JPWO2013027776A1 - マルチコアファイバおよびマルチコアファイバのコアの配置方法 - Google Patents

Abstract

複数本の単一モードのコアを一本の光ファイバに収納するマルチコアファイバにおいて、複数本のコアは、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備える。複数種の異種コアは、コア部と、コア部の外周を覆うクラッド部とを備える。クラッド部は、各コア部の外周を囲む第１のクラッドと、第１のクラッドの外側の第２のクラッドの２段クラッドの構造を備える。複数種の異種コア間において、各コア部および第１のクラッドが有する光電磁界分布は、各コア部および第１のクラッドの範囲内に閉じこめられて第２クラッドへのしみ出しが制限され、各異種コアの伝搬定数は第１のクラッドの屈折率をパラメータとして異なる。この構成により異種コアの種類数の増加によるコアを高密度化において、比屈折率差Δの異種コア間における範囲の広がりを抑制して、各コアの伝搬特性の差の増大とを抑制する。

Description

本発明は、高密度空間多重伝送のためのマルチコアファイバおよびコアの配置方法に関する。

コア間における信号の結合の状態を表す一般的な用語として、「結合状態」の用語と「不完全結合状態」の用語が用いられている。また、コア間の結合の状態をより詳細に表す用語として「完全結合状態」の用語および「非結合状態」の用語が知られている。

「結合状態」の用語は結合率がほぼ１に近い結合の状態を表し、「不完全結合状態」の用語は結合率が１より小さいが、完全には零ではない結合の状態を表している。

「完全結合状態」の用語は結合率が完全に１である結合の状態を表し、「非結合状態」の用語は結合率が測定不可能な値まで零に近い結合の状態を表している。

また、マルチコアファイバの分野においては、「結合マルチコアファイバ」の用語と「非結合マルチコアファイバ」の用語が用いられている。このとき、「結合マルチコアファイバ」における結合は、コア間の結合の状態が一般的用語の「結合状態」の意味で用いられ、「非結合マルチコアファイバ」における結合は、コア間の結合の状態が一般的用語の「不完全結合状態」の意味で用いられている。

そこで、本願発明では、マルチコアファイバの分野で用いる用語に倣って、「非結合マルチコアファイバ」における「非結合」は、詳細な意味における「非結合」ではなく、一般的用語における「不完全結合」とし、結合率が１より小さいが、完全には零ではない結合の状態を意味するものとする。

マルチコアファイバによる空間多重伝送において、単一モードの複数のコアを１本の光ファイバに収納したマルチコアファイバを用いた構成は、非特許文献１および非特許文献２などが知られている。

個々のコアを非結合状態に保つ構成として、コア間距離を離してコアを配置する構成、コアの伝搬定数を離してコアが近接した状態であっても不完全結合状態とする構成、あるいはコア間に隔壁層あるいは空孔を導入する構成等が知られている。

図３２はマルチコアファイバのコア間結合を説明するための最も簡単なモデルを示している。

伝搬定数が同じ同種コアを用いて非結合系のマルチコアファイバを構成しようとすると、コア間のクロストークを回避するために、コア間の間隔をかなり大きく開ける必要があり、コア密度を高くすることは困難である。そこで、非結合系のマルチコアファイバでは、伝搬定数が異なる異種コアを用いてマルチコア化を行っている。

図３２（ａ）は、異なる伝搬定数β₀ ^（１）、β₀ ^（２）を有する異種コアの独立導波路を示している。図３２（ｂ）は、伝搬定数を異にする２種の異種コアからなる非結合導波路を示している。２種の異種コアを用いるマルチコアファイバは、コアの伝搬定数β₀ ^（１）、β₀ ^（２）が異なることで非結合導波路を形成している。

なお、ここで、異種コアは伝搬定数が異なるコアを表し、同種コアは伝搬定数が同じコアを表している。

伝搬定数は、屈折率差、コアの直径、屈折率分布等のパラメータを変えることで異ならせることができる。図３３は異なる伝搬定数の一例を示している。図３３（ａ）は、伝搬定数が異なる３種類のコアを三角格子配列してなるマルチコアファイバの構成例を示し、図３３（ｂ）〜（ｄ）は、屈折率差、コアの直径、屈折率分布を異ならせることによって、コアの伝搬定数を異ならせる例を示している。

図３３（ｂ）に示すコアでは、コア直径を２ａ_−１、屈折率をｎ_１−１とし、クラッドの屈折率をｎ_２−１とし、図３３（ｃ）に示すコアでは、コア直径を２ａ_−２、屈折率をｎ_１−２とし、クラッドの屈折率をｎ_２−２とし、図３３（ｄ）に示すコアでは、コア直径を２ａ_−３、コア中心の屈折率をｎ_１−３とし、クラッドの屈折率をｎ_２−３とする屈折率分布を有している。

本願の発明者は、比屈折率差Δの異なる複数の単一モードコアを用いることによって、コア間結合を抑制して高密度にコアを収納する異種非結合マルチコアファイバ（heterogeneous uncoupled MCF）を提案している（非特許文献３）。

比屈折率差Δは、コアの屈折率をｎ_１、第１のクラッドの屈折率をｎ_２としたとき、
Δ＝（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２）／２ｎ_１ ^２
で定義され、コアと第１のクラッド間の比屈折率差Δが１に比べて十分に微小であるとき（Δ≪１）には、弱導波近似により（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_１で表される。

また、第１のクラッドの屈折率をｎ_２、第２のクラッドの屈折率をｎ_３としたとき、第１のクラッドと第２のクラッドとの比屈折率差Δｃは、
Δｃ＝（ｎ_２ ^２−ｎ_３ ^２）／２ｎ_２ ^２
で定義される。

図３３（ａ）は、伝搬定数が異なる多数のコアを三角格子状に三角格子配列してなるマルチコアファイバを示している。この例では、異なる伝搬定数を持つ隣接する異種コア間のコア間距離はΛであり、同じ伝搬定数を持つ同種コア間のコア間距離はＤである。なお、３種類のコアを用いた三角格子配列では、異種コア間のコア間距離はΛと同種コア間のコア間距離Ｄとの間には、その幾何形状からＤ＝√３×Λの関係がある。

以下、従来行われている、異種コアによる非結合マルチコアファイバの設計手順について、図３４〜図３７を用いて説明する。図３４，図３５は、異種コアのコアとクラッドとの比屈折率差が大きい高屈折率差の場合を示し、図３６，図３７は、異種コアのコアとクラッドとの比屈折率差が小さい低屈折率差の場合を示している。ここでは、高屈折率差としてΔ＝１．１０％〜１．３０％の場合を示し、低屈折率差としてΔ＝０．３％〜０．４％の場合を示している。

マルチコアファイバは、光ファイバ内のコア間で信号光が相互に漏れ込む結合現象に起因するクロストークの問題がある。

コア間距離が同じであれば同種コア間のクロストークは異種コア間のクロストークよりも大であり、また、クロストークが同じであれば同種コア間距離Ｄは異種コア間距離Λよりも大である。３種類のコアを用いた三角格子配列では、同種コア間において設定したクロストークを満たすように同種コア間距離Ｄを定めれば、異種コア間のクロストークは設定したクロストークよりも十分に小さくなるように異種コア間の伝搬定数差を設定することができる。

異種コアによる非結合マルチコアファイバにおいて、従来の設計手順では、はじめに同種コア間で設定したクロストークに基づいて同種コア間の距離Ｄを求め、次に、コア配列の幾何的関係から異種コア間の距離Λを求めている。

図３４は、同種コア間距離Ｄを定める手順を示している。図３４（ａ）において、比屈折率差Δを同じくする同種コア間の距離をＤとしている。設計要求条件として、伝搬距離が１００ｋｍのとき同種コア間のクロストークを−３０ｄＢ以下に設定したとき、同種コア間の結合長ｌ_ｃは５０００ｋｍとなる。同種コア間の結合に起因するクロストークは、２つのコア間の結合係数をκとして、ある距離Ｌだけ伝搬した後の１方のコアから他方のコアへ移行した規格化電力sin^２（κＬ）で表される。結合長ｌ_ｃは、１方のコアから他方のコアへ移行した規格化電力が１．０になる長さと定義されるので、ｌ_ｃ＝π／（２κ）と表される。

図３４（ｂ）は、結合長ｌ_ｃと同種コア間距離Ｄとの関係を示しており、コアの直径２ａ＝５μｍとし、比屈折率差Δが１．１０％、１．１５％、１．２０％、１．２５％、１．３０％の各場合を示している。図３４（ｂ）に示す関係から、比屈折率差Δが１．２０％である場合には、結合長ｌ_ｃ＝５０００ｋｍ以上を満たす同種コア間距離Ｄは４０μｍとなる。

図３５は、異種コア間のクロストークおよびコア配列を説明するための図である。図３５（ａ）において、異種コアは同種コア間距離Ｄから定まる異種コア間距離Λだけ離して配置する。図３５（ｂ）は、異種コアの電力結合率（最大電力移行率とも呼ばれる）を示している。電力結合率は異種コア間のクロストークを表している。ここでは、比屈折率差Δ_１が１．１５％、１．２０％、１．２５％の各場合について、比屈折率差Δ_２に対するクロストークを電力結合率Ｆで示している。異種コア間の結合に起因するクロストークは、電力結合率（最大電力移行率）Ｆで表すことができる。

２つの異種コア間の電力結合率（最大電力移行率）Ｆは、
F＝１／［１＋（β_１−β_２）^２／（２κ）^２］
の式で表すことができる。上記式において、κはコア間の結合係数であり、βｎはコアｎの伝搬定数である（非特許文献３）。

図３５（ｂ）は、異種コア間距離Λが１０μｍ，１５μｍ，２０μｍの各場合を示し、異種コア間距離Λが大きくなるほどクロストークは小さくなることを示している。異種コア間距離Λが２３μｍである場合には、比屈折率差Δの差が０．０５％であれば、クロストークは−８０ｄＢ以下となり、クロストークの設定値である−３０ｄＢを満たすものと推測される。

同種コア間距離Ｄが４０μｍであるとき、三角格子配列では異種コア間距離Λは２３μｍ（＝４０／√３）であり、矩形格子配列では異種コア間距離Λｙは２８．３μｍ（＝４０×√３／２）である。図３５（ｃ）、（ｄ）は、ファイバの直径が１２５μｍとしたときにおける、１９コアを配列する三角格子配列の例、および１２コアを配列する矩形格子配列の例を示している。

異種コアのコアとクラッドとの比屈折率差が小さい低屈折率差の場合において、高屈折率差の場合と同様に、設計要求条件として、伝搬距離が１００ｋｍのとき同種コア間のクロストークを−３０ｄＢ以下に設定したとき、同種コア間の結合長ｌ_ｃは５０００ｋｍとなる。

図３６（ａ）において、比屈折率差Δを同じくする同種コア間の距離Ｄを示し、図３６（ｂ）は、結合長ｌ_ｃと同種コア間距離Ｄとの関係を示している。コアの直径２ａ＝９μｍとし、比屈折率差Δが０．３％、０．３２５％、０．３５％、０．３７５％、０．４０％の各場合を示している。図３６（ｂ）に示す関係から、比屈折率差０．３５％である場合には、結合長ｌ_ｃ＝５０００ｋｍ以上を満たす同種コア間距離Ｄは７０μｍとなる。

図３７は、異種コア間のクロストークおよびコア配列を説明するための図である。図３７（ａ）において、異種コアは同種コア間距離Ｄから定まる異種コア間距離Λだけ離して配置する。図３７（ｂ）は、異種コアの電力結合率（最大電力移行率）を示している。ここでは、比屈折率差Δ_１が０．３２５％、０．３５０％、０．３７５％の各場合について、比屈折率差Δ_２に対するクロストークを電力結合率Ｆで示している。

図３７（ｂ）は、異種コア間距離Λが２０μｍ，３０μｍ，４０μｍの各場合を示し、異種コア間距離Λが大きくなるほどクロストークは小さくなることを示している。異種コア間距離Λが４０μｍである場合には、比屈折率差Δの差が０．０２５％であれば、クロストークは−８０ｄＢ以下となり、クロストークの設定値である−３０ｄＢを満たしていることが確認される。

同種コア間距離Ｄが７０μｍであるとき、三角格子配列では異種コア間距離Λは４０μｍ（＝７０／√３）であり、矩形格子配列では異種コア間距離Λｙは５２．０μｍ（＝７０×√３／２）である。図３７（ｃ）、（ｄ）は、ファイバの直径が１２５μｍとしたときにおける、７コアを配列する三角格子配列の例、および６コアを配列する矩形格子配列の例を示している。

異種非結合マルチコアファイバのコア配置は、三角格子配列、矩形格子配列のように対称図形の周期的配列に基づいており、前記した例によれば、同レベルのクロストークに対する同種コア間距離は異種コア間距離よりも３倍程度大きい。そのため、異種コアの種類数を増やすことによってコア密度を高めることが提案されている（非特許文献４，５）。

図３８は、異種コアの種類数の増加によるコアの高密度化を説明するための図である。図３８（ａ）は、９種の異なるコアを配置した配置例を示している。ここで、コアの断面形状は通常は円形であるが、この図では異種コアを識別しやすく表示するために多角形等の記号で表している。この配置例では三角格子配列の格子点の重心位置を配置位置として追加することによって９種類のコアを配置している。

図３８（ｂ）は、半径Ｒ内に収納可能なコア数を示している。図３８（ｂ）中のｆで示す９種類の異種コアを用いた場合には、Ｒ／Ｄが１．２５の場合において収納可能なコア数は５５本である。なお、Ｒはコアを配置する範囲の直径であり、Ｄは同種コア間距離である。なお、図３８（ｂ）において、ａ〜ｅはそれぞれ１種類のコア、２種類の異種コア、３種類の異種コア、４種類の異種コア、８種類の異種コアを配置した場合を示している。

異種コアのコアとクラッドとの比屈折率差が大きい高屈折率差の場合において、３種類の異種コアの配置例で図３９（ａ）に示すように１９コアが収納可能であるのに対して、９種類の異種コアの配置例で図３９（ｂ）に示すように５５コアが収納可能であり、異種コアの種類数を増加することによってコアの高密度化が図られる。

コアの高密度化の構成として、上記したように異種コアの種類数を増加する他に、隣接するコア間のクラッド部分にトレンチと呼ばれる屈折率が低い部分を形成する構成が提案されている（非特許文献６，７）。

S. Inao, T. Sato, H. Hondo, M. Ogai, S. Sentsui, A. Otake, K. Yoshizaki, K. Ishihara, and N. Uchida, "High density multi-core-fiber cable," Proceedings of the 28th International Wire & Cable Symposium (IWCS), pp. 370−384, 1979. B. Rosinski, J. W. D. Chi, P. Grasso, and J. L. Bihan, "Multichannel transmission of a multicore fiber coupled with Vertically-Coupled- Surface- Emitting Lasers," J. Lightwave Technol., vol.17, no.5, pp.807-810, 1999. M. Koshiba, K. Saitoh, and Y. Kokubun, "Heterogeneous Multi-Core Fibers: Proposal and Design Principle," IEICE ELEX, vol6,Ｎo.2, pp.98-103, Jan.2009. 友澤，國分，"非結合系マルチコアファイバにおける最大収容コア数とファイバ径の関係"，2010年電子情報通信学会総合大会，C-3-25（2010年3月） K. Tomozawa, Y. Kokubun, "Maximum core capacity of heterogeneous uncoupled multi-core fibers," 15th Optoelectronics and Communications Conference (OECC2010), Sapporo, 7C2-4, July 7 2010. K. Takenaga, Y. Arakawa, S. Tanigawa, N. Guan, S. Matsuo, K. Saitoh, M. Koshiba, "Reduction of Crosstalk by Trench-Assisted Multi-Core Fiber," in Proceedings of Optical Fiber Communications Conference 2011, paper OWJ4. T. Hayashi, T. Taru, O. Shimakawa, T. Sasaki, E. Sasaoka, "Low-Crosstalk and Low-Loss Multi-Core Fiber Utilizing Fiber Bend," in Proceedings of Optical Fiber Communications Conference 2011, paper OWJ3.

異種コアの種類の個数を増加させることによってコアの高密度化を図る場合には、異種コアの種類の個数の増加に伴って最大比屈折率差Δと最小比屈折率差Δの差の幅（比屈折率差Δの範囲）が広くなる。コアの分散や単一モード波長（最低次モードの次の高次モードがカットオフになる波長）といった伝搬特性は比屈折率差Δに依存するため、比屈折率差Δの範囲が広がると、異種コアの伝搬特性の差が大きくなるという課題がある。

図４０は、比屈折率差Δが例えば１．１％を超える高屈折率差の場合において異種コアの種類数を増加したときのコアの比屈折率差Δの分布を説明するための図である。図４０において、各コア間の比屈折率差Δの差を０．０５％として９種類の異種コアを形成するには、全体の比屈折率差Δの範囲であるδΔ＝０．４％（＝０．０５％×８）が必要となり、比屈折率差Δの範囲δΔが大きいほど各コアの伝搬特性の差が増大する。

異種非結合マルチコアファイバを構成する異種コアの伝搬定数を異ならせるために、単に比屈折率差Δやコア径を変えると、各コアの単一モード波長や、パルス伝送におけるパルス幅の広がりに関係する分散といった伝搬特性に差が生じるという問題が生じる。一方、異種コアの伝搬特性を揃えるには、例えば分散補償などの対策が必要となるが、これらの対策は異種コアごとに異なるため、マルチコアファイバの構成が複雑となる。特に、コアの高密度化により異種コアの種類数が増加すると、伝搬特性の差を低減させることはより難しくなる。

したがって、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備えるマルチコアファイバでは、各異種コアの伝搬特性に差が生じるという課題があり、さらに、この伝搬特性の差は、異種コアの種類数を増加させることによるコアの高密度化においてより増大するという課題がある。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備えるマルチコアファイバにおいて、各異種コアの伝搬特性の差を低減することを目的とする。

また、異種コアの種類数の増加によるコアの高密度化において、比屈折率差Δの異種コア間における範囲が広がるのを抑制して、各コアの伝搬特性の差が増大することを抑制することを目的とする。

（マルチコアファイバの異種コアの構成）
本発明のマルチコアファイバは、複数本の単一モードのコアを一本の光ファイバに収納するマルチコアファイバにおいて、複数本のコアは、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備える。本発明のマルチコアファイバが備える複数種の異種コアは、コア部と、コア部の外周を覆うクラッド部とを備える。クラッド部は、各コア部の外周を囲む第１のクラッドと、第１のクラッドの外側の第２のクラッドの２段クラッドの構造を備える。

第１のクラッドと第２のクラッドからなる２段クラッドは、各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせることで複数種の異種コアを構成する。

異種コアの各コア部および第１のクラッドは、伝搬特性に係る第１の構成と、伝搬定数に係る第２の構成とを備える。

第１の構成は、各コア部および第１のクラッドの範囲内に閉じ込められ第２のクラッドへのしみ出しを制限された光電磁界分布とすることにより各コア部の伝搬特性を同一とする。伝搬特性は、例えばコアの伝搬モード（導波モード）の電磁界分布と材料の屈折率の波長依存性によって決まる分散や、単一モード波長である。

理想的には第２クラッドへの光電磁界分布のしみ出しが全くないことが望ましいが、現実には光電磁界分布のしみ出しを完全に防ぐことは極めて困難である。ここで「制限された」とは、光電磁界分布がしみ出さない状態を意味する他、光電磁界分布がしみ出してもファイバの使用において伝搬特性に影響がない許容の範囲、すなわち実質的に無視し得る範囲に制限された状態を意味する。

第２の構成は、第１のクラッドの屈折率をパラメータとして異種コアの各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせる。第２の構成は、伝搬定数が依存するパラメータの内でクラッド部の屈折率をパラメータとし、さらに、クラッド部を構成する第１のクラッドと第２のクラッドの内で第１のクラッドの屈折率をパラメータとすることによって伝搬定数を異種コア間で異ならせる。第２の構成において、２つの形態によって第１のクラッドの屈折率をパラメータとして、伝搬定数を異種コア間で異ならせることができる。

［第１の構成］
第１の構成において、各異種コアのコア部を伝搬するモードの光電磁界分布は、第１のクラッドのみによって囲まれたコアの光電磁界分布との差がコア内の光電磁界分布に与える影響を無視し得る程度である。分散や単一モード波長といった光伝搬特性が、ほぼコアと第１のクラッドの間の屈折率の関係で定まる。ここで、影響が無視し得る程度とは、第２のクラッドの屈折率による影響を受けない程度まで第１のクラッド外周部において減衰し、第２のクラッドの屈折率がコアを伝搬するモードの伝搬特性に影響を与えない範囲である。

第１の構成は、第１のクラッドと第２のクラッドの境界（第１のクラッドの端部）がコア部から十分に離れ、第２のクラッドの屈折率に関わらず、コア部と第１のクラッドとの間の比屈折率差とコア半径とコア部内の屈折率分布によって、コア内を伝搬する伝搬モード（導波モード）の伝搬特性が定まる。

各異種コアの光電磁界分布は、複数種の異種コアにおいて、コア部と第１のクラッドとの間のＶ値およびコア部内の屈折率分布形状を同一とすることで同様とすることができる。

第１の構成においてＶ値は、規格化周波数（正規化周波数）（Normalized Frequency）と呼ばれるパラメータであり、Ｖパラメータとも呼ばれる。Ｖ値は、コア部と第１のクラッドとの比屈折率差をΔ、コア部の直径を２ａ、コア部の屈折率をｎ_１、λを伝送波長としたとき、
Ｖ＝（２π/λ）・ｎ_１・ａ・（２Δ）^１／２
の式で定義される。

コア部内の屈折率分布形状を例えば矩形などの形状に特定すれば、Ｖ値を同じとすることによって、分散や単一モード波長等の伝搬特性を同一とすることができる。

ここで、比屈折率差Δは、
Δ＝（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２）／２ｎ_１ ^２
≒（ｎ_１−ｎ_２）／ｎ_１
で与えられる。なお、上記式の近似（弱導波近似）は光ファイバ等のようにコアの屈折率ｎ_１と第１のクラッドの屈折率ｎ_２の屈折率差（ｎ_１−ｎ_２）が小さい場合に成り立つ。

上記Ｖ値の定義から、Ｖ値は比屈折率差Δ、コア部の直径２ａ、コア部の屈折率ｎ_１が同じであれば同一の値となる。

また、上記した比屈折率差Δの定義式によれば、Ｖ値は、
Ｖ＝（２π/λ）・ａ・（ｎ_１ ^２−ｎ_２ ^２）^１／２
の式で表すこともでき、コア部の直径２ａと、コア部の屈折率の２乗と第１のクラッドの屈折率の２乗の差の平方根との積で特定することができる。

第１の構成によって、各異種コアはコア部と第１のクラッドとのＶ値を同一とすることによって、各コアの単一モード波長、分散等の各伝搬特性を同一とすることができる。

また、複数種の異種コアにおいて比屈折率差Δは１種類であり、異種コアの種類数が増加した場合であっても増加しないため、比屈折率差Δの範囲は抑制され、各コアの伝搬特性の差の増大は抑制される。

［第２の構成］
第２の構成によって、各異種コアの伝搬定数が異なる。異種コアの伝搬定数を異ならせることによって、コアが近接した状態であってもコア間を不完全結合状態に保つことができる。

第２のクラッドが存在することによる伝搬定数に対する影響は、コア部と第１のクラッドの端部の間の距離等価屈折率の変化で評価することができる。等価屈折率の変化は、共通クラッドのみを有する（第２のクラッドの屈折率が第１のブラッドの屈折率に等しい）コアの等価屈折率ｎ_ｅｑと本願発明の２段クラッド構造のコアの等価屈折率ｎ_ｅｑ´との差で表すことができ、例えば、（ｎ_ｅｑ−ｎ_ｅｑ´）／（ｎ_ｅｑ−ｎ_２）で表される。

第２のクラッドが存在することによる伝搬定数に対する影響は、例えば、コア部と第１のクラッドの端部の間の距離に対する等価屈折率の変化との関係に基づいて、第２のクラッドの存在による伝搬定数に対する影響を無視できる範囲とするコアの端部から第１のクラッドの端部までの距離で評価することができる。

本発明のマルチコアファイバは、伝搬定数についての第２の構成は、異種コア間の第１のクラッドの屈折率を２つの形態で設定することができる。

［第２の構成の第１の形態］
第２の構成の第１の形態は、第２のクラッドを各異種コア間で共通クラッドとし、この共通クラッドの屈折率を基準として第１のクラッドとの比屈折率差（Δｃ）が各異種コアにおいて異なる構成である。第１のクラッドと基準となる共通クラッドである第２のクラッドとの比屈折率差Δｃを異ならせることによって各異種コアの伝搬定数を異ならせる。

第１のクラッドの屈折率は、第２のクラッドの屈折率よりも高く、あるいは等しく、あるいは低く設定することができ、比屈折率差Δｃは、第１のクラッドの屈折率と第２のクラッドの屈折率との関係において、正、零、あるいは負の値となる。

この第１の形態によれば、各異種コアの伝搬定数はコアと第１のクラッドとの比屈折率差によって決まる。このとき、第１のクラッドの屈折率が第１のクラッドと第２のクラッドとの比屈折率差Δｃに基づいて定まるため、第１のクラッドの屈折率をパラメータとして伝搬定数が異なる複数種の異種コアを形成することができる。

第１の形態は、異種コア間において第２のクラッドを共通クラッドとする構成であるため、第２のクラッドの屈折率が一定である構成に適用することができる。

［第２の構成の第２の形態］
第２の構成の第２の形態は、第１のクラッドの屈折率が各異種コアについてそれぞれ異なるが、第２のクラッドの屈折率は共通である必要はなく、それぞれ異なる屈折率であることを許容する構成である。第１のクラッドの屈折率を各異種コアについて異ならせることによって各異種コアの伝搬定数を異ならせる。第２クラッドの屈折率も変えることによって光電磁界分布の隣接コアへのしみ出し具合を制限し、結合率を下げることができる。

第２の形態によれば、各異種コアの伝搬定数はそれぞれの異種コアが備える第１のクラッドの屈折率に基づいて定まるため、第２のクラッドの屈折率が各異種コアごとに変化した場合であっても各異種コアの伝搬定数は変化することなく設定した値を保持することができる。

この第２の形態によれば、伝搬定数が第１のクラッドの屈折率に基づいて定まることから、隣接コアへの光電磁界分布のしみ出しを制限するために第２のクラッドの屈折率を異種コアごとに変化させた場合にも、各異種コアの伝搬定数を異ならせる設計には影響を与えずに，かつコア間のクロストークをより小さい値に抑制することができる。

本願発明は、クラッド部を第１のクラッドと第２のクラッドからなる２段クラッド構造の異種コアによる多種コアを用いることによってコアの高密度化を図るものである。本願発明の発明者は、この２段クラッド構造においては、第１のクラッドに発生するクラッドモードに起因してクロストークおよびパルス波形歪みが生じることを見出した。

コアモードおよび第１のクラッドのクラッドモードは、弱導波近似のもとでの直線偏光の導波モードによるＬＰモード表示において、それぞれＬＰ_０１モードおよびＬＰ_１１モードで表される。

クロストークは、第１のクラッドのＬＰ_１１モードが隣接するコア間を囲む第１のクラッドを伝搬するＬＰ_１１モードと結合を起こし、さらに光ファイバの接続部における軸ずれや曲げなどによって当該隣接コアに属する第１のクラッドのＬＰ_１１モードと当該隣接コアのＬＰ_０１モードとの間で信号が結合することに起因するものであり、第１のクラッドのＬＰ_１１モードによって、単一モード光ファイバの単一モード性が維持されないことになる。

また、パルス波形の歪みは、光ファイバの接続部における軸ずれや曲げなどによってコアを伝搬するＬＰ_０１モードと第１のクラッドのＬＰ_１１モードとの間に結合が生じて、異なる伝搬定数および異なる群速度によって出力端において出力信号間に遅延差が生じるためである。

そこで、本願発明のマルチコアファイバは、第１のクラッドにおいてＬＰ_１１モードの発生を抑制する構成とすることによって単一モードを維持して、上記したクロストークやパルス波形歪みを低減する。

本願発明のＬＰ_１１モードの発生を抑制する構成は、第１のクラッドの屈折率ｎ_２と第２のクラッドの屈折率ｎ_３との屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）において、ＬＰ_１１モードが発生する屈折率差Δncの限界値を大きくする構成である。屈折率差Δncの限界値を越えない範囲の第１のクラッドの屈折率ｎ_２と第２のクラッドの屈折率ｎ_３を用いることで単一モードとすることができ、上記したクロストークやパルス波形歪みを低減することができる効果を奏することができる。

さらに、本願発明のＬＰ_１１モードの発生を抑制する構成は、ＬＰ_１１モードが発生する屈折率差Δncの限界値を大きくしてクロストークやパルス波形歪みを低減する他、屈折率差Δncの限界値が大きくなることから、各コアの屈折率の差を形成するための製造許容誤差を拡大することができるという効果を奏することができる。

［ＬＰ_１１モードの発生を抑制する構成］
クラッド部に低屈折率部分を設ける構成によって、第１のクラッドのＬＰ_１１モードの発生を抑制する。

クラッド部において低屈折率部分は複数の範囲に設けることができ、第１のクラッド内の範囲、第１のクラッドとコア部とを跨ぐ範囲、第１のクラッドと第２のクラッドとを跨ぐ範囲、第２のクラッド内の範囲の何れかの範囲とすることができる。これらの範囲中の何れかの範囲に、第２のクラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する部分を少なくとも１つ設けて低屈折率部分とする。クラッド部に設けた低屈折率部分は、第１のクラッドの導波モードであるＬＰ_１１モードの存在を抑制する。

低屈折率部分は、クラッド部に前記した何れかの範囲内に空孔を設けてなるエアーホールによって形成することができ、空孔の屈折率は空気の屈折率（ｎ_air＝1.0）である。

低屈折率部分の設置個数は一個とする他、複数個とすることができる。複数個の低屈折率部分を設置する場合には、クラッド部の前記した範囲内の複数箇所に設ける。

第１のクラッド内の範囲に一個の低屈折率部分を設ける場合には、コア部を囲む環状の第１のクラッドの任意に定めた一つの位置に低屈折率部分を設け、第１のクラッド内の範囲に複数個の低屈折率部分を設ける場合には、コア部を囲む環状の第１のクラッドにおいて任意の角度間隔で定めた複数の位置に低屈折率部分を設ける。

第１のクラッド内の範囲に限らず、第１のクラッドとコア部とを跨ぐ範囲、第１のクラッドと第２のクラッドとを跨ぐ範囲、第２のクラッド内の範囲においても、各範囲の環状部分において任意に定めた一つの位置、あるいは、各範囲の環状部分において任意の角度間隔で定めた複数の位置に低屈折率部分を設ける。

（マルチコアファイバの異種コアの配置）
本発明のマルチコアファイバの異種コアの配置において、光ファイバの中心付近の配置においては、複数種の異種コアの内で最も屈折率が低いコア部を配置する。また、光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かう配置においては、複数種の異種コアの内から２種類の異種コアのペアを形成し、異種コアのコア部の屈折率の差に基づいて配置する。配置する２種類の異種コアのペアは、複数の異種コアの中からコア部の屈折率の差に基づいて選択されるペアの組み合わせ内で屈折率の差が大きな組み合わせとする。

異種コアのコア部の屈折率の差に基づく配置において、２種類の異種コアのペアは、各ペアの異種コアのコア部の屈折率の差が最小となるペア以外の組み合わせ、又は、各ペアの異種コアのコア部の屈折率の差が最小となるペアの個数を最小とする組み合わせとする。

異種コアを上記配置とすることによって、コア間結合への影響を低減し、また、マルチコアファイバが湾曲して等価的な屈折率分布が変化した場合であっても、隣接するコア間の結合を抑制する。

マルチコアファイバにおいて外周部に配置されるコアはクラッド部の外側にあるポリマージャケットへ光電磁界分布がしみ出すことによってポリマー材料による吸収損失が発生する。コア部の屈折率が低いほど、クラッド部からポリマージャケットへの光電磁界分布のしみ出しは大きい。そのため、大きな吸収損失が生じる。このことから、複数種の異種コアの内で最も屈折率が低いコア部を有するコアを光ファイバの中心付近に配置し、複数種の異種コアの内で屈折率が比較的高いコア部を有するコアを光ファイバの中心から離れた位置に配置することによって、外周部のコアからクラッド部の外側のポリマージャケットへの光電磁界分布のしみ出しを低減させて吸収損失を低減することができる。

マルチコアファイバが湾曲した場合には、各異種コアの屈折率分布が等価的に変化し、隣接するコアの屈折率が接近する。したがって伝搬定数も変化するのでコア間結合への影響が高まる。本願発明は、光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かう配置においては、複数種の異種コアの内から形成した２種類の異種コアのペアを屈折率の差に基づいて配置する。この屈折率の差が大きな組み合わせを用いて配置することによって、仮にマルチコアファイバが湾曲して異種コアの屈折率分布が変形し、隣接するコアの屈折率分布が接近した場合であっても、コア部の屈折率の差が大きいことから、コア間結合への影響を低減することができる。

一本の光ファイバに収納する複数のコアの組み合わせにおいて、異種コアの種類の個数が全コアの個数より少ない場合には、伝搬定数を異にする異種コアと、伝搬定数を同じくする同種コアとの両種類のコアを収納することによってマルチコアファイバを構成する。

また、一本の光ファイバに収納する複数のコアの組み合わせにおいて、異種コアの種類の個数が全コアの個数より多く用意できる場合には、全て伝搬定数を異にする異種コアを収納することによってマルチコアファイバを構成することができる。

複数のコアを一本の光ファイバに収納する際に、コアは三角格子配列あるいは矩形格子配列によって配置することができる。

三角格子配列は、各コアを光ファイバの断面において最近接する周囲に配列される６個の配置位置に対して等角度および等距離に配置する配列である。

各ペアのコアを光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かって配置する際に、三角格子配列では、光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かう放射方向に配置する。

本発明の異種コアの配置の態様によれば、マルチコアファイバにおいて、低屈折率のコアを中心に配置して、マルチコアファイバの最外周に設けたポリマージャケットとの距離を広げることによって、ポリマージャケットによる吸収損失を低減することができる。

また、本発明の異種コアの配置の態様によれば、マルチコアファイバの湾曲による隣接するコア間のコア結合において、マルチコアファイバの曲げ方向に隣接するコア間の屈折率差が大きくなるように配置することによって、マルチコアファイバの曲げによるクラッドの屈折率の接近を抑制して、屈折率分布が変形することによるコア間のクロストークの増大を抑制することができる。

以上説明したように、本発明によれば、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備えるマルチコアファイバにおいて、各異種コアの伝搬特性の差を低減することができる。

また、異種コアの種類数の増加によるコアの高密度化において、異種コア間における比屈折率差Δの差の範囲が広がるのを抑制して、各コアの伝搬特性の差が増大することを抑制することができる。

本発明のマルチコアファイバが備える異種コアの一構成例を説明するための図である。 異種コアの関係を示す概略図である。 第２のクラッドのほかに共通クラッド（充填材）を有する場合の異種コアの関係を示す概略図である。 ９種類の異種コアの一例を示す図である。 第２のクラッドの有無で変化する等価屈折率の変化と、第１のクラッドの外周端部径との関係を示す図である。 異種コアのコア間距離Λに対する電力結合率を示す図である。 クラッド部に低屈折率部分を備えた構成を説明するための図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 ＬＰ_０１モードの電界振幅分布を示す図である。 ＬＰ_０１モードの電界ベクトルレベルを示す図である。 ＬＰ_１１（even）モードの電界振幅分布を示す図である。 ＬＰ_１１（even）モードの電界ベクトルレベルを示す図である。 ＬＰ_１１（odd）モードの電界振幅分布を示す図である。 ＬＰ_１１（odd）モードの電界ベクトルレベルを示す図である。 コア間の電力結合率（最大電力移行率）を示す図である。 低屈折率部分を有した構成例を説明するための図である。 低屈折率部分を有した構成例における９種類の異種コアの一例を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示す図である。 低屈折率差における従来構成によるコア配置例と本願発明の２段クラッド構造によるコア配置例とを説明するための図である。 コア配置における単位格子を説明するための図である。 マルチコアファイバの曲げによる等価的な屈折率分布を説明するための図である。 本願発明のマルチコアファイバの異種コアの配列を説明するための図である。 本願発明のマルチコアファイバの配列方向による屈折率の分布を模式的に表す図である。 本願発明のマルチコアファイバの異種コアの配列の別の例を説明するための図である。 光ファイバ内に配置する異種コアの種類を全て異ならせる例を示す図である。 低屈折率部分を備えた異種コアの配置例を説明するための図である。 マルチコアファイバのコア間結合を説明するための最も簡単なモデルを示す図である。 異なる伝搬定数の例を示す図である。 異種コアのコア間の屈折率差が大きい高屈折率差の場合の同種コア間結合長を示す図である。 異種コアのコア間の屈折率差が大きい高屈折率差の場合の異種コア間の電力結合率（最大電力移行率）を示す図である。 異種コアのコア間の屈折率差が小さい低屈折率差の場合の同種コア間結合長を示す図である。 異種コアのコア間の屈折率差が小さい低屈折率差の場合の異種コア間の電力結合率（最大電力移行率）を示す図である。 異種コアの種類数の増加によるコアの高密度化を説明するための図である。 異種コアの配置例を説明するための図である。 異種コアの種類数を増加したときのコアの比屈折率差Δの分布を説明するための図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。図１〜図２３を用いて本発明のマルチコアファイバの構成について説明し、図２４〜図３１を用いて本発明のマルチコアファイバにおけるコアの配列について説明する。図１〜図６，図２４〜図３０は低屈折率部分を備えない構成例および異種コアの配置例を説明するための図であり、図７〜図２３，図３１は低屈折率部分を備えた構成例および異種コアの配置例を説明するための図である。

本願発明のマルチコアファイバは、複数本の単一モードのコアを一本の光ファイバに収納する構成であり、コアはコア部と、そのコア部の外周を囲むクラッド部とから構成され、単一モードの伝送モードで光伝送を行う。また、本願発明のマルチコアファイバが一本の光ファイバ内に収納するコアは、異種コアと同種コアを含む。

ここで、異種コアはコア間において伝搬定数が異なる関係にあるコアを示し、同種コアはコア間において伝搬定数が同じ関係にあるコアを示している。本願発明のマルチコアファイバは、一本の光ファイバ内に、伝搬定数が異なる複数種類の異種コアを備え、これら複数本の異種コアにおいて、伝搬定数が同じコア同士は同種コアの関係となる。異種コアの伝搬定数は、コアとクラッド間の比屈折率差、コアの直径、コア内の屈折率分布等のパラメータを変えることで異ならせることができる。

[マルチコアファイバの構成]
図１は、本発明のマルチコアファイバが備える異種コアの一構成例を説明するための図である。

コア１は、コア部２とクラッド部３とから構成され、コア部２の屈折率はクラッド部３の屈折率よりも高く設定される。本発明のクラッド部３は、コア部２の外周を囲む第１のクラッド４と、第１のクラッド４の外側の第２のクラッド５の２段クラッド構造である。第１のクラッド４と第２のクラッド５は屈折率を異にし、第１のクラッド４の屈折率は第２のクラッド５の屈折率よりも高く、あるいは等しく、あるいは低く設定する。第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率の大小関係により、比屈折率差Δｃは、正、零、あるいは負の値となる。

以下の説明では一例として、第１のクラッド４の屈折率が第２のクラッド５の屈折率よりも全て高い場合について説明する。

２段クラッド構造は、第１のクラッド４と第２のクラッド５との間における屈折率の段差に基づくものである。

本発明のコア１の構成によれば、コア部２と第１のクラッド４との間の屈折率差によって光をコア内に閉じ込める。図１中の曲線はコアにおける光電磁界分布を示している。光の光電磁界分布はコア部２から第１のクラッド４の外周に向かって減衰し、コア部２と第１のクラッド４との間にほぼ分布して、第１のクラッド４と第２のクラッド５との境界ではほぼ零になって、第２のクラッド５にはしみ出さない。

第１のクラッド４の端部における光電磁界分布の強度が十分に小さければ、第２のクラッド５の屈折率が変動した場合であっても、コアの伝搬定数に影響は現れない。

いま、第１のクラッドの断面形状が環状である構成例について説明する。なお、第１のクラッドの断面形状は、環状に限らず、３角形、６角形等、あるいは異なる多角形形状の組み合わせなど種々の構成とすることができる。

図１において、コア部２を半径ａとし、第１のクラッド４の環状部分の外側の半径はａ_２とし、コア部２の屈折率をｎ_１、第１のクラッド４の屈折率をｎ_２、第２のクラッド５の屈折率をｎ_３としている。

最低次モードの光電磁界分布の強度は、コア部２の中心をピークとして第１のクラッド４の外周に向かって減衰する。第１のクラッド４の外周端部ａ_２における光電磁界分布の強度が十分に減衰する場合には、第２のクラッド５の屈折率ｎ_３の変動による光電磁界分布の影響は、伝搬定数の変動において無視し得る許容の範囲とすることができる。

本願発明の複数種類の異種コアは、各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせることで複数種の異種コアを構成し、２段クラッド構造において、異種コアの各コア部および第１のクラッドは、第１の構成によって各コア部の伝搬特性を異種コア間で同一とし、第２の構成によって伝搬定数を異種コア間で異ならせる。

第１の構成は、各コア部および第１のクラッドの範囲内に閉じ込められ第２のクラッドへのしみ出しが制限された光電磁界分布とすることにより各コア部の伝搬特性を同一とする。伝搬特性は、例えばコアの伝搬モード（導波モード）の電磁界分布と材料の屈折率の波長依存性によって決まる分散や、単一モード波長である。

第１の構成は、複数種の異種コアにおいて、コア部２と第１のクラッド４との比屈折率差（Δ）を同一とする。比屈折率差（Δ）を同一とする第１の構成によって、コアの分散、単一モード波長等の伝搬特性を複数種の異種コア間において同一とすることができる。

第２の構成は、第１のクラッドの屈折率をパラメータとして異種コアの各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせる。第２の構成は、伝搬定数が依存するパラメータの内でクラッド部の屈折率をパラメータとし、さらに、クラッド部を構成する第１のクラッドと第２のクラッドの内で第１のクラッドの屈折率をパラメータとすることによって伝搬定数を異種コア間で異ならせる。第２の構成において、２つの形態によって第１のクラッドの屈折率をパラメータとして伝搬定数を異種コア間で異ならせることができる。

第２の構成は、第１のクラッドの屈折率を特定する態様によって第１の形態と第２の形態とすることができる。

図２は異種コアの関係を示す概略図であり、異種コア１１，１２，１３の３種類の場合を示している。

異種コア１１はコア部の屈折率をｎ_１１とし、第１のクラッドの屈折率をｎ_２１としている。異種コア１２はコア部の屈折率をｎ_１２とし、第１のクラッドの屈折率をｎ_２２としている。異種コア１３はコア部の屈折率をｎ_１３とし、第１のクラッドの屈折率をｎ_２３としている（図２（ａ））。

（第２の構成の第１の形態）
第２の構成の第１の形態は、複数種の異種コアにおいて、第２のクラッド５を各異種コア間において共通クラッドとし、この共通クラッドの屈折率を基準とする第１のクラッド４との比屈折率差（Δｃ）を各異種コアにおいて異ならせる。共通クラッドは、例えばＳＩＯ_２とすることができる。

図１において、第２のクラッド５を共通クラッドとして屈折率ｎ_３を基準の屈折率とし、第１のクラッド４の屈折率ｎ_２との比屈折率差（Δc）を、異種コアにおいて異ならせる形態である。図１では、屈折率がｎ_２１の第１のクラッド４と第２のクラッド５との比屈折率差（Δc1）、屈折率がｎ_２２の第１のクラッド４と第２のクラッド５との比屈折率差（Δc2）、屈折率がｎ_２３の第１のクラッド４と第２のクラッド５との比屈折率差（Δc3）を示している。第１の形態は、図１においてコア部２に対して左側に記載した比屈折率差(Δc1)〜(Δc4)は第１の形態による第１のクラッドの屈折率の特定状態を表している。

図２（ｂ）は第２の構成の第１の形態を示している。図２（ｂ）は、第２のクラッド５を共通クラッドとし、この共通クラッドの屈折率ｎ_３と第１のクラッド４の屈折率ｎ_２１，ｎ_２２，ｎ_２３との比屈折率差（Δｃ）によって、各異種コアの伝搬定数を異ならせる構成例である。異種コア１１の第１のクラッドと共通クラッドの屈折率ｎ_３との比屈折率差（Δc1）は（ｎ_２１ ^２−ｎ_３ ^２）／２ｎ_２１ ^２で表され、異種コア１２の第１のクラッドと共通クラッドの屈折率ｎ_３との比屈折率差（Δc2）は（ｎ_２２ ^２−ｎ_３ ^２）／２ｎ_２２ ^２で表され、異種コア１３の第１のクラッドと共通クラッドの屈折率ｎ_３との比屈折率差（Δc3）は（ｎ_２３ ^２−ｎ_３ ^２）／２ｎ_２３ ^２で表される。各比屈折率差（Δｃ）に応じて、各異種コアの伝搬定数は異なる。

この場合、コア部２の屈折率と第１のクラッド４の屈折率によって決まる比屈折率差Δが一定であるので、コア部２の屈折率もｎ_１１、ｎ_１２のように第１のクラッド４の屈折率ｎ_２の変化に対応して変化する。第１の形態は第２のクラッド５の屈折率が共通である場合に適用することができる構成である。

（第２の構成の第２の形態）
第２の構成の第２の形態は、複数種の異種コアにおいて第１のクラッドの屈折率を異ならせるが、第２のクラッドの屈折率は共通ではない形態である。図１において、第１のクラッド４の屈折率ｎ_２をそれぞれ異種コアの種類毎に異ならせるとともに、第２のクラッドの屈折率ｎ_３も異種コアの種類毎に異ならせる。図２（ｃ）では、第１のクラッド４の屈折率がｎ_２１、ｎ_２２、ｎ_２３で第２のクラッド５の屈折率がｎ_３、ｎ_３ａ、ｎ_３ｂの場合を示している。

この構成例では、各屈折率差は第１のクラッドにおいて任意に定めた屈折率を基準として定めることができる。第２の構成によって、異種コアの各伝搬定数に差を形成することができ、隣接コアへの光電磁界分布のしみ出しを制限するために第２のクラッドの屈折率を異種コアごとに変化させた場合にも、隣接するコア間の結合を抑制することができる。

図２（ｃ）は、第１のクラッド４の屈折率ｎ_２１，ｎ_２２，ｎ_２３を異ならせ、さらに第２のクラッド５の屈折率についてもｎ_３、ｎ_３ａ、ｎ_３ｂとしてそれぞれ異ならせることによって、各異種コアの伝搬定数を異ならせる構成例である。例えば、第１のクラッド４の屈折率の間にｎ_２１＞ｎ_２２＞ｎ_２３の関係を持たせることによって、各異種コアの伝搬定数を異ならせて、コア間を非結合とすることができる。

なお、光ファイバの比屈折率差Δは小さいので、第２のクラッドの比屈折率差ΔｃをΔc1、Δc2、Δc3のように異ならせることと、第１のクラッドの屈折率ｎ_２をｎ_２１，ｎ_２２，ｎ_２３のように異ならせることは、第２のクラッドの屈折率ｎ_３が共通であればほぼ等価である。

図２（ｂ）〜（ｃ）において、コア部２と第１のクラッド４との比屈折率差（Δ）は、それぞれ（ｎ_１１ ^２−ｎ_２１ ^２）／２ｎ_１１ ^２＝（ｎ_１２ ^２−ｎ_２２ ^２）／２ｎ_１２ ^２＝（ｎ_１３ ^２−ｎ_２３ ^２）／２ｎ_１３ ^２であるため同一となる。比屈折率差（Δ）を同一とすることによって、異種コア間において、分散、単一モード波長等の伝搬特性を同一とすることができる。

図２（ｂ）に示した構成例は第２のクラッドを共通クラッドとした例を示している。共通クラッドを備える構成において、共通クラッドは第２のクラッドに限らず、別に設ける構成としてもよい。図３は、第２のクラッド以外に共通クラッドを備える構成例を示している。

図３に示す構成例は、伝搬定数差を大きくする構成に加えて、隣接するコアにしみ出す光電磁界分布を小さくする構成とすることによって隣接コア間の結合（クロストーク）を低減するものである。この構成例では、第２のクラッドを共通クラッドとせずに、別に共通クラッド（ｎ_４）を設け、隣接コア同士が接するまで第２のクラッドの領域を設ける。図３では、共通クラッドとして充填材を用いた場合を示している。この構成によれば、図３（ｃ）に示すように、すべての異種コアにおいて比屈折率差Δｃを同じとすることができる。この構成を付加することで、隣接コア間の結合の抑制効果を高めることができる。

図３（ａ）は、第２のクラッドの断面形状を環状とする例を示し、図３（ｂ）は第２のクラッドの断面形状を６角形のハニカム状とする例を示している。

図４は９種類の異種コアの一例を示している。図４（ａ）は、異種コア１１から異種コア１９の各コア部２の屈折率がｎ_１１からｎ_１９まで順に増加し、各第１のクラッド４の屈折率がｎ_２１からｎ_２９まで順に増加する例を示している。なお、図４の例では、異種コア１１の第２のクラッドの屈折率ｎ_２１はマルチコアファイバの共通クラッドの屈折率ｎ_３と同じ例を示している。

図４（ｂ）に示す表は、異種コア１１から異種コア１９の各コア部の屈折率ｎ_１１〜ｎ_１９の数値例、および各第１のクラッドの屈折率ｎ_２１〜ｎ_２９の数値例を示している。

（２段クラッド構造の特性）
以下に、本願発明の２段クラッド構造の特性について説明する。
はじめに、図５を用いて２段クラッド構造による伝搬定数に対するの影響について説明する。

図５は、本願発明の２段クラッド構造において第２のクラッドがない（第２のクラッドの屈折率が第１のクラッドの屈折率に等しい）場合の等価屈折率（n_eq）と第２のクラッドが存在する場合の等価屈折率（n_eq'）の差（n_eq-n_eq'）を第２のクラッドがない場合の等価屈折率（n_eq）と第１のクラッドの屈折率との差（n_eq-n₂₉）によって規格化した比率の第１のクラッドの外周端部の径に対する変化を示している。

単一モードのコアにおける基本モードの伝搬定数は、等価屈折率を用いてコア部の屈折率ｎ_１とクラッド部の屈折率ｎ_２との比較から、コアへの光電磁界分布の閉じ込め割合などを評価できる。等価屈折率ｎ_ｅｑは、導波モードの伝搬定数βの真空中の平面波の伝搬定数k_０に対する比として、ｎ_ｅｑ＝β／k_０と定義される。

（ｎ_ｅｑ（等価屈折率）−ｎ（クラッド））／（ｎ（コア）−ｎ（クラッド））はコアへの光電磁界の閉じ込め割合をほぼ表しており、この関係から、第２のクラッドの存在による伝搬定数に対する影響は、共通クラッドのみを有する（第２のクラッドの屈折率が第１のブラッド部の屈折率に等しい）コアの等価屈折率ｎ_ｅｑと本願発明の２段クラッド構造のコアの等価屈折率ｎ_ｅｑ´との差で表すことができ、例えば、（ｎ_ｅｑ−ｎ_ｅｑ´）／（ｎ_ｅｑ−ｎ（第１のクラッド））で表される。

伝搬定数が最も影響を受けやすい異種コアは、第１のクラッドの屈折率と第２のクラッドの屈折率との差が大きな異種コアであるので、上記した等価屈折率の差の等価屈折率と第１のクラッドの屈折率との差に対する比率は、（ｎ_ｅｑ−ｎ´_ｅｑ）／（ｎ_ｅｑ−ｎ_２９））で表される。

等価屈折率の差の等価屈折率と第１のクラッドの屈折率との差に対する比率を用いて、第２のクラッドの存在による伝搬定数に対する影響を評価することができる。例えば、図５は、この等価屈折率の差の比率と、第１のクラッドの外周端部の径ａ_２との関係を示している。

図５に示される、コア部と第１のクラッドの端部の間の距離に対する等価屈折率の差の比率との関係に基づいて、第２のクラッドの存在による伝搬定数に対する影響を無視し得る第１のクラッドの端部までの距離を評価することができる。

なお、図５に示す例は低屈折率差の例であって、コアの半径ａ＝４．５μｍ、比屈折率差Δ＝０．３５％、コア部の屈折率ｎ_１９＝１．４５１４５、第１のクラッドの屈折率ｎ_２９＝１．４４６３６、第２のクラッドの屈折率ｎ_３＝１．４４４０２としている。

図５において、例えば、第１のクラッドの外周端部の径ａ_２が８μｍにおける第２のクラッドの影響は２％（＝２×１０^−２）を示している。

したがって、各異種コアの第１のクラッドの外周端部の径ａ_２を少なくとも８μｍとすることによって、２段クラッド構造とすることによる伝搬定数の変化を最大２％に抑制することができる。

次に、図６を用いて２段クラッド構造によるクロストークに対する第１のクラッドの屈折率と共通クラッドの屈折率の差の影響について説明する。図６は、異種コアのコア間距離Λに対する電力結合率（最大電力移行率）を示している。電力結合率は異種コア間のクロストークを表している。図６は、複数種類の異種コア間における電力結合率において、隣接する異種コアの第１のクラッドの屈折率が高い例として屈折率ｎ_２８と屈折率ｎ_２９の場合を示し、隣接する異種コアの第１のクラッドの屈折率が低い例として屈折率ｎ_２１と屈折率ｎ_２２の場合を示している。図６に示す特性は、第１のクラッドの屈折率と共通クラッドの屈折率との差が小さいほど電力結合率が高くクロストークが大きいことを示している。

ここで、２段クラッド構造のクロストークと、従来の異種コアによるクロストークとを比較する。

図６に示す例は、Δ＝０．３５％（ａ＝４．５μｍ）の低屈折率差において、図３７（ｃ）で示した例と同様に、隣接コア間距離Λを４０μｍとしてときの３種の異種コアによる７コア配置例について比較する。３種コアの場合に想定したΔ＝０．３２５％、０．３５０％、０．３７５％と同じ等価屈折率の差を与える第１のクラッドおよびコアの異種コア間での屈折率差としてδｎ_ｃｌ＝０．０００２９を設定する。ここで、屈折率ｎ_２１＝ｎ_３＝１．４４４０２とした場合には、δnc1の場合の特性線から、隣接するコア間の距離Λが２３μｍ以上であれば、電力結合率を−４０ｄＢ以下とすることができる。図３７に示した７コア配置例の隣接コア間距離Λが４０μｍであるのに対して、２段クラッド構造の例では隣接するコア間の距離Λを２３μｍとすることができ、２段クラッド構造によって隣接コア間距離Λを縮めることができる。

（低屈折率部分を備えた構成例）
次に、クラッド部に低屈折率部分を備えた構成について図７〜図２３を用いて説明する。

図７はクラッド部に低屈折率部分を備えた構成を説明するための図であり、前記した図１に示した構成と同様にコアの径ｒの方向における屈折率ｎを示し、クラッド部における低屈折率部分の例を示している。

ここでは、低屈折率部分６を設けるクラッド部の範囲として、第１のクラッド内の範囲の例を図７（ａ）に示し、第１のクラッドとコア部とを跨ぐ範囲の例を図７（ｂ）に示し、第１のクラッドと第２のクラッドとを跨ぐ範囲の例を図７（ｃ）に示し、第２のクラッド内の範囲の例を図７（ｄ）に示す。

前記した範囲に、第２のクラッド５の屈折率ｎ_３よりも小さい屈折率ｎ_６を有する部分を少なくとも１つ設けて低屈折率部分６とする。クラッド部３に低屈折率部分６を設けることによって、第１のクラッド４の導波モードであるＬＰ_１１モードの存在を抑制する。

図７（ａ）は、第１のクラッド４内の範囲に低屈折率部分６を設ける構成であり、第１のクラッド４内の範囲において低屈折率部分６を設けない個所の屈折率ｎ_２は実線で示している。図７（ｂ）は、第１のクラッド４とコア部２とを跨ぐ範囲に低屈折率部分６を設ける構成であり、第１のクラッド４とコア部２とを跨ぐ範囲において低屈折率部分６を設ける個所の屈折率ｎ_１，ｎ_２は破線で、低屈折率部分６を設けない個所の屈折率ｎ_１，ｎ_２は実線で示している。図７（ｃ）は、第１のクラッド４と第２のクラッド５とを跨ぐ範囲に低屈折率部分６を設ける構成であり、第１のクラッド４と第２のクラッド５とを跨ぐ範囲において低屈折率部分６を設ける個所の屈折率ｎ_１，ｎ_２は破線で、低屈折率部分６を設けない個所の屈折率ｎ_２，ｎ_３は実線で示している。図７（ｄ）は、第２のクラッド５内の範囲に低屈折率部分６を設ける構成であり、第２のクラッド５内の範囲において低屈折率部分６を設ける個所の屈折率ｎ_１，ｎ_２は破線で、低屈折率部分６を設けない個所の屈折率ｎ_３は実線で示している。

図８は、マルチコアファイバを構成する一つのコアの各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δnc（＝ｎ_２−ｎ_３）への依存性を示し、低屈折率部分を有したコア構成のΔnc依存性と有していないコア構成のΔnc依存性を示している。図８の各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δncへの依存性は、第１のクラッドと第２のクラッド部の屈折率差Δncに対する等価屈折率ｎ_ｅｑの変化によって伝搬定数の変化を示しており、等価屈折率ｎ_ｅｑの範囲はクラッド部とコア部の屈折率の範囲に対応し、等価屈折率ｎ_ｅｑの最低値は第２のクラッド５の屈折率ｎ_３に対応している。

図８において、低屈折率部分を有していないコア構成の等価屈折率のΔnc依存性について、最低次モードであるコア部のＬＰ_０１モードと、次の高次モードである第１のクラッドのＬＰ_１１モードおよびＬＰ_２１モードを示している。また、低屈折率部分を有したコア構成の等価屈折率のΔnc依存性について、最低次モードであるコア部のＬＰ_{０１−ｈｏｌｅ}モードと、次の高次モードである第１のクラッドのＬＰ_{１１−ｈｏｌｅ}モードを示している。

図８に示す例では、コア部の直径を９μｍとし、第１のクラッド部の直径を１６μｍとし、第１のクラッドの屈折率ｎ_３を１．４４４０２とし、コアと第１のクラッドの比屈折率差Δを０．３７５％とし、空孔の直径を３．５μｍとし、空孔は第１のクラッド内の範囲に存在するとしている。空孔は低屈折率部分を構成し、この部分の屈折率は空気の屈折率（１．０）である。

低屈折率部分は、空孔によって形成する他、第２のクラッド部の屈折率より小さな屈折率の部材を用い形成することができる。

各モードの等価屈折率の第１のクラッドと第２のクラッドの屈折率差Δncへの依存性において、等価屈折率ｎ_ｅｑが第２のクラッド５の屈折率ｎ_３を超える範囲にあるときには伝搬モード（導波モード）であり、等価屈折率ｎ_ｅｑが第２のクラッド５の屈折率ｎ_３以下であるときにはカットオフ状態にあり、伝搬モード（導波モード）とならない。

低屈折率部分を有したコア構成の第１のクラッドのＬＰ_１１モードおよびＬＰ_{１１−ｈｏｌｅ}モードについて注目すると、屈折率差Δncがカットオフ値よりも小さい範囲では、ＬＰ_１１モードおよびＬＰ_{１１−ｈｏｌｅ}モードの等価屈折率ｎ_ｅｑは第２のクラッド５の屈折率ｎ_３以下であり伝搬モード（導波モード）とならない。一方、屈折率差Δncがカットオフ値を超えると、ＬＰ_１１モードおよびＬＰ_{１１−ｈｏｌｅ}モードの等価屈折率ｎ_ｅｑは第２のクラッド５の屈折率ｎ_３を超えて伝搬モード（導波モード）となる。

図８では、低屈折率部分を有していないコア構成の第１のクラッドのＬＰ_１１モードの屈折率差Δncのカットオフ値は約３×１０^−４であるのに対して、低屈折率部分を有したコア構成の第１のクラッドのＬＰ_{１１−ｈｏｌｅ}モードの屈折率差Δncのカットオフ値は約５×１０^−３となる。

したがって、低屈折率部分を有したコア構成とすることによって、第１のクラッドのＬＰ_１１モードが形成される屈折率差Δncの限界値を拡大し、この限界値の範囲内の屈折率差Δncを用いることによって第１のクラッドのＬＰ_１１モードを抑制することができる。

第１のクラッドにおいてＬＰ_１１モードが存在する場合には、光ファイバの接続点などにおいて軸ずれや曲げのために第１のクラッドのＬＰ_１１モードとコアのＬＰ_０１モードとの間で信号が結合することでクロストークが生じ、単一モード光ファイバの単一モード性が維持されないことになる。

またコアを伝搬するＬＰ_０１モードと第１のクラッドのＬＰ_１１モードとの間に結合が生じると、異なる伝搬定数および異なる群速度によって出力端において出力信号間に遅延差が生じるため、パルス幅広がりが発生する。

図９〜図１４はＬＰモードの電界振幅分布および電界ベクトルレベルの一例を示している。図９はＬＰ_０１モードの電界振幅分布を示し、図１０はＬＰ_０１モードの電界ベクトルレベルを示し、図１１はＬＰ_１１（even）モードの電界振幅分布を示し、図１２はＬＰ_１１（even）モードの電界ベクトルレベルを示し、図１３はＬＰ_１１（odd）モードの電界振幅分布を示し、図１４はＬＰ_１１（odd）モードの電界ベクトルレベルを示している。

伝搬定数を異にするモード（ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード）が伝搬すると、異なる伝搬定数によって出力端において出力パルス信号間に伝搬時間差（遅延差）が生じ、これらのモードを一括して光検出器で検出すればパルス波形に歪みが発生する要因となる。

このＬＰ_１１モードによって生じるクロストークやパルス波形の歪みに対して、低屈折率部分を有したコア構成とすることによって、第１のクラッドにおいてＬＰ_１１モードの発生を抑制することができ、これによって単一モードを維持して、クロストークやパルス波形歪みを低減することができる。

さらに、ＬＰ_１１モードの発生を抑制する構成は、ＬＰ_１１モードが発生する屈折率差Δncの限界値を大きくしてクロストークやパルス波形歪みを低減する他、屈折率差Δncの限界値が大きくなることから、各コアの屈折率の差を形成するための製造許容誤差を拡大することができるという効果を奏することができる。

図１５は、第２のクラッドを共通クラッドとして、最も結合が大きくなる組み合わせである第１のクラッドのみで構成される（第２のクラッドの屈折率が第１のクラッドの屈折率に等しい）コアと次に屈折率が大きいコア間の電力結合率（最大電力移行率）を示している。ここでは、比屈折率差Δ＝０．３７５％とし、コア間距離を１６μｍとしている。図１５によれば屈折率差δncが４×１０^−４においてクロストークを表す電力結合率Ｆは、低屈折率部分を有しない場合には−２０ｄＢであるが、低屈折率部（空孔）を有する場合には−５５ｄＢとなる。

ここで、図１５で用いる屈折率差δncは近接する第１のクラッドの屈折率差であり、したがって隣接するコア間の屈折率の差、および等価屈折率の差にほぼ等しい。一方、図８で示した屈折率差Δncは、第１のクラッドの屈折率と第２のクラッドの屈折率差である。

したがって、図１５に示す屈折率差δncの値は、図８の屈折率差Δncの値を異種コアの個数で除算して値によって比較することができる。

図１５において、屈折率差δncが０．０００２９、電力結合率が−２０ｄＢの点は、図６で示した低屈折率部分を有していない構成例を示している。この例で比較すると、低屈折率部分を有した構成とすることによって、クロストークを約−３０ｄＢ改善することができる。

図１６は、前記図３に示した低屈折率部分を有していない構成例に対して、低屈折率部分を有した構成例を示している。

図１６の構成例では、各コアの第１のクラッド内に低屈折率部分として空孔を６個配置する例を示している。空孔の径は第１のクラッドの幅と一致させて、空孔の内側の縁部がコア部の外周部分に接し、空孔の外側の縁部が第２のクラッドの内周部分の接する構成とする構成に限らず、空孔の縁部とコア部および第２のクラッドと接しない構成としても良い。

図１７は、図４に示した例と同様に、９種類の異種コアの例を示している。図１７は、異種コア１１から異種コア１９の各コア部２の屈折率がｎ_１１からｎ_１９まで順に増加し、各第１のクラッド４の屈折率がｎ_２１からｎ_２９まで順に増加する例を示している。なお、図１７の例では、異種コア１１の第２のクラッドの屈折率ｎ_２１はマルチコアファイバの共通クラッドの屈折率ｎ_３と同じ例を示し、コア部の屈折率ｎ_１ｉと第１のクラッドの屈折率ｎ_２ｉの数値例を示している。各異種コアの第１のクラッドは、低屈折率部分としてそれぞれ６個の空孔を配置している。

クラッド部に設ける低屈折率部分の配置位置および配置数は、図８，１６，１７で示したように、第１のクラッド内の範囲に６個の低屈折率部分を設ける配置構成に限らず、第１のクラッドとコア部とを跨ぐ範囲、第１のクラッドと第２のクラッドとを跨ぐ範囲、第２のクラッド内の範囲の何れかの範囲に複数の低屈折率部分を配置する構成としてもよい。

以下、図１８〜図２３を用いて、クラッド部に設ける低屈折率部分の配置位置および配置数の例について示す。図１８〜図２３の何れの例においても、コア部の直径を９μｍとし、第１のクラッド部の直径を１６μｍとし、第１のクラッドの屈折率ｎ_３を１．４４４０２とし、比屈折率Δを０．３７５％とし、空孔の直径を３．５μｍとしている。空孔は低屈折率部分を構成し、この部分の屈折率は空気の屈折率（１．０）である。

図１８は、第１のクラッドと第２のクラッドとを跨ぐ範囲に６個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の中心を第１のクラッドの外周の円周上に配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約２．４×１０^−３付近である。なお、空孔の中心の配置位置は第１のクラッドの外周の円周上に限られるものではない。

図１９は、第２のクラッド内の範囲に６個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の外周の一部を第１のクラッドの外側の端部に接して配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約０．８×１０^−３付近である。なお、空孔の配置は、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部に接して配置する構成に限られるものではなく、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間に第の２クラッドを構成する素材を介在させる構成としてもよい。

図２０は、第１のクラッド内の範囲に４個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部およびコア部の外周の両方に接して配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約２．９×１０^−３付近である。なお、空孔の配置は、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部およびコア部の外周の両方に接して配置する構成に限られるものではなく、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間、または、空孔の外周とコア部の外周との間に第１クラッドを構成する素材を介在させる構成、あるいは、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間および空孔の外周とコア部の外周との間の両方の間隔に第１のクラッドを構成する素材を介在させる構成としてもよい。

図２１は、第２のクラッド内の範囲に４個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の外周の一部を第１のクラッドの外側の端部に接して配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約０．６×１０^−３付近である。なお、空孔の配置は、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部に接して配置する構成に限られるものではなく、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間に第２のクラッドを構成する素材を介在させる構成としてもよい。

図２２は、第１のクラッド内の範囲に３個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部およびコア部の外周の両方に接して配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約１．５×１０^−３付近である。なお、空孔の配置は、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部およびコア部の外周の両方に接して配置する構成に限られるものではなく、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間、または、空孔の外周とコア部の外周との間に第１クラッドを構成する素材を介在させる構成、あるいは、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間および空孔の外周とコア部の外周との間の両方の間隔に第１のクラッドを構成する素材を介在させる構成としてもよい。

図２３は、第２のクラッド内の範囲に３個の低屈折率部分を配置する例を示している。なお、図では低屈折率部分は空孔であり、空孔の屈折率はｎ_ａｉｒ＝１．０であり、空孔の外周の一部を第１のクラッドの外側の端部に接して配置した例を示している。この例において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncの値は、約０．５×１０^−３付近である。なお、空孔の配置は、空孔の外周を第１のクラッドの外側の端部に接して配置する構成に限られるものではなく、空孔の外周と第１のクラッドの外側の端部との間に第２クラッドを構成する素材を介在させる構成としてもよい。

［異種コアの配置例］
以下、図２４〜図３１を用いて異種コアの配置について説明する。
図２４は、低屈折率差における従来構成によるコア配置例と、本願発明の２段クラッド構造によるコア配置例とを示している。

図２４（ａ）は従来構成によるコア配置例であり、３種類の異種コアを用いて７コアを配置する。図２４（ｂ）は本願発明の２段クラッド構造によるコア配置例であり、９種類の２段クラッド構造の異種コアを用いて１９コアを配置し、高密度化が図られている。

コアの配置は、格子配列の格子点を利用することによって効率よく行うことができる。円形のファイバ内へのコアの収納は三角格子を用いて行う他、コアに種類数によっては三角格子を組み合わせた矩形格子を利用する場合もある。

図２５は、格子配列の単位格子の例を示している。単位格子は格子配列の格子位置の基本単位を表している。格子配列は、この単位格子を周期的に配列することで形成することができる。

ここでは、コアの種類数が１，２，３，４，８，および９種類のコアを用いた場合のコア配置格子を示している。図２５（ａ）は１種類のコアによる単位格子を示している。この単位格子の場合には、コアは１種類であるため、同種コア間距離Ｄと異種コア間距離Λは同距離となる。

図２５（ｂ）は２種類のコアによる単位格子を示している。この単位格子の場合には、ｘ方向の異種コア間距離Λｘは同種コア間距離Ｄの１／２であり、ｙ方向の異種コア間距離Λｙは同種コア間距離Ｄの√３／２である。

図２５（ｃ）は３種類のコアによる単位格子および９種類のコアによる単位格子を示している。３種類のコアによる単位格子は、図中の符号１−３が付された格子点で形成され、異種コア間距離Λは同種コア間距離Ｄの１／√３である。また、９種類のコアによる単位格子は、３種類のコアによる単位格子の重心位置に格子点を配置してなり、図中の符号１−３、および８，９が付された格子点で形成され、異種コア間距離Λは同種コア間距離Ｄの１／３である。なお、９種類のコアにおいて、４−７の格子点は省略している。

図２５（ｄ）は４種類のコアによる単位格子および８種類のコアによる単位格子を示している。

４種類のコアによる単位格子は、２種類のコアによる単位格子を２つ用意し、互いの長辺の中点にそれぞれのコアを配置することで形成することができる。４種類のコアによる単位格子は、図中の符号１−４が付された格子点で形成され、ｘ方向の異種コア間距離Λｘは同種コア間距離Ｄの１／２であり、ｙ方向の異種コア距離Λｙは同種コア間距離Ｄの√３／２である。

また、８種類のコアによる単位格子は、４種類のコアによる単位格子のｘ方向およびｙ方向のそれぞれのコア間の中間位置に格子点を配置してなり、図中の符号１−４、および７，８が付された格子点で形成され、ｘ方向の異種コア間距離Λｘは同種コア間距離Ｄの１／４であり、ｙ方向の異種コア間距離Λｙは同種コア間距離Ｄの√３／４である。なお、８種類のコアにおいて、５−６の格子点は省略している。

[マルチコアファイバのコアの配列構成]
次に、マルチコアファイバにおける異種コアの配列構成について説明する。ここでは、マルチコアファイバの曲げによるコア間結合を考慮した配列について示す。

図２６はマルチコアファイバの曲げによる屈折率分布を説明するための図である。マルチコアファイバが湾曲した場合（図２６（ａ））には、マルチコアファイバ内に配列された複数本のコアの各屈折率分布が変化する（図２６（ｃ））。

湾曲していない状態のマルチコアファイバの１つのコアの屈折率分布は図２６（ｂ）中の破線で示す直線導波路の屈折率分布で表され、湾曲した状態のマルチコアファイバの一つのコアの等価的な屈折率分布は図２６（ｂ）中の実線で示す曲がり導波路の屈折率分布で表される。

曲がり導波路の等価的な屈折率分布は、ｎ（x,y）[１＋ｙ／Ｒ_０]で表される。ここで、Ｒ_０は曲げ半径を表している。

上記した屈折率分布の関係を用いて、隣接するコア間において最も結合しやすい屈折率ｎ_１１のコアと屈折率ｎ_１２のコアとの間において、湾曲によって両コアの屈折率が等しくなる閾値曲げ半径を求めると１１４ｍｍが得られる。上記したマルチコアファイバの曲げと屈折率分布との関係は、曲げ半径が１１４ｍｍ以上であれば、曲がりによるコア間結合の発生を抑制することができるが、曲げ半径が１１４ｍｍよりも小さい場合には曲がりによってコア間結合が発生することを表している。

なお、閾値曲げ半径を求める式は以下の式を用いて求めることができる。

本願発明のマルチコアファイバの異種コアの配列において、曲げによるコア間結合を低減するために以下の配置を行う。

Ａ：複数種の異種コアの内、最も低い屈折率のコア部を有するコアを光ファイバの中心付近に配置する。この配置によって、高い屈折率のコア部を有するコアは光ファイバの中心から離れた位置に配置される。

Ｂ：複数種の異種コアの内、２種類の異種コアのペアが光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かって異種コアのコア部の屈折率の差に基づいて配置し、２種類の異種コアのペアは、各ペアの異種コアのコア部の屈折率の差の組み合わせの内で屈折率の差が大きな組み合わせとする。

Ａの配置構成：マルチコアファイバの光ファイバは、外周部分をポリマージャケットで覆われる構成としている。そのため、ポリマージャケットまでの距離が短い外周部のコアではコアからポリマージャケットへの光電磁界分布のしみ出しによって吸収損失が発生する可能性がある。

通常、ポリマージャケットの吸収損失はコアのコア部およびクラッド部の吸収損失よりもかなり大きい。そのため、ポリマージャケットの影響による吸収損失が発生しやすいコアは、コア部および第１のクラッドの屈折率が小さなコアである。本願発明は、このコア部および第１のクラッドの屈折率が小さなコアを光ファイバの中心付近に配置することによってコア部とポリマージャケットとの距離を大きくとり、ポリマージャケットに近接するコア部および第１のクラッドの屈折率を高めることによって、ポリマージャケットによる吸収損失を低減する。

Ｂの配置構成：マルチコアファイバの曲がりによるコア間結合は、隣接するコア間の屈折率差が小さいほど大きな影響を受ける。このことから、本願発明は、異種コアの配列において、マルチコアファイバが曲がる方向に沿って隣接するコアのコア部の屈折率差を大きくとることによって、曲がりによるコア間結合の影響を低減させる。

コアを三角格子配列する場合には、マルチコアファイバが曲がる方向に沿って隣接するコアは放射方向に隣接するコアとなる。

図２７は、本願発明のマルチコアファイバの異種コアの配列を説明するための図である。図２７（ａ）は、９種類の異種コアについて、コア部の屈折率の大きさに順に並べた状態を示している。なお、この例では、コア部の屈折率が最も小さなコアとして、コア部の屈折率がｎ_１１であり、第１のクラッドの屈折率ｎ_２１は共通クラッドの屈折率ｎ_３と一致する例を示し、コア部の屈折率がｎ_１１から屈折率ｎ_１９まで順に高まる例を示している。図２７では、屈折率ｎ_１１〜ｎ_１９のコアにそれぞれ符号１〜９を付して表している。

図２７（ｂ）は、９種類の異種コア（コア部の屈折率ｎ_１１〜ｎ_１９）をコア部の屈折率の順に並べ、これらの異種コアの中からコアのペアを形成する例を示している。ここでは、コアｎ_１2とコアｎ_１５によってペアａを形成し、コアｎ_１３とコアｎ_１６によってペアｂを形成し、コアｎ_１４とコアｎ_１７によってペアｃを形成している。このコアのペアは屈折率差が大きい組み合わせであり、また、何れのペアも同等の屈折率差を有するものである。ここでは、各コアの隣接するコア間の屈折率差はほぼ等しく設定されているものとしている。なお、各ペアの屈折率差は必ずしも等しい必要はなく、異なる屈折率差としてもよい。

図２７（ｃ）は光ファイバ内に１９コアを三角格子配列によって収納する例を示している。光ファイバの中心位置にコアの屈折率が最も小さなコアｎ_１１を配置し、ペアａ_１、ペアｂ_１、ペアｃ_１をそれぞれ放射方向に配置し、ペアａ_１、ペアｂ_１、ペアｃ_１の各間の位置にコアｎ_１８，ｎ_１９を配置する例を示している。図２８は図２７（ｃ）の配列例による屈折率の分布を模式的に表している。

異種コア間のクロストークを低減させるためには、隣接する異種コア同士の等価屈折率差が大きいことが望ましい。図２７（ｃ）に示した異種コアの配置例では、中央に配置したコアｎ_１１とその外周位置に配置したコアｎ_１２とが隣接する配置となるため、この異種コア間の等価屈折率差は他の異種コア間の等価屈折率差よりも小さくなる。

隣接する異種コア間の屈折率差を大きくするために、以下の構成とすることができる。光ファイバ内に１９コアの収納する際に用いる９種類の異種コアとして、あらかじめ用意する異種コアの種類数を１０種類以上とし、この中から、最も屈折率が小さいコアを中央コアとして選択し、屈折率が次に大きな異種コアを外して、最も屈折率が小さなコアから２段階以上離れた屈折率の異種コアから８種類を選択する構成とする。この構成によって、隣接する異種コア間の屈折率差を大きく設定することができる。

図２９は、本願発明のマルチコアファイバの異種コアの別の配列例を説明するための図である。

図２９（ａ）は、９種類の異種コア（コアｎ_１１〜コアｎ_１９）をコア部の屈折率の順に並べ、コアｎ_１2とコアｎ_１６によってペアａ_２を形成し、コアｎ_１３とコアｎ_１７によってペアｂ_２を形成し、コアｎ_１４とコアｎ_１８によってペアｃ_２を形成している。このコアのペアは屈折率差が大きい組み合わせであり、また、何れのペアも同等の屈折率差を有するものである。ここでは、各コアの隣接するコア間の屈折率差はほぼ等しく設定されているものとしている。

光ファイバの中心位置にコアの屈折率が最も小さなコアｎ_１１を配置し、ペアａ_２、ペアｂ_２、ペアｃ_２をそれぞれ放射方向に配置し、ペアａ_２、ペアｂ_２、ペアｃ_２の各間の位置にコアｎ_１５とコアｎ_１９を配置する例を示している。

また、図２９（ｂ）は、９種類の異種コア（コアｎ_１１〜コアｎ_１９）をコア部の屈折率の順に並べ、コアｎ_１2とコアｎ_１７によってペアａ_３を形成し、コアｎ_１３とコアｎ_１８によってペアｂ_３を形成し、コアｎ_１４とコアｎ_１９によってペアｃ_３を形成している。このコアのペアは屈折率差が大きい組み合わせであり、また、何れのペアも同等の屈折率差を有するものである。ここでは、各コアの隣接するコア間の屈折率差はほぼ等しく設定されているものとしている。

光ファイバの中心位置にコアの屈折率が最も小さなコアｎ_１１を配置し、ペアａ_３、ペアｂ_３、ペアｃ_３をそれぞれ放射方向に配置し、ペアａ_３、ペアｂ_３、ペアｃ_３の各間の位置にコアｎ_１５、ペアｃ_１６を配置する例を示している。

（異種コアの配置の変形例）
図３０は、光ファイバ内に配置する異種コアの種類を全て異ならせる例を示している。光ファイバ内に１９コアを配置する場合には、配置する異種コアとして１９種類を用意し（図３０（ａ））、これらを配列する。図３０（ｂ）は、中心にコア部の屈折率が小さなコアｎ_１１を配置し、コアｎ_１１の外周部分にコアｎ_１２〜コアｎ_１７を配置し、さらに外周部分にコアｎ_１８〜コアｎ_１１９を配置する。なお、図３０（ｂ）では、各コアには１〜１９の番号を付して示している。ここでは、光ファイバ内に収納するコア数と配置する異種コアの種類数とを一致させているが、用意する異種コアの種類数は収納するコア数以上とし、収納するコア数に必要な異種コアの種類を選択してもよい。

（低屈折率部分を有する異種コアの配置例）
図３１は、低屈折率部分を有する異種コアについて配置した例を示している。図８および図１５で示した異種コアの例において、第１のクラッドの直径を１６μｍとし、異種コア間の距離を１６μｍとした場合には直径１００μｍの領域内に３７本のコアを配置することができる。

図８に示すΔnc依存性において、ＬＰ_１１モードがカットオフとなる屈折率差Δncはほぼ０．００５を示している。９種類の異種コアの場合には隣接するコアの第１のクラッド同士の屈折率差δncは屈折率差Δncの１／８であり、約０．０００６（≒０．００５／８）となる。図１５に示すコア間最大電力移行率の特性によれば、隣接するコアの第１のクラッド同士の屈折率差δncが０．０００６であるときのコア間最大電力移行率は−５０ｄＢ以下となる。したがって、図３１に示す異種コアの配置によって９種類の異種コアを３７本配置したときのクロストークは十分に小さくなる。なお、図３１の異種コア間は、図１５のコア間距離１６μｍに基づいて１６μｍに設定している。

低屈折率部分を有しない異種コアを用いた場合には、図２４で示した例の１９本配置と比較して約２倍の高密度で配置することができる。

この配置例においても、中心のコアに対して２重の外周部分にコアを配置し、外側の外周部分のコアの屈折率を内側の外周部分のコアの屈折率よりも大きくすることによって、ポリマージャケットによる吸収損失を低減することができ、また、放射方向で隣接するコア間の屈折率差を大きくすることによって、光ファイバの曲がりによるコア間結合を低減することができる。

なお、光ファイバ内のコアの配列は、上記した各例の三角格子配列に限らず、矩形格子配列に適用することができる。

本発明は、比屈折率差Δが１．１０〜１．３％程度の高屈折率コアや比屈折率差Δが０．３〜０．４％程度の低屈折率コアに適用することができる。

１ コア
２ コア部
３ クラッド部
４ 第１のクラッド
５ 第２のクラッド
６ 低屈折率部分
１１，１２，１３ 異種コア

Claims (19)

1. 複数本の単一モードのコアを一本の光ファイバに収納するマルチコアファイバにおいて、
   前記複数本のコアは、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備え、
   前記複数種の異種コアはコア部と当該コア部の外周を覆うクラッド部を有し、
   前記異種コアのクラッド部は、各コア部の外周を囲む第１のクラッドと、前記第１のクラッドの外側の第２のクラッドの２段クラッド構造を備え、
   前記複数種の異種コアにおいて、各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数は異種コア間で異なり、
   前記各コア部および前記第１のクラッドは、前記各コア部および前記第１のクラッドの範囲内に閉じ込められ前記第２のクラッドへのしみ出しが制限された光電磁界分布とすることにより各コア部の伝搬特性を同一とし、
   前記第１のクラッドの屈折率をパラメータとして前記異種コアの各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせ、前記複数種の異種コア間の伝搬定数を異ならせることを特徴とする、マルチコアファイバ。
2. 前記クラッド部は、前記第１のクラッド内の範囲、前記第１のクラッドと前記コア部とを跨ぐ範囲、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドとを跨ぐ範囲、前記第２のクラッド内の範囲の何れかの範囲に、前記第２のクラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率部分を少なくとも１つ備え、前記第１のクラッドの導波モードであるＬＰ_１１モードの存在を抑制することを特徴とする、請求項１に記載のマルチコアファイバ。
3. 前記低屈折率部分は前記クラッド部の前記何れかの範囲内に設けられた空孔からなるエアーホールであり、空気の屈折率を有することを特徴とする、請求項２に記載のマルチコアファイバ。
4. 前記第２のクラッドを各異種コア間において共通クラッドとし、当該共通クラッドの屈折率ｎ_３を基準とする前記第１のクラッドの屈折率ｎ_２との比屈折率差Δｃ（＝（ｎ_２ ^２−ｎ_３ ^２）／２ｎ_２ ^２）が各異種コアにおいて正または負で異なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチコアファイバ。
5. 異種コア間において第１のクラッドの屈折率が異なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチコアファイバ。
6. 前記各異種コアのコア部を伝搬する基本モードの伝搬定数は、前記第２のクラッドによる影響を無視できる値であることを特徴とする、請求項４に記載のマルチコアファイバ。
7. 各異種コアのコア部を伝搬する基本モードの伝搬定数は、第２のクラッドによる影響を無視できる値であることを特徴とする、請求項５に記載のマルチコアファイバ。
8. 前記光電磁界分布において、前記コア部と前記第１のクラッドとの間のＶ値および前記コア部内の屈折率分布形状は同一であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチコアファイバ。
9. 前記Ｖ値は、前記コア部の中心の屈折率ｎ_１および前記第１のクラッドの屈折率ｎ_２、前記コア部と前記第１のクラッドとの比屈折率差Δ（＝（ｎ_１ ^２―ｎ_２ ^２）／２ｎ_１ ^２）と前記コア部の半径ａより、（２π/λ）・ａ・ｎ_１・（２Δ）^１／２により定まる値であることを特徴とする、請求項８に記載のマルチコアファイバ。
10. 一本の光ファイバに収納する複数本のコアは、各伝搬定数を異にする異種コアと、伝搬定数を同じくする同種コアとを含み、
    前記同種コアは、複数種の異種コアにおいて伝搬定数を同じくするコアの組み合わせからなる複数本のコアにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマルチコアファイバ。
11. 一本の光ファイバに収納する複数本のコアは、各伝搬定数を異にする異種コアのみを備え、各異種コアの伝搬定数はすべて異なることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のマルチコアファイバ。
12. 複数本の単一モードのコアを一本の光ファイバに収納するマルチコアファイバのコアの配置方法において、
    前記複数本のコアは、伝搬定数を異にする複数種の異種コアを備え、
    前記複数種の異種コアはコア部と当該コア部の外周を覆うクラッド部を有し、
    前記異種コアのクラッド部は、各コア部の外周を囲む第１のクラッドと、前記第１のクラッドの外側の第２のクラッドの２段クラッド構造を備え、
    前記異種コアは、各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異種コア間で異ならせ、
    前記各コア部および前記第１のクラッドは、前記各コア部および第１のクラッドの範囲内に閉じ込められ前記第２のクラッドへのしみ出しが制限された光電磁界分布とすることにより各コア部の伝搬特性を同一とし、
    前記第１のクラッドの屈折率をパラメータとして前記異種コアの各コア部を伝搬する基本モードの伝搬定数を異ならせ、前記複数種の異種コア間の伝搬定数を異ならせ、
    前記複数種の異種コアの内、最も低い屈折率のコア部を有するコアを光ファイバの中心付近に配置し、
    前記複数種の異種コアの内、２種類の異種コアのペアを光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かって当該異種コアのコア部の屈折率の差に基づいて配置し、
    当該２種類の異種コアのペアは、各ペアの異種コアのコア部の屈折率の差が最小となるペア以外の組み合わせ、又は、各ペアの異種コアのコア部の屈折率の差が最小となるペアの個数を最小とする組み合わせとすることを特徴とする、マルチコアファイバのコアの配置方法。
13. 前記クラッド部は、前記第１のクラッド内の範囲、前記第１のクラッドと前記コア部とを跨ぐ範囲、前記第１のクラッドと前記第２のクラッドとを跨ぐ範囲、前記第２のクラッド内の範囲の何れかの範囲に、前記第２のクラッドの屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率部分を少なくとも１つ備え、前記第１のクラッドの導波モードであるＬＰ_１１モードの存在を抑制することを特徴とする、請求項１２に記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
14. 前記低屈折率部分は前記クラッド部内の前記何れかの範囲内に設けられた空孔からなるエアーホールであり、空気の屈折率を有することを特徴とする、請求項１３に記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
15. 前記第２のクラッドを各異種コア間において共通クラッドとし、当該共通クラッドの屈折率を基準とする前記第１のクラッドの屈折率との比屈折率差（Δｃ）が各異種コアにおいて正または負で異なることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
16. 前記異種コア間で前記第１のクラッドの屈折率が異なることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
17. 前記光電磁界分布において、前記コア部と前記第１のクラッドとの間のＶ値および前記コア部内の屈折率分布形状を同一とすることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
18. 前記Ｖ値を、前記コア部と前記第１のクラッドとの比屈折率差Δと前記コア部の半径ａ、および前記コア部の中心の屈折率ｎ_１および前記第１のクラッドの屈折率ｎ_２より、（２π/λ）・ａ・ｎ_１・（２Δ）^１／２により定めることを特徴とする、請求項１７に記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。
19. 各コアの配置は、光ファイバの断面において最近接する周囲に配列される６個の配置位置に対して等角度および等距離である三角格子配列であり、
    前記各異種コアのペアが光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かう配置は、三角格子配列において光ファイバの中心付近から光ファイバの外周方向に向かう放射方向の配置であることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれかに記載のマルチコアファイバのコアの配置方法。