JP7172634B2

JP7172634B2 - マルチコア光ファイバ及び設計方法

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Publication number: JP7172634B2
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Inventors: 隆松井; 和秀中島
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Description

本開示は、複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）及びその設計方法に関する。

ＭＣＦが、空間分割多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。ＭＣＦによる大容量の空間分割多重伝送は、例えば非特許文献１、２など数多く報告されているが、非特許文献１、２を含む多くの報告で示されているＭＣＦは、クロストーク（ＸＴ）低減のために十分広いコア間隔Λを設定するため、クラッド径が１５０～２３０μｍと従来の光ファイバに比べて大きくなっている。しかしながら、１つの光ファイバ母材から製造される光ファイバの長さはクラッド径の２乗に反比例して短くなるため、クラッド径の拡大は光ファイバの生産性を著しく劣化させる。また既存の光ファイバ部品等は従来の１２５μｍのクラッド径に対応して設計されているため、クラッド径を拡大したＭＣＦの活用には周辺部品の再設計が必要となり、実用化に多くの研究開発を要する。

そこで近年、従来と同等の１２５μｍであるクラッド径を有するＭＣＦが開発されている。クラッド径が標準的な１２５μｍであることによって、光ファイバの量産性を従来と同等以上に維持できるとともに、標準的な接続部品や光ケーブルなど既存の周辺物品を活用することができる。さらにＭＣＦの各コアが既存の光ファイバと同等の光学特性を有することで、既存の光インターフェイスとの互換性を担保できる事ができるため、既存の設備から容易にＭＣＦへアップグレードすることができる。

非特許文献３および４では１００ｋｍで－３０ｄＢ以下のＸＴを有し、光学特性が既存の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）と同等である４つのコアを有するＭＣＦが報告されている。非特許文献３によれば同種のコア構造を用いる場合４つのコアが配置可能であり、また非特許文献５によれば複数のコア構造を用いることで５個のコアが配置可能であることが示されている。

しかしながら、これらのＭＣＦはコア構造としてトレンチ型の複雑な屈折率分布形状を用いているため、屈折率分布を形成するためのプロセスの複雑化や歩留りが問題となり、量産化や経済性で課題が残る。汎用的なＳＭＦは単峰型の簡易な屈折率分布が採用されており、高い量産性と良好な品質を有する。非特許文献６では、単峰型を採用し、クラッド径が１２５μｍである２コアファイバが報告されている。

Ｈ．Ｔａｋａｈａｓｈｉｅｔａｌ．， "ＦｉｒｓｔＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＭＣ－ＥＤＦＡ－ＲｅｐｅａｔｅｒｅｄＳＤＭＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆ４０ｘ１２８－Ｇｂｉｔ／ｓＰＤＭ－ＱＰＳＫＳｉｇｎａｌｓｐｅｒＣｏｒｅｏｖｅｒ６，１６０－ｋｍ７－ｃｏｒｅＭＣＦ"，ＥＣＯＣ２０１２，Ｔｈ３Ｃ３，Ｓｅｐ．２０１２．Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉｅｔａｌ．， "Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｗｃｒｏｓｓｔａｌｋａｎｄｌｏｗ－ｌｏｓｓｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅｆｉｂｅｒ"，Ｏｐｔ．Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．１９，ｐｐ．１６５７６－１６５９２，Ａｕｇ．２０１１．Ｔ．Ｍａｔｓｕｉｅｔａｌ．， "Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｉｎ１２５ μｍｃｌａｄｄｉｎｇｄｉａｍｅｔｅｒｗｉｔｈｆｕｌｌｃｏｍｐｌｉａｎｃｅｔｏｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＳＭＦ"，ＥＣＯＣ２０１５，Ｗｅ．１．４．５，Ｓｅｐ．２０１５．Ｔ．Ｍａｔｓｕｉｅｔａｌ．， "１１８．５Ｔｂｉｔ／ｓＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｖｅｒ３１６ｋｍ－ＬｏｎｇＭｕｌｔｉ－ＣｏｒｅＦｉｂｅｒｗｉｔｈＳｔａｎｄａｒｄＣｌａｄｄｉｎｇＤｉａｍｅｔｅｒ" ＯＥＣＣ２０１７，ＰＤＰ２，Ａｕｇ．２０１７．Ｔ．Ｇｏｎｄａｅｔａｌ．， "１２５ μｍ５－ｃｏｒｅｆｉｂｒｅｗｉｔｈｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｄｅｓｉｇｎｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｍｉｇｒａｔｉｏｎｆｒｏｍｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｒｅｓｙｓｔｅｍｔｏｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅｓｙｓｔｅｍ" ＥＣＯＣ２０１６，Ｗ２Ｂ１，Ｓｅｐ．２０１６．Ｙ．Ｇｅｎｇ，ｅｔ．ａｌ．， "Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ，ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｄｕａｌ－ｃｏｒｅｆｉｂｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｉｇｈｄｅｎｓｉｔｙ，ｓｈｏｒｔ－ｒｅａｃｈｏｐｔｉｃａｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ"，ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＷｅｓｔ，９３８０－８，Ｆｅｂ．２０１５．Ｐ．Ｊ．Ｗｉｎｚｅｒｅｔａｌ．， "ＰｅｎａｌｔｉｅｓｆｒｏｍＩｎ－ＢａｎｄＣｒｏｓｓｔａｌｋｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＯｐｔｉｃａｌＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＦｏｒｍａｔｓ"，ＥＣＯＣ２０１１，Ｔｕ５Ｂ７，Ｓｅｐ．２０１１．Ｄ．Ｍａｒｃｕｓｅ， "Ｌｏｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓｐｌｉｃｅｓ"，ＢｅｌｌＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈ．Ｊ．，ｖｏｌ．５６５，ｎｏ．５，Ｍａｙ－Ｊｕｎｅ，１９７７．

しかしながら、単峰型コアを標準的な１２５μｍのクラッド直径で３個以上配置することは非特許文献６には記載されない。つまり、従来のＭＣＦ設計では、単峰型コアを標準的な１２５μｍのクラッド直径で３個以上配置することは困難であるという課題がある。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、標準的なクラッド径で単峰型の４つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバ及びその設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るマルチコア光ファイバは、所定の関係式に基づいて直径１２５±１μｍのクラッド内に４つのコアを配置することとした。

具体的には、本発明に係る第１のマルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の４個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が１２５±１μｍであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．２～９．６μｍであり、
波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径３０ｍｍでの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤの関係が数Ｃ１を満たすように、４個の前記コアが配置され、前記コアの半径ａ及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る第２のマルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の４個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が１２５±１μｍであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤが９～１２μｍであり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤの関係が数Ｃ４を満たすように、４個の前記コアが配置され、前記コアの半径ａ及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。

マルチコア光ファイバに要求される単位長当たりのクロストークから得られるＭＦＤに基づいてＯＣＴ及びΛが得られる。また、当該ＭＦＤはコア半径ａと比屈折率差Δで実現できる。本マルチコア光ファイバは単峰型であるので量産性、品質、及び歩留りに優れる。従って、本発明は、標準的なクラッド径で単峰型の４つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバを提供することができる。

単位長当たりのクロストークとＭＦＤとの関係は次の通りである。
第１のマルチコア光ファイバの場合、
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長１６２５ｎｍにおける単位長のクロストークの合計値ＸＴと波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとの関係が数Ｃ２を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長１３６０ｎｍにおける単位長のクロストークの合計値ＸＴと波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとの関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする。

第２のマルチコア光ファイバの場合、
前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長１６２５ｎｍにおける単位長のクロストークの合計値ＸＴと波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとの関係が数Ｃ５を満たすこと、又は、前記コアの任意のコアが他のコアから受ける波長１５６５ｎｍにおける単位長のクロストークの合計値ＸＴと波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとの関係が数Ｃ６を満たすことを特徴とする。

また、第１のマルチコア光ファイバや第２のマルチコア光ファイバは次のように設計する。
本発明に係るマルチコア光ファイバの設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値ＸＴを決定する仕様決定手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１６２５ｎｍにおける値である場合、数Ｃ２で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１３６０ｎｍにおける値である場合、数Ｃ３で、
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）を計算する第１ＭＦＤ算出手順と、
前記第１ＭＦＤ算出手順で計算したＭＦＤを数Ｃ１に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第１構造算出手順と、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１６２５ｎｍにおける値である場合、数Ｃ５で、
前記仕様決定手順で決定したカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１５６５ｎｍにおける値である場合、数Ｃ６で、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）を計算する第２ＭＦＤ算出手順と、
前記第２ＭＦＤ算出手順で計算したＭＦＤを数Ｃ４に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第２構造算出手順と、
を行う。

本発明は、標準的なクラッド径で単峰型の４つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたマルチコア光ファイバ及びその設計方法を提供することができる。

（ａ）は、本発明に係るマルチコア光ファイバの断面構造を説明する図である。（ｂ）は、本発明に係るマルチコア光ファイバの屈折率分布の一例を説明する図である。本発明に係るマルチコア光ファイバのコア半径と比屈折率差の関係の一例を示す構造図である。本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴおよびΛの関係を表す特性図である。本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとＸＴとの関係の一例を表す特性図である。本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴおよびΛの関係を表す特性図である。本発明に係るマルチコア光ファイバの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとＸＴとの関係の一例を表す特性図である。本発明に係るマルチコア光ファイバの設計方法を説明するフローチャートである。

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。

図１に本実施形態のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）の構造の一例を示す。図１（ａ）はＭＣＦの断面構造であり、図１（ｂ）は各コアの屈折率分布を説明する図である。本ＭＣＦは１心の光ファイバ中に４つのコア１１を有し、クラッド領域１２の径が標準的な１２５±１μｍである。各コアの屈折率分布は図１（ｂ）に示されるように、コアの周囲にコア１１よりも低い屈折率を有するクラッド領域１２を有する。ここではクラッド領域の屈折率を基準として比屈折率差を定義しているが、コア及びクラッド領域の材料はそれぞれ純石英およびフッ素添加ガラス、もしくはそれぞれＧｅＯ_２添加ガラス、純石英ガラスとフッ素添加ガラスの組合せ等、図１に示す屈折率分布を構成できるガラス材料の組合せで材料を選定することができる。

図２に本発明のマルチコア光ファイバについて、所定の光学特性を得るためのコアパラメータの設計範囲を示す。横軸はコア半径、縦軸はコア－クラッドの比屈折率差である。実線より上の領域で、波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失を０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下に抑制することができる。

図中の破線および点線は、それぞれカットオフ波長が１２６０ｎｍおよび１５３０ｎｍとなるコア半径と比屈折率差の関係を表す。ここで、破線および点線の左側で、それぞれ１２６０ｎｍおよび１５３０ｎｍ以下のカットオフ波長を実現することができる。更に、図中の一点鎖線は波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤが１０μｍとなるコア半径と比屈折率差の関係を表す。一点鎖線より下側の領域で１０μｍ以上のＭＦＤを実現することができる。

従って、図中の実線、点線（もしくは破線）、一点鎖線で囲まれる領域でコア半径および比屈折率差を設定することで、所望の曲げ損失、カットオフ波長、およびＭＦＤ特性を同時に満たすことが可能となる。ここで、図２では一例として波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤが１０μｍとなる場合を図示したが、単峰型光ファイバにおけるコア半径、比屈折率差、およびＭＦＤの関係は下記の経験式で記述できることが知られている（例えば、非特許文献８を参照。）。
（式１）
ＭＦＤ／２ａ≒０．６５＋１．６１９Ｖ^－１．５＋２．８７９Ｖ^－６（１）
ここで、Ｖは規格化周波数で、コア半径ａ、コアの屈折率ｎ_１、クラッドの屈折率ｎ_２、波長λを用いて、
Ｖ≡２πａ／λ（ｎ_１ ^２－ｎ_２ ^２）^０．５
で定義される。

従って、図２は任意の波長における所望のＭＦＤ特性に対して導出することができる。

なお、ここではカットオフ波長として１２６０ｎｍと１５３０ｎｍについて示したが、これらは複数の国際標準で規定される単一モード伝送波長帯域の下限を示すものである（例えばそれぞれ、ＩＴＵ－Ｔ勧告Ｇ．６５２、Ｇ．６５４）。また曲げ損失やＭＦＤについても同様に、ケーブル化後の損失特性や相互接続性を表すもので、ＩＴＵ－Ｔ等の国際標準で定められる。

（実施形態１）
実施形態１として第１のマルチコア光ファイバについて説明する。
ＭＣＦではコア中心からクラッド外周までの最小距離（ＯＣＴ）を適切に設定し、過剰損失αｃを十分に抑制する必要がある。αｃは長波長側で増加する傾向があり、一般に、使用する上限波長で０．０１ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。図３に波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴの関係を示す。ここでは、一例として使用波長帯域を１２６０ｎｍ～１６２５ｎｍとした。即ち、カットオフ波長を１２６０ｎｍ、波長１６２５ｎｍにおけるαｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のＳＭＦと同等とし、波長１６２５ｎｍの曲げ半径３０ｍｍにおける値が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下となるようにした。

この時、図２で説明したように、カットオフ波長、曲げ損失、ＭＦＤの要求条件を満たすコア半径と比屈折率差の関係を導出することができる。図３では、上記の関係を満たすコア半径と比屈折率差の条件から、αｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とするのに必要なＯＣＴの最小値を実線で示している。図３より、ＯＣＴはＭＦＤと伴に増加し、その関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
（式２）
ＯＣＴ≧３．７３ＭＦＤ＋３．４３（２）

ここで、図３の破線はクラッド直径を１２５μｍとした時、正方格子状に配置した４個のコアの中心間距離Λの上限を表す。図３より、ＭＦＤとΛの関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
（式３）
Λ≦－５．２８ＭＦＤ＋８３．５４（３）

従って、本出願のＭＣＦにおいて使用波長帯の下限を１２６０ｎｍ、ＭＦＤの規定波長を１３１０ｎｍ、波長１６２５ｎｍにおけるαｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とした場合、ＯＣＴとΛの設定条件は、ＭＦＤの設計中心値より式（２）および（３）で決定できることがわかる。

つまり、第１のマルチコア光ファイバは、長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の４個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が１２５±１μｍであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）が８．２～９．６μｍであり、
波長１６２５ｎｍにおける曲げ半径３０ｍｍでの曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤの関係が数（２）及び式（３）を満たすように、４個の前記コアが配置され、前記コアの半径ａ及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。

図４に本発明のＭＣＦにおいて、図３に示した要求条件を満たす、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤと最大ＸＴの関係を示す。尚、現在最も汎用的に使用されているＳＭＦの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤは、国際標準により８．２～９．６μｍの範囲内とするよう定められている。一般に、接続する光ファイバ間のＭＦＤの不整合は接続損失の増大を招くため、本ＭＣＦの波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤも８．２～９．６μｍの範囲内で設定されることが好ましい。

図中の実線は、使用波長帯域の上限を波長１６２５ｎｍとした場合の計算結果を示す。図４よりＸＴはＭＦＤと伴に増加し、両者の関係は式（４）で近似できることがわかる。尚、ＸＴは０ｄＢ／ｋｍ以上の領域では飽和状態となる。
（式４）
ＸＴ≦２７．０ＭＦＤ－２５１．８（４）

ここで、ＭＣＦ中のＸＴによる伝送特例劣化は伝送方式に依存し、非特許文献７ではＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの伝送方式に対して、それぞれ－１６ｄＢ、－２４ｄＢ、－３２ｄＢ以下のクロストークが必要となることが示されている。マルチコア光ファイバの場合、コア間のクロストークは任意のコアに対する他のコアからのクロストーク成分の総和となり、単位距離当たりのクロストーク（ｄＢ／ｋｍ）と距離Ｌ（ｋｍ）に対して、任意の距離でのクロストークは、
ＸＴ＋１０ｌｏｇ（Ｌ）
で与えられる。

例えば、１６ＱＡＭの信号フォーマットを用いて１０００～１００００ｋｍの伝送を行うためには、マルチコアファイバのクロストークは－５４～－６４ｄＢ／ｋｍ以下である必要がある。つまり、図４から、第１のマルチコア光ファイバは、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤがいずれであっても波長１６２５ｎｍで１６ＱＡＭの信号フォーマットを用いる１０００～１００００ｋｍの伝送を行うことはできない。

一方、図４から、第１のマルチコア光ファイバは、ＱＰＳＫ信号を用いたＬ＝１ｋｍ伝送用のＭＣＦを実現する場合、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤを８．７５μｍ以下の範囲で設定できることがわかる。

また、波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤを９μｍとし、ＱＰＳＫ信号を用いた伝送実現したい場合、当該ＭＦＤにおける波長１６２５ｎｍにおけるＸＴは－９ｄＢ／ｋｍなので、ＱＰＳＫ信号の伝送に必要な－１６ｄＢ／ｋｍのＸＴ特性を実現するためには、最大伝送距離を０．２ｋｍ以下とすれば良いことが分かる。

更に図４中の破線は、使用波長帯域の上限波長を１３６０ｎｍとした場合の計算結果を示す。波長１３１０ｎｍにおけるＭＦＤと波長１３６０ｎｍにおけるＸＴの関係は式（５）で記述できることがわかる。
（式５）
ＸＴ≦３３．７ＭＦＤ－３４２．３（５）

上述のように、図４より、既存ＳＭＦ標準と整合した８．２～９．６μｍのＭＦＤ特性を用い、伝送距離を適切に設定することで、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの何れにも対応可能な伝送システムが実現できることが分かる。従って、上述の関係式（４）もしくは（５）を用い、それぞれ使用波長帯域の上限を１６２５ｎｍもしくは１３６０ｎｍとした時に、所望の伝送システムを実現するＸＴとＭＦＤの関係を導くことができる。

以上述べたように、既存ＳＭＦと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびＭＦＤ特性を有し、波長１６２５ｎｍにおける過剰損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とし、１２６０ｎｍ～１６２５ｎｍの波長範囲で所望のＸＴ特性を実現するＭＣＦにおけるＯＣＴ、Λ、およびＭＦＤの関係は関係式（２）、（３）、（４）を用いて規定できる。

同様に、既存ＳＭＦと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびＭＦＤ特性を有し、波長１６２５ｎｍにおける過剰損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とし、１２６０ｎｍ～１３６０ｎｍの波長範囲で所望のＸＴ特性を実現する本出願のＭＣＦにおけるＯＣＴ、Λ、およびＭＦＤの関係は関係式（２）、（３）、（５）を用いて規定できる。

（実施形態２）
実施形態２として第２のマルチコア光ファイバについて説明する。
本ＭＣＦは、カットオフ波長を１５３０ｎｍとした場合である。図５に波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤとＯＣＴの関係を示す。ここで、一例として使用波長帯域を１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍとした。即ち、カットオフ波長を１５３０ｎｍ、波長１６２５ｎｍにおけるαｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることとした。また、曲げ損失は既存のＳＭＦと同等とし、波長１６２５ｎｍの曲げ半径３０ｍｍにおける値が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下となるようにした。

この時、図２で説明したように、カットオフ波長、曲げ損失、ＭＦＤの要求条件を満たすコア半径と比屈折率差の関係を導出することができる。図５では、上記の関係を満たすコア半径と比屈折率差の条件から、αｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とするのに必要なＯＣＴの最小値を実線で示している。図５より、ＯＣＴはＭＦＤと伴に増加し、その関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
（式６）
ＯＣＴ≧２．８２ＭＦＤ＋３．７（６）

ここで、図５の破線はクラッド直径を１２５μｍとした時、正方格子状に配置した４個のコアの中心間距離Λの上限を表す。図５より、ＭＦＤとΛの関係は以下の関係式で近似できることがわかる。
（式７）
Λ≦－３．９９ＭＦＤ＋８３．１５（７）

従って、本出願のＭＣＦにおいて使用波長帯の下限を１５３０ｎｍ、ＭＦＤの規定波長を１５５０ｎｍ、波長１６２５ｎｍにおけるαｃを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とした場合、ＯＣＴとΛの設定条件は、ＭＦＤの設計中心値より式（６）および（７）で決定できることがわかる。

つまり、第２のマルチコア光ファイバは、長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の４個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が１２５±１μｍであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤが９～１２μｍであり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤの関係が数（６）及び式（７）を満たすように、４個の前記コアが配置され、前記コアの半径ａ及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とする。

図６に本発明のＭＣＦにおいて、図５に示した要求条件を満たす、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤと最大ＸＴの関係を示す。尚、現在一般的に使用されている高速伝送用ＳＭＦの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤは、概ね９～１２μｍの範囲である。一般に、接続する光ファイバ間のＭＦＤの不整合は接続損失の増大を招くため、本ＭＣＦの波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤも９～１２μｍの範囲内で設定されることが好ましい。

図中の実線は、使用波長帯域の上限を波長１６２５ｎｍとした場合の計算結果を示す。図６よりＸＴはＭＦＤと伴に増加し、両者の関係は式（８）で近似できることがわかる。尚、ＸＴは０ｄＢ／ｋｍ以上の領域では飽和状態となる。
（式８）
ＸＴ≦２４．６ＭＦＤ－２９４．４（８）

また、図６中の破線は、使用波長帯域の上限波長を１５６５ｎｍとした場合の関係を示し、波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤと波長１５６５ｎｍにおけるＸＴの関係は式（９）で記述できることがわかる。
（式９）
ＸＴ≦２６．０ＭＦＤ－３１５．８（９）

本ＭＣＦも実施形態１で説明したＭＣＦと同様に、図６より、既存の高速伝送用ＳＭＦと整合性の高い９～１２μｍのＭＦＤ特性を用い、伝送距離を適切に設定することで、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭの何れにも対応可能な伝送システムが実現できることが分かる。従って、上述の関係式（８）もしくは（９）を用い、それぞれ使用波長帯域の上限を１６２５ｎｍもしくは１５６５ｎｍとした時に、所望の伝送システムを実現するＸＴとＭＦＤの関係を導くことができる。

以上述べたように、既存の高速伝送用ＳＭＦと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびＭＦＤ特性を有し、波長１６２５ｎｍにおける過剰損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とし、１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍの波長範囲で所望のＸＴ特性を実現するＭＣＦにおけるＯＣＴ、Λ、およびＭＦＤの関係は関係式（６）、（７）、（８）を用いて規定できる。

同様に、既存ＳＭＦと同等のカットオフ波長、曲げ損失、およびＭＦＤ特性を有し、波長１６２５ｎｍにおける過剰損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とし、１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍの波長範囲で所望のＸＴ特性を実現するＭＣＦにおけるＯＣＴ、Λ、およびＭＦＤの関係は関係式（６）、（７）、（９）を用いて規定できる。

（光ファイバの設計方法）
図７は、実施形態１と２で説明したＭＣＦの設計方法を説明するフローチャートである。本設計方法は、
前記マルチコア光ファイバに要求されるカットオフ波長、及び前記コアの任意のコアが他のコアから受ける単位長のクロストークの合計値ＸＴを決定する仕様決定手順Ｓ０１と、
仕様決定手順Ｓ０１で決定したカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下（ステップＳ０２で１２６０ｎｍ以下）、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１６２５ｎｍにおける値である場合、式（４）で、
仕様決定手順Ｓ０１で決定したカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下（ステップＳ０２で１２６０ｎｍ以下）、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１３６０ｎｍにおける値である場合、式（５）で、
波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）を計算する第１ＭＦＤ算出手順Ｓ０３と、
第１ＭＦＤ算出手順Ｓ０３で計算したＭＦＤを式（２）と式（３）に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第１構造算出手順Ｓ０４と、
仕様決定手順Ｓ０１で決定したカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下（ステップＳ０２で１５３０ｎｍ以下）、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１６２５ｎｍにおける値である場合、式（８）で、
仕様決定手順Ｓ０１で決定したカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下（ステップＳ０２で１５３０ｎｍ以下）、且つ前記単位長のクロストークの合計値ＸＴが波長１５６５ｎｍにおける値である場合、式（９）で、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）を計算する第２ＭＦＤ算出手順Ｓ０６と、
第２ＭＦＤ算出手順Ｓ０６で計算したＭＦＤを式（６）と式（７）に代入して前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離（ＯＣＴ）及び前記コアの間隔の最小値Λを計算する第２構造算出手順Ｓ０７と、
を行うことを特徴とする。
本設計方法は、さらに、第１ＭＦＤ算出手順Ｓ０３もしくは第２ＭＦＤ算出手順Ｓ０６で計算したＭＦＤを式（１）に代入してコア半径ａと比屈折率差Δを計算する（ステップＳ０５、Ｓ０８）。

本設計方法で算出したコア半径ａ、比屈折率差Δ、コアの間隔の最小値Λ及びＯＣＴのようにコアを配置することで、標準的なクラッド径で単峰型の４つのコアを配置し、所望の仕様を満たしつつ、量産性、品質、及び歩留りに優れたＭＣＦとすることができる。

本発明に係るマルチコア光ファイバは、光通信システムにおける光ファイバに利用できる。

１１：コア
１２：クラッド領域

Claims

長手方向に沿って正方格子状に配置された半径aの単峰型屈折率分布の４個のコアと、
前記コアの外周部に、前記コアとの比屈折率差の絶対値がΔとなる、前記コアより屈折率が低く、直径が１２５±１μｍであるクラッド領域と、
を有するマルチコア光ファイバであって、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径ＭＦＤが９～１２μｍであり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であり、
前記コアの中心から前記クラッド領域の外周までの最小距離ＯＣＴ、前記コアの間隔の最小値Λ、及び波長１５５０ｎｍにおけるＭＦＤの関係が数Ｃ４を満たすように、４個の前記コアが配置され、前記コアの半径ａ及び前記コアと前記クラッド領域との比屈折率差Δが設定されていることを特徴とするマルチコア光ファイバ。

ただし、前記半径a、前記最小距離ＯＣＴ、前記モードフィールド径ＭＦＤ、及び前記コア間隔の最小値Λの単位はμｍである。