるようにする。ファイバ中心軸に対して非対称なコアは、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバの少なくとも一方に形成されていればよく、両方に形成されていてもよい。

次に、ステップＳ２０２で、上述したように非対称なコア断面形状とした第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバを用い、光接続部（接続点）において、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる［第１工程］。例えば、第１マルチモード光ファイバの接続端面と、第２マルチモード光ファイバの接続端面とが、当接した状態とする。

次に、ステップＳ２０３で、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する。調芯は、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせた状態で行う［第２工程］。

例えば、図６に示すように、ファイバ中心軸４１１に対して非対称な形状のコア４０１と、この周囲を覆うクラッド４０２とによるマルチモード光ファイバを用いればよい。このマルチモード光ファイバにおいても、低次のモード以外にも複数の高次モードが伝搬可能に設定されている。なお、このような非軸対称系のコア形状としたマルチモード光ファイバでは、厳密には、前述のようなＬＰモードによる縮退は言えなくなるが、低次、高次といった複数のモードの伝搬は同様に行うことが可能である。

このマルチモード光ファイバにおいて、最低次のモードの電界強度の重心位置はほぼファイバ中心軸の付近に存在する。一方、高次のモードでは、電界のしみ出しが大きいため、強度の重心位置は、最低次のモードの電界強度の重心位置（ファイバ中心軸）とはずれている。

例えば、電界分布シミュレーションなどを用いて、非対称なコア形状を設計し、高次モードと低次モードの重心位置の差が大きくなるようにする。上記設計に基づいて、高次モードの重心位置における高次モードと低次モードの光強度差が減少する方向に、コアの形状をファイバ中心軸に対して非対称としたマルチモード光ファイバを製造する。このように非対称なコア形状とすることで、実使用においては、予め重心位置のずれ量を大きく設定し、かつ上記位置を把握した状態で調芯を行うことになる。この結果、実施の形態１と同様に、ステップＳ２０２，ステップＳ２０３の調芯方法で調芯を実施すると、
より光強度差が減少する方向で、調芯が行える。

例えば、上述したように形成した非対称コアによる第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとの調芯において、ＭＤＬを測定しながら高次モードのピーク位置基準で調芯および接続を実施すればよい。このようにすることで、より効果的にＭＤＬを最小化させることができる。

なお、上述では、コアの断面形状をファイバ中心軸に対して非対称としたが、コアの屈折率分布をファイバ中心軸に対して非対称にしても同様である。

［実施の形態３］
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図７は、本発明の実施の形態３における光ファイバ接続方法を説明するためのフローチャートである。この光ファイバ接続方法は、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを、光接続部で光接続する方法である。

ます、ステップＳ３０１で、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバにおいて、コアに対して応力を与える応力付与機構を形成する［第４工程］。応力付与機構を形成することで、対称である場合に比べて高次モードと低次モードの重心位置の差が大きくなり、高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が小さくなるようにする。応力付与機構は、第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバの少なくとも一方に形成されていればよく、両方に形成されていてもよい。

次に、ステップＳ３０２で、上述したように応力付与機構を形成した第１マルチモード光ファイバおよび第２マルチモード光ファイバを用い、光接続部（接続点）において、第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる［第１工程］。例えば、第１マルチモード光ファイバの接続端面と、第２マルチモード光ファイバの接続端面とが、当接した状態とする。

次に、ステップＳ３０３で、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する。調芯は、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせた状態で行う［第２工程］。

例えば、図８に示すように、コア５０１と、この周囲を覆うクラッド５０２とによるマルチモード光ファイバにおいて、コア５０１の近傍に非同軸配置で配置された空孔５０３ａ、空孔５０３ｂを形成すればよい。空孔５０３ａ、空孔５０３ｂが、コア５０１に対する応力付与機構となる。コア５０１は、ファイバ中心軸５１１に対して対称な形状（円形）である。

例えば、よく知られた偏波保持光ファイバやフォトニック結晶光ファイバの製造で用いられる光ファイバ製造技術を用いれば、空孔５０３ａ、空孔５０３ｂの形成は容易である。また、形成する空孔の個数や断面のサイズ、空孔の配置などは上述した条件を満たすものであれば任意である。

なお、前述した実施の形態２と同様に、このマルチモード光ファイバにおいても、低次のモード以外にも複数の高次モードが伝搬可能に設定されている。また、このような非軸対称系のコア形状としたマルチモード光ファイバでは、厳密には、前述のようなＬＰモードによる縮退は言えなくなるが、低次、高次といった複数のモードの伝搬は同様に行うことが可能である。

このマルチモード光ファイバにおいて、最低次のモードの電界強度の重心位置はほぼファイバ中心軸の付近に存在する。一方、高次のモードでは、電界のしみ出しが大きいため、強度の重心位置は、最低次のモードの電界強度の重心位置（ファイバ中心軸）とはずれている。

上述したように応力付与機構を設けることで、実使用においては、予め重心位置のずれ量を大きく設定し、かつ上記位置を把握した状態で調芯を行うことになる。この結果、実施の形態２と同様に、ステップＳ３０２，ステップＳ３０３の調芯方法で調芯を実施すると、より光強度差が減少する方向で、調芯が行える。

なお、上述では、空孔を設けるようにしたが、コアとは異なる材料を空孔の代わりに配置することで、応力付与機構としてもよい。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、図９に示すように、第２マルチモード光ファイバ２０２に曲げ部２０２ａを設け、コアに対して応力を与える応力付与機構とする。なお、図９に示す光ファイバ接続構造は、図３を用いて説明した光ファイバ接続構造と同様であり、同一の符号については説明を省略する。

応力付与機構とする曲げ部２０２ａは、光接続部２０３の近傍に配置する。曲げ部２０２ａを形成した状態で、第２マルチモード光ファイバ２０２を第１固定部品２１１ｂと第２固定部品２１２ｂとの間に固定する。なお、曲げ部は、第１マルチモード光ファイバ２０１に設けてもよい。

上述したように応力付与機構としての曲げ部を設けた後、光接続部（接続点）において、第１接続端面と第２接続端面とを向かい合わせる。この後、各マルチモード光ファイバの間で、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、光接続部２０３において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する。これら調芯の工程は、前述した実施の形態１〜３と同様である。

上述したように曲げ部を設けることでマルチモード光ファイバに非軸対称の応力分布が加わることとなる。この結果、前述した実施の形態２，３と同様に、曲げ部を設けたマルチモード光ファイバの接続端面におけるコア断面には、光弾性効果による屈折率分布の非軸対称性が生じる。この結果、前述した実施の形態２，３と同様に高次モードの電界強度分布をシフトさせることができ、より光強度差が減少する方向で、調芯が行えるようになる。

また、上述した曲げ部に限らず、マルチモード光ファイバに何らかの応力を加えることで、上述同様の効果を奏することができる。例えば、荷重を加えてもよい。また、図１０に示すように、固定部品６０１の収容孔６０１ａを、マルチモード光ファイバ６０２よりも大きな径とし、収容孔６０１ａに、マルチモード光ファイバ６０２を偏芯した状態で収容する。収容孔６０１ａの中心軸６０４よりマルチモード光ファイバ６０２のファイバ中心軸をずらす。この状態で、マルチモード光ファイバ６０２の周面と収容孔６０１ａの側面との間に、樹脂６０３を充填して硬化させる。樹脂６０３の硬化時の収縮応力などによって、マルチモード光ファイバ６０２に非軸対称の応力を付与することがでる。このようにして非軸対称の応力を付与することで、前述同様の効果を奏する。

ところで、上述したように、接続する２つのマルチモード光ファイバの間で、各々のファイバ中心軸のずれている状態（軸ずれ状態）が判明している場合、各マルチモード光ファイバの固定部品同士の位置関係を適合させて固定しておくとよい。

例えば、図１１に示すように、フェルール３１１ａの光ファイバ挿入口に、第１マルチモード光ファイバ３０１の接続端領域を挿入（収容）して固定する。また、フェルール３１１ｂの光ファイバ挿入口に、第２マルチモード光ファイバ３０２の接続端領域を挿入（収容）して固定する。フェルール３１１ａは、スリーブ３１３ａで固定し、フェルール３１１ｂは、スリーブ３１３ｂで固定する。

スリーブ３１３ａとスリーブ３１３ｂとを所定の位置関係で接続固定しておけば、フェルール３１１ａに収容している第１マルチモード光ファイバ３０１と、フェルール３１１ｂに収容している第２マルチモード光ファイバ３０２とは、所定の軸ずれ状態となる。スリーブ３１３ａとスリーブ３１３ｂとの位置関係を、第１マルチモード光ファイバ３０１と第２マルチモード光ファイバ３０２とが調芯された状態に適合させておけばよい。このように構成したスリーブを用い、回転方向を合わせた状態で各フェルールを各スリーブに固定すれば、調芯が完了した状態とすることができる。また、キー溝などキー構造を設けておくことで、軸中心に回転する方向にスリーブに対してフェルールが滑ることが抑止できる。

上述した構造にハウジングなどを組み付けることで、コネクタ部品とすることができる。例えば、ＳＣコネクタや、ＭＵコネクタ、ＬＣコネクタ、ＳＴコネクタ、ＦＣコネクタなどが実現できる。

上述したようにスリーブを構成することで、都度調芯することなく着脱可能な接続が実現できる。

また、各マルチモード光ファイバの固定部品同士の位置関係をずらしておくのではなく、固定部品に対するマルチモード光ファイバの固定位置を、各々異なる状態としてもよい。

例えば、図１２に示すように、フェルール３１１ａの光ファイバ挿入口に、第１マルチモード光ファイバ３０１の接続端領域を挿入して固定する。また、フェルール３１１ｂの光ファイバ挿入口に、第２マルチモード光ファイバ３０２の接続端領域を挿入して固定する。また、フェルール３１１ａおよびフェルール３１１ｂは、スリーブ３１４で固定する。この構成では、第１マルチモード光ファイバ３０１のファイバ中心軸（光軸）と第２マルチモード光ファイバ３０２のファイバ中心軸（光軸）とは一致する。

一方、図１３に示すように、フェルール３１１ａの収容孔７０１を、第１マルチモード光ファイバ３０１よりも大きな径とし、収容孔７０１に、第１マルチモード光ファイバ３０１を偏芯した状態で収容する。収容孔７０１の中心軸７０２より、第１マルチモード光ファイバ３０１のファイバ中心軸をずらす。この状態で、第１マルチモード光ファイバ３０１の周面と収容孔７０１の側面との間に、樹脂７０３を充填して第１マルチモード光ファイバ３０１を固定する。

上述したように偏芯した状態でフェルールに固定したマルチモード光ファイバ同士を、フェルールをスリーブに固定することで接続する。このように接続し、各マルチモード光ファイバの接続端面同士が向かい合う状態で、スリーブに対していずれかのフェルールを回転させる。フェルールを回転させることで、マルチモード光ファイバの接続端面も回転し、各々のファイバ中心軸の位置関係が変化する。このことにより、調芯が可能である。フェルールを回転させてファイバ中心軸同士の位置を変化させ、ＭＤＬが最小となる位置を求めればよい。例えば、フェルールを回転させて高次モード基準で損失最小となる位置を決定すればよい。

上述した調芯によれば、複雑な調芯ステージなどを用いることなくより簡易に調芯ができる。フェルールを回転させる機構としては、偏波保持光ファイバ用途などで用いられる回転機構付コネクタ部品が適用できる。回転機構付コネクタ部品を用いることで、ハウジングなどを組み付けてコネクタ化した後に調芯、接続を実現することができる。

ところで、上述では、ＦＭＦを例に説明したが、図１５を用いて説明したようなＭＣ−ＦＭＦであっても同様である。特に、ＭＣ−ＦＭＦについては、前述の回転による調芯を行うことで、全コアが一様に軸ずれすることが可能である。Ｘ軸、Ｙ軸の位置ずれの他にも、回転による調芯と組み合わせることで、コア間の利得差も平均化するよう考慮した接続を実現することができる。

また、複数のＦＭＦを束にしたＦＭＦアレイにも適用できる。図１４に示すように、複数のＦＭＦ８０１を、固定部品８０２に収容して固定する。これに対し、ＭＣ−ＦＭＦを接続する構成において、上述した本発明における光ファイバ接続方法および接続構造を適用することができる。ＦＭＦアレイの各コアに、ＭＣ−ＦＭＦの各コアを対応させて接続する。ＦＭＦアレイにおいては、より細いファイバ径とすればよい。これら構成により、よく知られたファンイン・ファンアウト部品が実現できる。

以上に説明したように、本発明では、第１マルチモード光ファイバと第２マルチモード光ファイバとの光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となるようにしたので、マルチモード光ファイバを用いた伝送における高次モードの強度低下が抑制できるようになる。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

２０１…第１マルチモード光ファイバ、２０１ａ…コア、２０１ｂ…クラッド、２０２…第２マルチモード光ファイバ、２０３…光接続部、２０４…接着層、２１１ａ，２１１ｂ…第１固定部品、２１２ａ，２１２ｂ…第２固定部品、２１３…溝部。

Claims (8)

1. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを光接続する光ファイバ接続方法であって、
   光接続を行う光接続部において、前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる第１工程と、
   前記第１接続端面と前記第２接続端面とを向かい合わせた状態で、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する第２工程と
   を備え、
   前記第１マルチモード光ファイバおよび前記第２マルチモード光ファイバは、コアの断面における高次モードの電界強度分布の重心位置と低次モードの電界強度分布の重心位置とがずれていることを特徴とする光ファイバ接続方法。
2. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを光接続する光ファイバ接続方法であって、
   光接続を行う光接続部において、前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる第１工程と、
   前記第１接続端面と前記第２接続端面とを向かい合わせた状態で、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する第２工程と
   を備え、
   さらに、
   コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、前記第１マルチモード光ファイバまたは前記第２マルチモード光ファイバのコアの断面形状をファイバ中心軸に対して非対称な形状に形成する第３工程を備え、
   前記第３工程の後で前記第１工程を実施することを特徴とする光ファイバ接続方法。
3. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバとを光接続する光ファイバ接続方法であって、
   光接続を行う光接続部において、前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とを向かい合わせる第１工程と、
   前記第１接続端面と前記第２接続端面とを向かい合わせた状態で、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する第２工程と
   を備え、
   さらに、
   コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、前記コアに対して応力を与える応力付与機構を、前記第１マルチモード光ファイバまたは前記第２マルチモード光ファイバに形成する第４工程を備え、
   前記第４工程の後で前記第１工程を実施することを特徴とする光ファイバ接続方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ接続方法において、
   前記第１工程では、
   前記第１マルチモード光ファイバの接続端を第１フェルールに収容して固定し、
   前記第２マルチモード光ファイバの接続端を第２フェルールに収容して固定し、
   前記第１フェルールおよび前記第２フェルールをスリーブに固定することで、前記第１接続端面と前記第２接続端面とを向かい合わせ、
   前記第２工程では、前記第１フェルールおよび前記第２フェルールの少なくとも一方を軸中心に回転させることで、前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとを、各々のファイバ中心軸同士がずれている状態にすることで、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態に調芯する
   ことを特徴とする光ファイバ接続方法。
5. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、
   同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とが向かい合って光接続する光接続部と
   を備え、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、各々のファイバ中心軸同士がずれた状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバおよび前記第２マルチモード光ファイバは、コアの断面における高次モードの電界強度分布の重心位置と低次モードの電界強度分布の重心位置とがずれている
   ことを特徴とする光ファイバ接続構造。
6. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、
   同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とが向かい合って光接続する光接続部と
   を備え、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、各々のファイバ中心軸同士がずれた状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバまたは前記第２マルチモード光ファイバは、
   コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、コアの断面形状がファイバ中心軸に対して非対称な形状とされている
   ことを特徴とする光ファイバ接続構造。
7. 同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第１マルチモード光ファイバと、
   同一のコアに複数の伝搬モードが存在する第２マルチモード光ファイバと、
   前記第１マルチモード光ファイバの第１接続端面と前記第２マルチモード光ファイバの第２接続端面とが向かい合って光接続する光接続部と
   を備え、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、各々のファイバ中心軸同士がずれた状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバと前記第２マルチモード光ファイバとは、前記光接続部において全ての伝搬モードの間の接続損失の差が最小となる状態で接続され、
   前記第１マルチモード光ファイバまたは前記第２マルチモード光ファイバは、
   コアの断面形状をファイバ中心軸に対して対称な形状とした場合における高次モードの電界強度分布の重心位置における高次モードと低次モードとの光強度の差が減少する方向に、高次モードの電界強度分布の重心位置がずれるように、前記コアに対して応力を与える応力付与機構を備える
   ことを特徴とする光ファイバ接続構造。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の光ファイバ接続構造において、
   前記第１マルチモード光ファイバの接続端を収容して固定する第１フェルールと、
   前記第２マルチモード光ファイバの接続端を収容して固定する第２フェルールと、
   前記第１接続端面と前記第２接続端面とが向かい合う状態に前記第１フェルールおよび前記第２フェルールを固定するスリーブと
   を備えることを特徴とする光ファイバ接続構造。