JPWO2014080953A1 - 光導波路、光ファイバケーブル、および光モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のコア１１と、クラッド１２等を備えた光導波路に関する。当該光導波路は、同一構造の隣接コアの組合せ１４１、１４２を有する。同一構造の隣接コアは、該隣接コアの中心間を結ぶ第１コア間線分と曲げ容易方向とのなす鋭角の第１角度が３０度未満となるよう、望ましくは、前期第１コア間線分と前期曲げ容易方向とが平行となるよう、配置されている。本発明によれば、コア間クロストークを低く保ちつつコア密度を向上させることができる。

Description

本発明は、光導波路、光ファイバケーブル、および光モジュールに関し、特に、光導波路はマルチコア光ファイバ（以下、光ファイバという）、マルチコア光導波路（以下、単に光導波路という）を含む。

複数のコアを共通のクラッド内に有する光ファイバ及び光導波路では、コア間クロストークが小さいことが要求され、また、コア密度（ファイバ断面積当たりのコア数）が大きいことが要求される。コア間クロストークは、コア間隔が小さい方が大きく、また、コア間で位相が整合している（コア間の実効屈折率差が小さい）方が大きくなる。しかし、同種コア型光ファイバや、一定曲げ半径以下の曲げが付与された異種コア型光ファイバでは、曲げと捻れに起因してコア間で位相整合が起こってしまい、コア間隔を大きくしないとクロストークを小さくすることができない。また、異種コア型光ファイバにおいて、小さな曲げ半径でも曲げと捻れに起因する位相整合が起こらないようにするためには、異種コア同士のコア構造を大きく異ならせる必要がある。なお、関連技術としては、以下の特許文献１、非特許文献１が知られている。

国際公開第２０１２／０６４５７９号

Proc. of SPIE, 2012, vol.8284, p.82840I-1〜I-8.

発明者は、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、従来の光ファイバは、コア間クロストークを低く保ちつつコア密度を更に向上させる（コア間隔を短くする）ことは困難である。光ファイバを内蔵する光ファイバケーブルも、同様の課題を有している。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、コア間クロストークを低く保ちつつコア密度を向上させるための構造を備えた光ファイバ、該光ファイバを含む光ファイバケーブル、光導波路、および光モジュールを提供することを目的としている。

本発明に係る光導波路は、複数のコアと、複数のコアそれぞれを覆うクラッドと、複数のコアの一方の端面が配置された第１面と、複数のコアの他方の端面が配置された第２面と、を備え、複数のコアそれぞれが所定の軸方向に沿って第1面から前記第２面に向かって延在している。また、この構成において、複数のコアは、２つの隣接するコアの組合せである第１コア組合せを含む。第１コア組合せは、第１コア組み合わせに属する２つのコアの一部または全長に亘って、所定の軸方向に垂直な断面内の特定方向に曲げ容易方向を有するか、または前記特定方向に曲げられている。第１コア組合せに属する２つのコアは、同一のコア構造を有する。さらに、第１コア組合せに属する２つのコアは、２つのコアの中心間を結ぶ第１コア間線分と特定方向とのなす鋭角の第１角度が３０度未満となるよう、配置されている。なお、クラッドはコアよりも低い屈折率を有してもよいが、当該光ファイバ（マルチコア光ファイバ）は、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）でもよく、クラッドの屈折率は、コアよりも低い屈折率には限定されない。また、複数のコアとクラッドは石英ガラスからなる。

本発明に係る光ファイバは、第１の態様として、それぞれが、所定方向（ファイバ長手方向）に延在する複数のコアを覆う一またはそれ以上のクラッドと、クラッドそれぞれを覆った被覆と、を備える。この第１の態様において、所定方向に直交する当該光ファイバの断面のうち被覆で占められた領域により規定される二次元図形が２回以下の回転対称性(rotational symmetry of order two or less)を有し、係る断面構造を有する被覆を備えた当該光ファイバは、その断面上における特定の曲げ方向（曲げ容易方向）に対して他の方向よりも曲がり易い構造を有する。すなわち、光ファイバの断面構造が所定方向に直交する断面上で、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、３回以上の回転対称性を有さないことにより、当該光ファイバは、所定方向に直交する断面上での曲げ容易方向にのみ特異的に曲がり易くなる。また、当該光ファイバの断面において、クラッドそれぞれは、隣接する２つのコアの中心間を結ぶ第１コア間線分と曲げ容易方向の成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす第１のコア組合せを１つ以上有する。更に、第１角度条件を満たす第１のコア組合せの全てにおいて、隣接する２つのコアは同一構造を有する。

上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、第１角度条件は、第１コア間線分と曲げ容易方向と成す鋭角が５度未満であるのが好ましい。また、上記第１および第２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第３の態様として、クラッドのうち少なくとも何れかは、当該光ファイバの断面において、隣接する２つのコアの中心間を結ぶ第２コア間線分が曲げ容易方向と直角に、または、３０度以上の鋭角で交差する第２角度条件を満たす第２のコア組合せを更に有してもよい。この第３の態様では、第２角度条件を満たす第２のコア組合せにおいて、隣接する２つのコアは異なる構造を有してもよい。

上記第１〜第３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４の態様として、クラッドのうち少なくとも何れかは、当該光ファイバの断面において、同一構造を有する２つのコアの中心間を結ぶ第３コア間線分が曲げ容易方向と直角に、または、３０度以上の鋭角で交差する第３角度条件を満たす第３のコア組合せを更に有してもよい。この第４の態様では、少なくとも第１のコア組合せと第３のコア組合せを有するクラッドにおいて、第３のコア組合せにおける第３コア間線分の最小長は、第１のコア組合せにおける第１コア間線分の最大長よりも大きいのが好ましい。

上記第１〜第４の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第５の態様として、被覆は、樹脂であるのが好ましく、該被覆とは別に、金属、炭素などのコーティングがファイバの外周面上に施されてもよい。また、上記第１〜第５の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第６の態様として、当該光ファイバの断面において、被覆の断面が該被覆の外周により囲まれた領域として規定されるとき、被覆の断面は、２回以下の回転対称性を有するとともに、曲げ容易方向に沿った被覆の厚みまたは長さに関する外側サイズが最も短くなる形状を有するのが好ましい。すなわち、この第６の態様において、被覆は、所定方向（ファイバ長手方向）に垂直な断面上で、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、３回以上の回転対称性を有さず、かつ、被覆径が最も短い方向が曲げ容易方向となる断面形状を有するのが好ましい。また、上記第１〜第６の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、当該光ファイバの断面において、クラッドそれぞれの断面が当該クラッドの外周により囲まれた領域として規定されるとき、クラッドのうち少なくとも何れかの断面は、２回以下の回転対称性を有するとともに、曲げ容易方向に沿ったクラッド径が最も短くなる形状を有するのが好ましい。すなわち、この第７の態様において、何れかのクラッドは、所定方向（ファイバ長手方向）に垂直な断面上で、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、３回以上の回転対称性を有さず、かつ、クラッド径が最も短い方向が曲げ容易方向となるのが好ましい。なお、光ファイバの被覆の「長さに関する外側サイズ」とは、光ファイバの長手軸に直交する断面上での被覆の外周を１つの図形と考えたときに、当該図形の重心を通る直線と当該図形の外周とが交わる２点間の距離とする。当該図形に対する直線の角度を変化させると「外側サイズ」は変化し得る。外周形状が複雑なために、当該図形に対する直線の角度がある角度をとるときに、当該図形の重心を通る直線と当該図形の外周との交点が３つ以上ある場合は、最も離れた２つの交点間の距離を「外側サイズ」とする。ここで、「重心」は、あくまでも図形としての重心であって、光ファイバ長手軸に直交する断面上での被覆を光ファイバの重心ではない（すなわち、光ファイバの材質の密度を考慮したものではない）。

上記第１〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、当該光ファイバの断面において、クラッドそれぞれの断面が当該クラッドの外周により囲まれた領域として規定されるとき、クラッドのうち少なくとも何れかの断面は、２回以下の回転対称性を有するとともに、当該光ファイバの断面において、クラッドは、曲げ容易方向に直交する方向に配列されているのが好ましい。すなわち、この第８の態様において、所定方向（ファイバ長手方向）に垂直な断面上で、何れかのクラッドは円対称ではなく、又は、クラッドの配置は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ３回以上の回転対称性を有さない。曲げ容易方向に直交する方向に沿ってクラッドが配列される場合、クラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。換言すれば、所定方向（ファイバ長手方向）に垂直な断面上で、周の長さが最も短くなるように全てのクラッドを包んだ閉曲線（被覆の外周を規定する線）内側の領域幅が最も短くなる方向が、曲げ容易方向となる。

また、上記第１〜第８の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第９の態様として、当該光ファイバは、被覆内において所定方向（ファイバ長手方向）に沿って伸び、被覆よりも高いヤング率を有する一またはそれ以上の曲げ方向制御部（例えば、コアを含まない追加剛性部材）を備えてもよい。一方、上記第１〜第８の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１０の態様として、クラッドそれぞれと被覆は、同一の樹脂材料で構成されてもよい。この場合、当該光ファイバは、クラッドそれぞれと被覆が一体化された樹脂領域内において所定方向（ファイバ長手方向）に沿って伸び、同一の樹脂材料よりも高いヤング率を有する一またはそれ以上の曲げ方向制御部を備えてもよい。

なお、上記第９または第１０の態様に適用可能な第１１の態様として、当該光ファイバの断面において、曲げ方向制御部は、曲げ容易方向に直交する方向に配列されているのが好ましい。また、上記第９の態様に適用可能な第１２の態様として、曲げ制御部それぞれは、クラッドそれぞれと同等か高いヤング率を有し、曲げ制御部とクラッドは、曲げ容易方向に直交する方向に配列されてもよい。

更に、第１３の態様として、本発明に係る光ファイバケーブルは、上述のような構造を有する光ファイバ（本発明に係る光ファイバ）を内蔵する光ファイバケーブルである。当該光ファイバケーブルにおいて、光ファイバは、その全長に亘って曲げを付与された状態でケーブル内に保持されている。なお、上記第１３の態様に適用可能な第１４の態様として、光ファイバには、曲げ半径１０ｃｍ〜１０ｍの曲げがその全長に亘って付与されているのが好ましい。

第１５の態様として、本発明に係る光導波路（マルチコア光導波路）は、複数のコアと、これら複数のコアを覆ったクラッドと、を備える。当該光導波路において、クラッドは、複数のコアそれぞれの一方の端面が配置された第１入出力面と、複数のコアそれぞれの他方の端面が配置された第２入出力面と、を有する。また、複数のコアそれぞれは、その中心軸が真っ直ぐに伸びるとともに一方の端面を含む第１直線部分と、その中心軸が真っ直ぐに伸びるとともに他方の端面を含む第２直線部分と、第１直線部分と第２直線部分の間に位置するとともにその中心軸が１５ｍｍ以下の曲率半径で曲げられた曲げ部を有する。複数のコアそれぞれにおいて、第１直線部分の中心軸と第２直線部分の中心軸の成す角度は、５８度以上である。特に、この第１５の態様において、複数のコアそれぞれの中心軸に直交し、かつ、複数のコアの曲げ部を含むクラッドの断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ第１コア間線分と曲率半径と一致する方向の成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす第１のコア組合せが１つ以上存在する。このとき、第１角度条件を満たす第１のコア組合せ全てにおいて、隣接する２コアは同一構造を有する。

上記第１５の態様に適用可能な第１６の態様として、複数のコアそれぞれにおける曲げ部において、その中心軸は１０ｍｍ以下の曲率半径で曲げられているのが好ましい。上記第１５の態様に適用可能な第１７の態様として、複数のコアそれぞれにおける曲げ部において、その中心軸は７．５ｍｍ以下の曲率半径で曲げられているのが好ましい。上記第１５の態様に適用可能な第１８の態様として、複数のコアそれぞれにおける曲げ部において、その中心軸は５ｍｍ以下の曲率半径で曲げられているのが好ましい。更に、上記第１５の態様に適用可能な第１９の態様として、第１角度条件は、第１コア間線分と曲率半径に一致する方向の成す鋭角が５度未満であるのが好ましい。

なお、上記第１５〜第１９の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第２０の態様として、クラッドの断面において、隣接する２つのコアの中心間を結ぶ第２コア間線分が曲率半径に一致する方向と直角に、または、３０度以上の鋭角で交差する第２角度条件を満たす第２のコア組合せが更に存在し、該第２角度条件を満たす第２のコア組合せにおいて、隣接する２つのコアが異なる構造を有してもよい。また、上記第１５〜第２０の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第２１の態様として、クラッドの断面において、同一構造を有する２つのコアの中心間を結ぶ第３コア間線分が曲率半径に一致する方向と直角に、または、３０度以上の鋭角で交差する第３角度条件を満たす第３のコア組合せが更に存在してもよい。この場合、少なくとも第１のコア組合せと第３のコア組合せが存在するクラッドの断面において、第３のコア組合せにおける第３コア間線分の最小長は、第１のコア組合せにおける第１コア間線分の最大長よりも大きいのが好ましい。

更に、第２１の態様として、本発明に係る光モジュールは、上記第１５〜第２０の態様のうち何れかの態様に係る光導波路と、光入出力端を有する光電子部品とが一体化された構造を備えるのが好ましい。この場合、光導波路の第１面上に配置された、複数のコアそれぞれの一方の端面が光電子部品の光入出力端と光学的に結合する。

本実施形態に係る光ファイバ、光ファイバケーブル、光導波路、および光モジュールは、コア間クロストークを低く保ちつつコア密度を向上させることができる。

は、クロストークと曲げ半径との関係の一例を示すグラフである。 は、光ファイバに曲げが付与されたときの等価屈折率を説明する図である。 は、第１実施形態に係る光ファイバ１の断面図である。 は、第２実施形態に係る光ファイバ２の断面図である。 は、第３実施形態に係る光ファイバ３の断面図である。 は、第４実施形態に係る光ファイバ４の断面図である。 は、第５実施形態に係る光ファイバ５の断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ６Ａの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ６Ｂの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ６Ｃの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ６Ｄの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ７Ａの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ７Ｂの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ７Ｃの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ８Ａの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ８Ｂの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ８Ｃの断面図である。 は、変形例に係る光ファイバ８Ｄの断面図である。 は、シリコンフォトニクスチップにより光トランシーバを実現した伝送リンクの構成を示す図である。 は、本実施形態に係る光導波路２２０の構成を示す斜視図である。 は、本実施形態に係る光導波路２２０の一端面を示す図である。 は、本実施形態に係る光導波路２２０の断面図（図２０のI-I線に沿った断面）である。 は、本実施形態に係る光導波路２２０の断面図（図２０のI-I線に沿った断面）である。 は、ファイバ曲げ半径５ｃｍのときのコア間隔と波長１.３１μｍに於けるクロストーク係数との関係を示すグラフである。 は、ファイバ曲げ半径８０ｃｍのときのコア間隔と波長１.５５μｍに於けるクロストーク係数との関係を示すグラフである。 は、本実施形態に係る光ファイバケーブル９の断面図およびスペーサ９２の斜視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

先ず、光ファイバのコア間クロストークの統計平均値（以下、単にクロストークという。）と曲げ半径との関係について説明する。コア間のパワー結合係数が大きいほど、コア間クロストークは大きい。また、コア間のパワー結合係数は、各コアの電界分布の重なりの大きさ、および、コア間の位相整合の大きさに依存する。すなわち、各コアの電界分布の重なりが大きいほど、また、コア間の位相整合が大きいほど、コア間のパワー結合係数は大きくなり、コア間クロストークは大きい。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、クロストークと曲げ半径との関係の一例を示すグラフである。特に、図１（Ａ）は、隣り合う２つのコア構造が互いに異なる場合の関係を示し、図１（Ｂ）は、隣り合う２つのコア構造が互いに等しい場合の関係を示す。なお、コア構造は、コアの屈折率分布を意味する。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）の出典は、文献「K. Saito et al., “Homogeneous and Heterogeneous
Multi-core fibers,” IEEE Summer Topical s2012, TuC4.4.」である。

異種コア間では、図１（Ａ）に示されたように、曲げ半径が小さくなると或る曲げ半径で急激にクロストークは大きくなり、更に曲げ半径が小さくなるとクロストークは徐々に小さくなる。異種コア間クロストークが急激に変化する閾値曲げ半径はＲ_pkとして表される（文献「T. Hayashi et al., “Cross talk variation of multi-core fibre due to fibre bend,” ECOC2010, We.8.F.6.」を参照）。一方、同種コア間では、図１（Ｂ）に示されたように、曲げ半径が小さくなるとクロストークは単調に減少していく。広い範囲の曲げ半径でクロストークをより小さくできるのは異種コア間の場合である。しかし、光ファイバ実使用時にクロストークの劣化が生じないように閾値曲げ半径Ｒ_pkを十分小さくする為には、伝送特性に影響が出るほどコア間の構造差を大きくする必要がある。

光ファイバのクロストークが図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるような挙動を示すのは、光ファイバが長手方向の軸周りにランダムに、或いは意図されて捻れていることが原因である。これについて図を用いて説明する。光ファイバに曲げが付与されると、各コアの曲げ径が僅かに異なることにより、各コアの光路長が僅かに変化する。この光路長の変化は、直線状の光ファイバにおける屈折率の変化で等価的に表される。この変化した屈折率を等価屈折率と呼ぶ。

図２（Ａ）〜図２（Ｆ）は、光ファイバに曲げが付与されたときの等価屈折率を説明する図である。特に、図２（Ａ）は、各パラメータの定義を説明するための図である。図２（Ｂ）は、角度θ（ラジアン）と実効屈折率の関係を示すグラフである。図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）は、θ＝０、θ＝π／２、θ＝３π／４、θ＝πにおける屈折率分布を示す。中心に位置するコアｍの等価実効屈折率ｎ_eqeff,ｍは一定である。これに対して、コアｍから距離Ｄ_nm離れたコアｎの等価実効屈折率ｎ_eqeff，nは、実際の実効屈折率ｎ_eff,n、曲げ半径Ｒ_b、および、ファイバ断面上でのコアｎの極座標位置（ｒ_n,θ_n）を用いて、下記（１）式で表される。図２（Ｃ）〜図２（Ｆ）に示されたように、コア間で実際の実効屈折率が互いに異なっていても、曲げと捻れによってはコア間で等価実効屈折率が互いに等しくなる場合がある。これは、曲げ半径Ｒ_bが下記（２）式で表されるときに起こる。コア間で位相が整合することは、換言すれば、コア間で等価実効屈折率が互いに等しくなる（或いは極めて近くなる）ことであるので、異種コア間での位相整合は、このような小さな曲げ半径では大きくなり、クロストークが大きくなる。

同種コア間では、どんな曲げ半径でもθ＝±π／２で必ずコア間の位相が整合するので、異種コア間よりクロストークが下がりにくい。しかし、同種コア間では、曲げ半径を小さくすると、実際の実効屈折率と等価実効屈折率との差が大きくなり、位相整合の“量”は少なくなる（つまり、コア間で等価実効屈折率が極めて近くなることが少なくなる）ので、クロストークは徐々に小さくなる。

本実施形態は、光ファイバ断面におけるコア配置が曲げに対して捻れにくい構造の光ファイバ、および、それを内蔵する光ファイバケーブルに関する。本実施形態では、捻れにくいことで、捻れに起因するコア間の位相整合が生じにくく、従来より低いクロストークや高いコア密度（短いコア間隔）を実現することができる。

以下に説明する各実施形態の光ファイバは、ファイバ長手方向に延在する複数のコアがクラッドにより覆われ、該クラッドが樹脂により被覆された光ファイバであって、ファイバ長手方向に垂直な断面上での構造が円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さないことにより、ファイバ長手軸に直交する断面上での特定方向（曲げ容易方向）にのみ特異的に曲がりやすい（すなわち、曲げ容易方向が特異的に曲げ径方向になりやすい）。更に、各実施形態に係る光ファイバは、ファイバ長手軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分（第１コア間線分）が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす組合せ（第１コア組合せ）が１つ以上あり、その全ての組合せにおいて、隣接する２つのコア構造が同一である。なお、「隣接する２つのコア構造が同一、同種、等しい」とは、隣接する２つのコア間での上記（２）式中のＲ_ｐｋが５０ｃｍ以上であることを意味し、「隣接する２つのコア構造が異種、異なる」とは、隣接する２つのコア間での上記（２）式中のＲ_ｐｋが５０ｃｍ未満であることを意味する。

以下では、説明を容易にする為に、ファイバ長手軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満である組合せである為に、隣接する２つのコア構造が同一となる一連のコアの集まりをコアグループと呼び説明を行う。曲げ容易方向と曲げ径方向に若干のズレが生じる場合を考えると、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満である２コア間において、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が１５度未満であることが更に望ましく、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が５度未満であることが更に望ましく、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向に対して平行であることが更に望ましい。

図３は、第１実施形態に係る光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、８本のコア１１とこれらコア１１それぞれを覆うクラッド１２で構成された、石英ガラスからなる裸ファイバを含み、該クラッド１２が被覆（樹脂）１３により覆われている。光ファイバ１の断面の被覆形状は凡そ矩形形状を有しており、被覆径及びクラッド径が最も短い曲げ容易方向は同図における縦方向である。光ファイバ１は、４本のコア１１で構成されるコアグループ１４_１と、他の４本のコア１１で構成されるコアグループ１４_２とを備える。１つのコアグループに含まれる隣接するコア１１同士は、同一構造を有し、前述の通り、ファイバ長手軸に直交する断面上で、その中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満である。コアグループ１４_１〜１４_２のそれぞれに含まれるコア１１は、曲げ容易方向の同一軸上に配列されている。

図４は、第２実施形態に係る光ファイバ２の断面図である。光ファイバ２は、８本のコア２１がクラッド２２により覆われ、該クラッド２２が被覆（樹脂）２３により覆われている。光ファイバ２の断面の被覆形状は凡そ楕円形状を有しており、被覆径及びクラッド径が最も短い曲げ容易方向は同図における縦方向である。光ファイバ２は、４本のコア２１で構成されるコアグループ２４_１と、他の４本のコア２１で構成されるコアグループ２４_２とを備える。コアグループ２４_１〜２４_２のそれぞれに含まれる４本のコア２１は曲げ容易方向の同一軸上に配列されている。前述の通り、コアグループ１４_１〜１４_２のそれぞれは、互いに等しい構造のコア２１のみによって構成されている。

図５は、第３実施形態に係る光ファイバ３の断面図である。光ファイバ３は、８本のコア３１がクラッド３２により覆われ、該クラッド３２が被覆（樹脂）３３により覆われている。光ファイバ３の断面の被覆形状において、被覆径及びクラッド径が最も短い曲げ容易方向は同図における縦方向である。光ファイバ３は、４本のコア３１で構成されるコアグループ３４_１と、他の４本のコア３１で構成されるコアグループ３４_２とを備える。コアグループ３４_１〜３４_２のそれぞれに含まれる４本のコア３１は曲げ容易方向の同一軸上に配列されている。前述の通り、コアグループ３４_１〜３４_２のそれぞれは、互いに等しい構造のコア３１のみによって構成されている。

図６は、第４実施形態に係る光ファイバ４の断面図である。光ファイバ４は、４本のコア４１がクラッド（クラッド要素）４２_１により覆われ、４本のコア４１がクラッド（クラッド要素）４２_２により覆われ、８本のコア４１がクラッド（クラッド要素）４２_３により覆われ、４本のコア４１がクラッド（クラッド要素）４２_４により覆われ、これら４つのクラッド４２_１〜４２_４が被覆（樹脂）４３により覆われている。光ファイバ４の断面の被覆形状は凡そ矩形形状を有する。曲げ容易方向は、被覆径が最も短い方向であり、かつ、ファイバ長手方向に垂直な断面上でクラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向である（図６における縦方向）。

光ファイバ４は、コアグループ４４_１，４４_２，４４_３Ａ，４４_３Ｂ，４４_４を備える。コアグループ４４_１は、クラッド４２_１により覆われている４本のコア４１で構成される。コアグループ４４_２は、クラッド４２_２により覆われている４本のコア４１で構成される。コアグループ４４_３Ａは、クラッド４２_３により覆われている４本のコア４１で構成される。コアグループ４４_３Ｂは、クラッド４２_３により覆われている他の４本のコア４１で構成される。コアグループ４４_４は、クラッド４２_４により覆われている４本のコア４１で構成される。

コアグループ４４_１，４４_２，４４_３Ａ，４４_３Ｂ，４４_４のそれぞれに含まれる４本のコア４１は曲げ容易方向の同一軸上に配列されている。前述の通り、コアグループ４４_１，４４_２，４４_３Ａ，４４_３Ｂ，４４_４のそれぞれは、互いに等しい構造のコア４１のみによって構成されている。

図７は、第５実施形態に係る光ファイバ５の断面図である。光ファイバ５は、８本のコア５１がクラッド（クラッド要素）５２_１により覆われ、１４本のコア５１がクラッド（クラッド要素）５２_２により覆われ、１６本のコア５１がクラッド（クラッド要素）５２_３により覆われ、２８本のコア５１がクラッド（クラッド要素）５２_４により覆われ、これら４つのクラッド５２_１〜５２_４が被覆（樹脂）５３により覆われている。光ファイバ５の断面の被覆形状は凡そ矩形形状を有する。曲げ容易方向は、被覆径が最も短い方向であり、かつ、ファイバ長手方向に垂直な断面上で、クラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向である（図７における縦方向）。

光ファイバ５は、コアグループ５４_１Ａ，５４_１Ｂ，５４_２Ａ，５４_２Ｂ，５４_２Ｃ，５４_２Ｄ，５４_３Ａ，５４_３Ｂ，５４_３Ｃ，５４_３Ｄ，５４_４Ａ，５４_４Ｂ，５４_４Ｃ，５４_４Ｄ，５４_４Ｅ，５４_４Ｆ，５４_４Ｇを備える。

コアグループ５４_１Ａは、クラッド５２_１により覆われている４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_１Ｂは、クラッド５２_１により覆われている他の４本のコア５１で構成される。

コアグループ５４_２Ａは、クラッド５２_２により覆われている３本のコア５１で構成される。コアグループ５４_２Ｂは、クラッド５２_２により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_２Ｃは、クラッド５２_２により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_２Ｄは、クラッド５２_２により覆われている他の３本のコア５１で構成される。

コアグループ５４_３Ａは、クラッド５２_３により覆われている４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_３Ｂは、クラッド５２_３により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_３Ｃは、クラッド５２_３により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_３Ｄは、クラッド５２_３により覆われている他の４本のコア５１で構成される。

コアグループ５４_４Ａは、クラッド５２_４により覆われている４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｂは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｃは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｄは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｅは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｆは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。コアグループ５４_４Ｇは、クラッド５２_４により覆われている他の４本のコア５１で構成される。

コアグループ５４_１Ａ〜５４_１Ｂ，５４_２Ａ〜５４_２Ｄ，５４_３Ａ〜５４_３Ｄ，５４_４Ａ〜５４_４Ｇのそれぞれに含まれる複数本のコア５１は曲げ容易方向の同一軸上に配列されている。コアグループ５４_１Ａ〜５４_１Ｂ，５４_２Ａ〜５４_２Ｄ，５４_３Ａ〜５４_３Ｄ，５４_４Ａ〜５４_４Ｇのそれぞれは、互いに等しい構造のコア５１のみによって構成されている。

コアグループ５４_３Ａ〜５４_３Ｄのうち、コアグループ５４_３Ａ，５４_３Ｃと、コアグループ５４_３Ｂ，５４_３Ｄとの間で、コア構造が互いに異なる。コアグループ５４_４Ａ〜５４_４Gのうち、コアグループ５４_４Ａ，５４_４Ｄ，５４_４Gと、コアグループ５４_４Ｂ，５４_４Ｅと、コアグループ５４_４Ｃ，５４_４Ｆとの間で、コア構造が互いに異なる。

これらの光ファイバ１〜５それぞれは、曲げ容易方向に特異的に曲がり易く、その場合、全長に亘って、曲げ径方向と曲げ容易方向の複数個のコア配列方向とが互いにほぼ平行となり、曲げ径方向に対するコア配置がほぼ固定された状態を容易に実現することができる。したがって、光ファイバ１〜５それぞれは、適切な曲げさえ付与すれば（例えば、曲げ半径１０ｃｍ〜１０ｍの範囲）、簡単にコアグループ内のコア間の等価実効屈折率差を全長に亘って一定以上の大きさに維持することができる。

光ファイバに含まれるコアグループは１つであってもよいし複数であってもよい。光ファイバが複数のコアグループを備える場合には、より多数のコアをファイバ断面上に配置できて有効活用できるので望ましい。本実施形態の光ファイバは、曲げ容易方向の同一軸上に配列された複数のコアで構成されるコアグループを曲げ容易方向に垂直な方向の異なる位置に複数備えるのが望ましい。

光ファイバに含まれる全てのコアグループは、一体のクラッドにより覆われていても良く、また、それぞれ個別のクラッドに覆われていてもよい。

光ファイバは、各々のコアグループに含まれる複数のコアが互いに等しい構造であることが望ましい。これにより、光ファイバが曲げ容易方向のどちら側に曲がったとしても、コア間の等価実効屈折率差と曲げ半径との関係が同様になり、曲げ方向（曲げ容易方向のどちら側に曲げるか）に対するクロストークの依存性がなくなる。

図３〜図６に示される光ファイバのように、曲げ容易方向に配列された複数のコアで構成されるコアグループが幅方向の異なる位置に複数設けられるのが望ましい。ファイバ長手軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満である組合せである隣接コア同士で構成される一連のコアの集まりが、複数設けられるのが望ましい。

図３〜図６に示される光ファイバの各コアグループや、図７のクラッド５２_１中のコアグループ５４_１Ａ，５４_１Ｂや、クラッド５２_３中のコアグループ５４_３Ａ，５４_３Ｃや５４_３Ｂ，５４_３Ｄのように、２つのコアグループの間で曲げ容易方向に垂直な同一軸上に存在する等しい構造のコア同士の間隔は、同一コアグループ内での隣接コアの曲げ容易方向間隔より大きいのが望ましい。すなわち、ファイバ長手軸に直交する断面上で、構造が同一である２コアの中心間を結ぶ線分（第３コア間線分）が曲げ容易方向と成す角が、直角又は３０度以上の鋭角となる第３角度条件を満たす組合せ（第３コア組合せ）における、前記２コア同士の中心間距離の最小値は、ファイバ長手軸に直交する断面上で、構造が同一である隣接２コアの中心間を結ぶ線分（第１コア間線分）が曲げ容易方向と成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす組合せ（第１コア組合せ）における、前記隣接２コア同士の中心間距離の最大値よりも、大きいのが望ましい。本発明の光ファイバでは、曲げ容易方向に垂直な同一軸上に存在する等しい構造のコア同士では位相整合が大きくなってしまうので、コアグループ間でのコア間の電界分布の重なりは小さくすることで、コアグループ間でのコア間クロストークを小さくできる。

図７のクラッド５２_２中のコアグループ５４_２Ａ〜５４_２Ｄのように、隣接する２つのコアグループの間では、曲げ容易方向に垂直な方向に平行な位置にコアが存在しないと更に望ましい。これにより、隣接コアグループ間での位相整合を防ぐことができる。隣接コアグループではない十分離れた（電界分布の重なりの小さい）コアグループ間では、曲げ容易方向に垂直な方向に平行な位置にコアが存在してもよい。

図７のクラッド５２_３中のコアグループ５４_３Ａ〜５４_３Ｄのように、隣接する２つのコアグループの間でコア構造が互いに異なるのが望ましい。すなわち、ファイバ長手軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分（第２コア間線分）が曲げ容易方向と成す角が、直角又は３０度以上の鋭角となる第２角度条件を満たす組合せ（第２コア組合せ）において、隣接する２つのコア構造が異なることが望ましい。本発明の光ファイバの曲げ方向は、曲げ容易方向に限定されるので、隣接するコアグループ間で曲げ容易方向に垂直な方向に平行な位置の異なる構造のコア同士では、曲げや捻れに起因する位相整合を抑えることができ、クロストークを小さくできる。

図７のクラッド５２_４中のコアグループ５４_４Ａ〜５４_４Ｇのように、３種類以上の異種型コアを用いて、隣接する２つのコアグループの間では、コアグループ毎にコア構造が異なり、かつ、隣接コアグループ間で幅方向に平行な位置にコアが存在しない構成にすると、幅に平行な位置に存在する同種コア同士の間隔を非常に大きくでき、異なるコアグループ間でのコア間クロストークを小さくすることができる。

光ファイバにおいて、クロストークを小さくすることができるということは、クロストークを一定に保つとしたら従来の光ファイバよりコア間隔を短くできる（コア密度を高められる）ということに他ならない。

本発明に係る光ファイバの実施形態としては、上記の形態の他に、以下のような様々な形態も適用可能である。

図８は、変形例に係る光ファイバ６Ａの断面図である。光ファイバ６Ａでは、同一構造を有する４本のコア６１がクラッド６２により覆われ、該クラッド６２が被覆（樹脂）６３により覆われている。クラッド６２の断面形状は円形であり、被覆６３の断面形状は略楕円形である。被覆６３の断面形状は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。被覆径が最も短い方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア６１が配列されている。

図９は、変形例に係る光ファイバ６Ｂの断面図である。光ファイバ６Ｂでは、同一構造を有する４本のコア６１がクラッド６２により覆われ、該クラッド６２が被覆（樹脂）６３により覆われている。クラッド６２の断面形状は円形であり、被覆６３の断面形状は略長方形である。被覆６３の断面形状は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。被覆径が最も短い方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア６１が配列されている。

図１０は、変形例に係る光ファイバ６Ｃの断面図である。光ファイバ６Ｃでは、同一構造を有する４本のコア６１がクラッド６２により覆われ、該クラッド６２が被覆（樹脂）６３により覆われている。クラッド６２の断面形状は略楕円形であり、被覆６３の断面形状は円形である。クラッド６２の断面形状は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。クラッド径が最も短い方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア６１が配列されている。

図１１は、変形例に係る光ファイバ６Ｄの断面図である。光ファイバ６Ｄでは、同一構造を有する４本のコア６１がクラッド６２により覆われ、該クラッド６２が被覆（樹脂）６３により覆われている。クラッド６２の断面形状は略長方形であり、被覆６３の断面形状は円形である。クラッド６２の断面形状は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。クラッド径が最も短い方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア６１が配列されている。

図１２は、変形例に係る光ファイバ７Ａの断面図である。光ファイバ７Ａでは、同一構造を有する４本のコア７１がクラッド（クラッド要素）７２により覆われており、２つのクラッド７２それぞれの断面形状が円形であり、これら２つのクラッド７２が被覆（樹脂）７３により一体的に覆われている。２つのクラッド７２の配置は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有ささない。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、クラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に複数のコア７１が各クラッド７２内で配列されている。

図１３は、変形例に係る光ファイバ７Ｂの断面図である。光ファイバ７Ｂでは、同一構造を有する２本のコア７１がクラッド（クラッド要素）７２により覆われており、４つのクラッド７２それぞれの断面形状が略楕円形であり、これら４つのクラッド７２が被覆（樹脂）７３により一体的に覆われている。クラッド７２の断面形状は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、クラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に複数のコア７１が各クラッド７２内で配列されている。

図１４は、変形例に係る光ファイバ７Ｃの断面図である。光ファイバ７Ｃでは、同一構造を有する２本のコア７１がクラッド（クラッド要素）７２により覆われており、４つのクラッド７２それぞれの断面形状が円形であり、これら４つのクラッド７２が被覆（樹脂）７３により一体的に覆われている。４つのクラッドの配置は、円対称ではなく、１回または２回の回転対称性を有し、かつ、３回以上の回転対称性を有さない。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、周の長さが最も短くなる様に全てのクラッドを包んだ閉曲線Ｃ内側の領域幅が最も短くなる方向が、曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に複数のコア７１が各クラッド７２内で配列されている。

図１５は、変形例に係る光ファイバ８Ａの断面図である。光ファイバ８Ａでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が２つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により覆われている。２つの曲げ方向制御部８５それぞれは、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３より高いヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、曲げ方向制御部８５に含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。なお、クラッド８２と被覆８３は同一樹脂材料で構成されてもよい。この場合、クラッド８２と被覆８３が一体化した同一樹脂材料からなる樹脂領域が、コア８１よりも低い屈折率を有するクラッドとなる。また、曲げ方向制御部を有さない上述の各実施形態に係る光ファイバのように、曲げ容易方向が特定可能な断面形状を有する光ファイバの場合、クラッドと被覆が同一樹脂材料で構成されてもよい。

図１６は、変形例に係る光ファイバ８Ｂの断面図である。光ファイバ８Ｂでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が２つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により覆われている。２つの曲げ方向制御部８５それぞれは、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３より高いヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上での、周の長さが最も短くなる様に全ての曲げ方向制御部８５を包んだ閉曲線Ｃ内側の領域幅が最も短くなる方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。

図１７は、変形例に係る光ファイバ８Ｃの断面図である。光ファイバ８Ｃでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が１つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により被覆されている。曲げ方向制御部８５は、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３と同等のヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、曲げ方向制御部８５とクラッド８２に含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。

図１８は、変形例に係る光ファイバ８Ｄの断面図である。光ファイバ８Ｄでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が１つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により覆われている。曲げ方向制御部８５は、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３と同等のヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上での、周の長さが最も短くなる様に全ての曲げ方向制御部８５とクラッド８２を包んだ閉曲線Ｃ内側の領域幅が最も短くなる方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。

ファイバ長手方向に垂直な断面上で、被覆径が最も短い曲げ容易方向と直交する方向での被覆径は、前記曲げ容易方向での被覆径の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。クラッド径が最も短い曲げ容易方向と直交する方向での被覆径は、前記曲げ容易方向での被覆径の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。クラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線上の前記長さの和は、前記直線に垂直な直線上でクラッドに含まれる部分の長さの和の極大値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。周の長さが最も短くなる様に全てのクラッドを包んだ閉曲線内側の領域幅の最大値は、前記閉曲線内側の領域幅の最小値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。曲げ方向制御部に含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線上の前記長さの和は、前記直線に垂直な直線上で曲げ方向制御部に含まれる部分の長さの和の極大値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。周の長さが最も短くなる様に全ての曲げ方向制御部を包んだ閉曲線内側の領域幅の最大値は、前記閉曲線内側の領域幅の最小値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。曲げ方向制御部とクラッドに含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線上の前記長さの和は、前記直線に垂直な直線上で曲げ方向制御部とクラッドに含まれる部分の長さの和の極大値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。周の長さが最も短くなる様に全ての曲げ方向制御部とクラッドを包んだ閉曲線内側の領域幅の最大値は、前記閉曲線内側の領域幅の最小値の、１.２倍以上であり、より望ましくは１.５倍以上、更に望ましくは２倍以上である。このようにすることで、本実施形態の光ファイバは、より安定して曲げ容易方向を曲げ径方向として曲がりやすくなる。

ところで、シリコンフォトニクスチップにより光トランシーバを実現した伝送リンク（図１９）を考える。図１９に示された伝送リンク１００では、光ファイバ４００を介して光トランシーバ２００と光トランシーバ３００とが双方向光通信をすることができる。光トランシーバ２００では、電気信号線２４０を経て到達した電気信号はシリコンフォトニクスチップ（光電子部品）２１０により光信号に変換され、その光信号は光導波路２２０および接続用治具２３０を経て光ファイバ４００へ送出される。光トランシーバ３００では、光ファイバ４００を経て到達した光信号は接続用治具３３０および光導波路３２０を経てシリコンフォトニクスチップ（光電子部品）３１０に入力されて電気信号に変換され、その電気信号は電気信号線３４０へ送出される。これとは逆の方向の信号伝送も可能である。光ファイバ４００の途中に、コネクタや、融着、端面の突き合わせによる光ファイバ同士の接続箇所があってもよい。なお、光トランシーバ２００には、シリコンフォトニクスチップ２１０と光導波路２２０が一体化された光モジュールが採用されてもよい。同様に、光トランシーバ３００も、光導波路３２０とシリコンフォトニクスチップ３１０とが一体化された光モジュールが採用されてもよい。

各光トランシーバにおいて、シリコンフォトニクスチップ，光導波路および接続用治具は筐体内に収納される。図１９に示されたように、複数のコア２２１がクラッド２２２に覆われた光導波路２２０を用意するとともに、複数のコア３２１がクラッド３２２に覆われた光導波路３２０を用意して、シリコンフォトニクスチップと光導波路とを互いに接続し、光導波路で光の伝搬方向を小さな曲率半径でほぼ９０度曲げて、そして接続用治具を介して光導波路と光ファイバとを接続することで、光トランシーバ筐体の高さを抑えコンパクトなサイズを実現することができる。これによって、光ファイバに小さな曲率半径の曲げを付与することなく、光の進行方向を曲げることができるので、曲げ応力による光ファイバの破断の可能性を低減することができる。

図２０は、光導波路２２０の構成を示す斜視図である。図２１は、光導波路２２０の一端面（第１平面２２３または第２平面２２４）を示す図である。図２２および図２３は、異なる構造の光導波路２２０の断面図（図２０のI-I線に沿った断面）の２つの例である。以下では光導波路２２０について説明するが、光導波路３２０についても同様である。光導波路２２０は、同一構造の複数のコア２２１と、これら複数のコア２２１を覆うクラッド２２２と、クラッド２２２を覆う樹脂とを有する。コア２２１の屈折率よりクラッド２２２の屈折率が低い。光導波路２２０は、第１平面（第１光入出力面）２２３と第２平面（第２光入出力面）２２４との間で各コア２２１により光を導光することができる。

コア２２１は小さい曲率半径の曲げ部を有する。この曲げ部により、第１平面２２３および第２平面２２４それぞれにおけるコア２２１の中心軸II、IIIのなす角度γ（図２２参照）は、曲げ補角であり、５８度乃至９０度であることが好適であり、７４度乃至９０度であることが更に好適である。第１平面２２３及び第２平面２２４とコア２２１とのなす角度α，β（図２２参照）は、鋭角が７４度以上であるか直角であることが好適であり、鋭角が８０度乃至８４度であることが更に好適である。曲げ部におけるコア２２１中心軸の曲率半径は、１５ｍｍ以下であることが望ましく、１０ｍｍ以下であることが更に望ましく、７.５ｍｍ以下であることが更に望ましく、５ｍｍ以下であることが更に望ましく、４ｍｍ以下であることが更に望ましい。

曲げ部において、コアの中心軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分（第１コア間線分）がコアの曲げ径方向と成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす組合せ（第１コア組合せ）が１つ以上あり、その全ての組合せにおいて、隣接する２つのコア構造が同一であることが、該隣接する２コア間のクロストークを低下できる為に、望ましい。

曲げ部において、コアの中心軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分がコアの曲げ径方向と成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす上記組合せにおいて、２コアの中心間を結ぶ線分とコアの曲げ径方向とが成す鋭角は、１５度未満であることが更に望ましく、５度未満であることが更に望ましく、２コアの中心間を結ぶ線分とコアの曲げ径方向とが平行であることが更に望ましい。

曲げ部において、コアの中心軸に直交する断面上で、隣接する２コアの中心間を結ぶ線分（第２コア間線分）がコアの曲げ径方向と成す角が、直角又は鋭角で３０度以上となる第２角度条件を満たす組合せ（第２コア組合せ）において、隣接する２つのコア構造が異なることが望ましい。

曲げ部において、コアの中心軸に直交する断面上で、構造が同一である２コアの中心間を結ぶ線分（第３コア間線分）がコアの曲げ径方向と成す角が、直角又は鋭角で３０度以上となる第３角度条件を満たす組合せ（第３コア組合せ）における２コア同士の中心間距離の最小値は、コアの中心軸に直交する断面上で、構造が同一である隣接２コアの中心間を結ぶ線分（第１コア間線分）がコアの曲げ径方向と成す鋭角が３０度未満となる第１角度条件を満たす組合せ（第１コア組合せ）における隣接２コア同士の中心間距離の最大値よりも大きいことが望ましい。

コア数やコア配置は図の例に限らない。本発明の光導波路をシリコンフォトニクスチップおよび光ファイバに接着する際に紫外線硬化接着剤を用いることができる様に、本発明の光導波路は紫外線を１０％以上透過することが好適である。

本実施形態に係る光ファイバ、及び、光導波路において、コアおよびクラッドは、ガラスや樹脂が好適であり、純粋な又は添加物を含む石英ガラスがより望ましい。コアがガラスで、クラッドが樹脂でもよい。コアとクラッドの間に、クラッドよりも屈折率の低いトレンチ層を備えることが、更にクロストークの低減やコア間隔の短縮を図る上で、好適。前記トレンチ層は、クラッドよりも屈折率の低いガラスや樹脂で固体の層として実現するのが好適であり、また、複数の空孔をコア周囲に配置することで、周方向で平均的に屈折率をクラッドよりも低くした層として実現することが好適。コアとトレンチ層の間に、コアよりも屈折率が低く、トレンチ層よりも屈折率が高い、内側クラッド層を備えることが好適。内側クラッド層は、ガラス又は樹脂が好適である。本発明の光ファイバにおいて、曲げ方向制御部は、ガラスや金属、カーボンファイバが好適である。クラッドは樹脂により一体に被覆されていることが好適である。また、１つのクラッドには、樹脂被覆とは別に、金属コーティング又は炭素コーティングが施されるのが好適である。

ここで、本実施形態に係る光ファイバにおけるクロストーク低減の効果、または、所定のクロストークを基準とした場合のコア間隔短縮の効果について説明する。コア-クラッド間の比屈折率差Δが０.４２％前後であってコア直径が８.４μｍ前後であるステップインデックスコアを備える光ファイバについて、コア間隔およびクロストーク係数（単位長さ当たりのクロストーク増加率）を計算した結果を図２４および図２５に示す。

図２４は、ファイバ曲げ半径５ｃｍのときのコア間隔と波長１.３１μｍに於けるクロストーク係数との関係を示すグラフである。図２４において、グラフＧ２４１０は、コア配置が曲げ方向にランダムであり、かつ、同種コア同士（コア間での実効屈折率同士の比屈折率差Δｎeff＝０％）である場合（比較例の光ファイバ）、グラフＧ２４２０は、コア配置が曲げ方向にランダムであり、かつ、異種コア同士（Δｎeff＝０.０５％）である場合（比較例の光ファイバ）、グラフＧ２４４０は、コア配置が曲げ方向に平行であり、かつ、異種コア同士（Δｎeff＝０.０５％）である場合（比較例の光ファイバ）、および、グラフＧ２４３０は、コア配置が曲げ方向に平行であり、かつ、同種コア同士（Δｎeff＝０％）である場合（実施形態の光ファイバ）それぞれについて、コア間隔とクロストーク係数との関係を示している。

図２４から分かるように、１ｍ以上の長さの光ファイバでクロストークを−３０ｄＢ以下に抑える場合、実施形態の光ファイバ（コア配置は曲げ方向に平行Δｎ_ｅｆｆ＝０％）は、最もクロストークを抑圧できており、小さなコア間隔を実現できる。例えば、１００ｍの光ファイバでクロストーク−３０ｄＢ以下を実現する為には、比較例の光ファイバでは少なくとも２７μｍ以上のコア間隔が必要なのに対し、実施形態の光ファイバでは２２μｍ以上のコア間隔で良く、大幅なコア間隔低減が実現できる。数ｃｍから数十ｍ程度までの長さの短距離通信の用途を考えれば、光ファイバの大部分がこの様な小さな半径で曲げられることは十分に有り得る。

図２５は、ファイバ曲げ半径８０ｃｍのときのコア間隔と波長１.５５μｍに於けるクロストーク係数との関係を示すグラフである。図２５において、グラフＧ２５１０は、コア配置が曲げ方向にランダムであり、かつ同種コア同士（コア間での実効屈折率同士の比屈折率差Δｎeff＝０％）る場合（比較例の光ファイバ）、グラフＧ２５２０は、コア配置が曲げ方向にランダムであり、かつ、異種コア同士（Δｎeff＝０.００５％）である場合（比較例の光ファイバ）、Ｇ２５４０は、コア配置が曲げ方向に平行であり、かつ、異種コア同士（Δｎeff＝０.００５％）である場合（比較例の光ファイバ）、および、グラフＧ２５３０は、コア配置が曲げ方向に平行であり、かつ、同種コア同士（Δｎeff＝０％）である場合（実施形態の光ファイバ）それぞれについて、コア間隔とクロストーク係数との関係を示している。

図２５から分かるように、１００ｋｍ以上の長さの光ファイバ伝送リンクでクロストークを−３０ｄＢ以下に抑える場合、実施形態の光ファイバ（コア配置は曲げ方向に平行Δｎeff＝０％）は、最もクロストークを抑圧できており、小さなコア間隔を実現できる。１００ｋｍの光ファイバでクロストーク−３０ｄＢ以下を実現する為には、比較例の光ファイバでは少なくとも４４.５μｍ以上のコア間隔が必要なのに対し、実施形態の光ファイバでは４１μｍ以上のコア間隔で良く、コア間隔低減が実現できる。

図２６（Ａ）は、実施形態に係る光ファイバケーブル９の断面図であり、図２６（Ｂ）は、光ファイバケーブル９の一部を構成するスペーサ９２の斜視図である。光ファイバケーブル９は、中心軸に沿って設けられた抗張力体９１と、その抗張力体９１の周囲に溝付きスペーサ９２とを備え、溝付きスペーサ９２の外周面上にスロット９３が設けられ、そのスロット９３に光ファイバ９４が入れられていて、これら全体がケーブル被覆樹脂９５により被覆されている。光ファイバケーブル９は、スペーサ９２のスロット９３の中に光ファイバ９４が収納されている。光ファイバ９４は、リボン状で、リボンの幅方向に直交する方向が曲げ容易方向である。光ファイバ９４は、曲げ容易方向に沿ってスロット９３内に積層されている。本実施形態では、スペーサ９２のスロット９３が抗張力体９１の外周にらせん状に配置されている。光ファイバ９４は、スペーサ９２のらせん状のスロット９３内に配置されることで、曲げ容易方向に一定曲率半径で曲げられることになる。また、本実施形態の光ファイバ９４は、当該光ファイバ９４が曲げ容易方向に曲げられてもクロストークの影響を受けにくい構造となっている。そのため、光ファイバケーブル９に本実施形態の光ファイバ９４が適用された構成では、通常のマルチコア光ファイバが適用された場合と比較して、コア密度を増加させることが可能になる。さらに、スロット９３は、撚り方向が一方向のみのらせん状にスペーサ９２の表面に形成されても、また、交互に撚り方向が反転するSZ撚りのらせん状にスペーサ９２の表面に形成されてもよい。ケーブル構造に適用されるスペーサとしては、図２６（Ｂ）に示されたようなマルチスロットスペーサに限定されず、それぞれが１つのスロットのみを有する複数のシングルスペーサをらせん状に集合させたスペーサ集合体であってもよい。また、ケーブル構造には、上述のようなスペーサに代えて、複数の光ファイバの曲げ容易方向を揃えて、該複数の光ファイバを一体化する構造を有する光ファイバユニットが採用されてもよい。

光ファイバケーブル９は、スロット９３に入れられた光ファイバ９４として上記実施形態の光ファイバを内蔵し、この光ファイバは適切な曲げ半径の曲げを全長に亘り付与された状態でケーブル内に保持されている。光ファイバケーブル９中で、光ファイバは、自然と曲げ容易方向が曲げ方向となると考えられるが、曲げ容易方向を曲げ方向として保持されていることが、より望ましい。スロット９３がケーブル長手方向軸周りに捻れる構造を採用することにより、ケーブル中の光ファイバを、ケーブル長手方向軸を中心軸とする螺旋状に保持することができて、光ファイバに適切な曲げ半径を付与し続けることができる。

ケーブル化時の製造の容易さなどを考えると、適切な曲げ半径は１０ｃｍ以上であることが望ましい。また、曲げ容易方向で最も近い距離で隣接するコア同士の間隔をＤminとすると、隣接するコア間の等価実効屈折率同士の比屈折率差Δeqは下記（３）式で表される。また、コア間の実効屈折率差がファイバ長手に一定である場合は、コア間の実効屈折率差は比屈折率差で０.００５％以上であることが望ましい（文献「M. Koshiba et al.,“Heterogeneous multi-core fibers: proposal and design principle,” IEICE Electron. Express, vol. 6, no. 2, pp. 98-103, Jan. 2009.」を参照）。これらのことから、下記（４）式を満たす曲げ半径であることが望ましい。ここで、ＤminおよびＲbそれぞれの単位は同じである。

例えば、Ｄminが１５μｍであるとすると適切な曲げ半径は３ｍ以下である。Ｄminが２０μｍであるとすると適切な曲げ半径は４ｍ以下である。Ｄminが２５μｍであるとすると適切な曲げ半径は４ｍ以下である。Ｄminが３０μｍであるとすると適切な曲げ半径は６ｍ以下である。Ｄminが３５μｍであるとすると適切な曲げ半径は７ｍ以下である。Ｄminが４０μｍであるとすると適切な曲げ半径は８ｍ以下である。Ｄminが４５μｍであるとすると適切な曲げ半径は９ｍ以下である。また、Ｄminが５０μｍであるとすると適切な曲げ半径は１０ｍ以下である。

１〜８…光ファイバ、９…光ファイバケーブル、１１…コア、１２…クラッド、１３…被覆（樹脂）、１４_１〜１４_２…コアグループ、２１…コア、２２…クラッド、２３…被覆（樹脂）、２４_１〜２４_２…コアグループ、３１…コア、３２…クラッド、３３…被覆（樹脂）、３４_１〜３４_２…コアグループ、４１…コア、４２₁〜４２_４…クラッド、４３…被覆（樹脂）、４４_１，４４_２，４４_３Ａ，４４_３Ｂ，４４_４…コアグループ、５１…コア、５２_１〜５２_４…クラッド、５３…被覆（樹脂）、５４_１Ａ〜５４_１Ｂ，５４_２Ａ〜５４_２Ｄ，５４_３Ａ〜５４_３Ｄ，５４_４Ａ〜５４_４Ｇ…コアグループ、６１…コア、６２…クラッド、６３…被覆（樹脂）、７１…コア、７２…クラッド、７３…樹脂、８１…コア、８２…クラッド、８３…樹脂、８５…曲げ方向制御部、９１…抗張力体、９２…溝付きスペーサ、９３…スロット、９４…光ファイバ、９５…ケーブル被覆樹脂、１００…伝送リンク、２００…光トランシーバ、２１０…シリコンフォトニクスチップ、２２０…光導波路、２２１…コア、２２２…クラッド、２３０…接続用治具、２４０…電気信号線、３００…光トランシーバ、３１０…シリコンフォトニクスチップ、３２０…光導波路、３２１…コア、３２２…クラッド、３３０…接続用治具、３４０…電気信号線、４００…光ファイバ。

図１７は、変形例に係る光ファイバ８Ｃの断面図である。光ファイバ８Ｃでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が１つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により被覆されている。曲げ方向制御部８５は、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３よりも高いヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上で、曲げ方向制御部８５とクラッド８２に含まれる部分の長さの和が最も長くなる直線に垂直な方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。

図１８は、変形例に係る光ファイバ８Ｄの断面図である。光ファイバ８Ｄでは、同一構造を有する４本のコア８１がクラッド８２により覆われ、該クラッド８２が１つの曲げ方向制御部８５とともに被覆（樹脂）８３により覆われている。曲げ方向制御部８５は、被覆８３内にファイバ長手軸に沿って伸び、被覆８３よりも高いヤング率を有する。ファイバ長手方向に垂直な断面上での、周の長さが最も短くなる様に全ての曲げ方向制御部８５とクラッド８２を包んだ閉曲線Ｃ内側の領域幅が最も短くなる方向が曲げ容易方向となる。その曲げ容易方向に４本のコア８１が配列されている。

Claims (13)

1. 複数のコアと、前記複数のコアそれぞれを覆うクラッドと、前記複数のコアの一方の端面が配置された第１面と、前記複数のコアの他方の端面が配置された第２面と、を備え、前記複数のコアそれぞれが所定の軸方向に沿って前記第1面から前記第２面に向かって延在している光導波路であって、
   前記複数のコアは、２つの隣接するコアの組合せである第１コア組合せを含み、
   前記光導波路の曲げ容易方向または前記コアの曲げ方向が、前記コアの全長の少なくとも一部において、前記所定の軸方向に垂直な断面内での特定方向であり、
   前記第１コア組合せに属する２つのコアは、同一のコア構造を有するとともに、該２つのコアの中心間を結ぶ第１コア間線分と前記特定方向とのなす鋭角の第１角度が３０度未満となるよう、配置されている光導波路。
2. 前記第１角度が５度未満である請求項１に記載の光導波路。
3. 前記複数のコアは、２つの隣接するコアの組合せである第２コア組合せを含み、
   前記第２コア組合せに属する２つのコアは、異なるコア構造を有するとともに、該２つのコアの中心間を結ぶ第２コア間線分と前記特定方向とがなす第２角度が３０度以上の鋭角または直角となるよう、配置されている請求項１または２に記載の光導波路。
4. 前記複数のコアは、２つの隣接するコアの組合せである第３コア組合せを含み、
   前記第３コア組合せに属する２つのコアは、前記２つのコアの中心間を結ぶ第３コア間線分と前記特定方向とがなす第３角度が３０度以上の鋭角または直角となるよう、配置されており、
   前記第３コア組合せにおける前記第３コア間線分の最小長は、前記第１コア組合せにおける前記第１コア間線分の最大長よりも大きい請求項１〜３の何れか一項に記載の光導波路。
5. 前記光導波路は、前記断面内に前記複数のコアの配列構造を有する光ファイバであり、
   前記光ファイバは、前記光ファイバの構成に起因する曲げ剛性により、前記特定方向に曲げ容易方向を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の光導波路。
6. 前記光ファイバの外周面が被覆により覆われるとともに、
   第１構成は、
   前記特定方向に沿った前記クラッドの厚さが、前記特定方向に直交する方向に沿った前記クラッドの厚さよりも小さいことにより規定され、
   第２構成は、
   前記特定方向に沿った前記被覆の厚さまたは長さに関する外側サイズが、前記特定方向に直交する方向に沿った前記被覆の厚さまたは外側サイズよりも小さいことにより規定され、
   第３構成は、
   前記クラッドが、それぞれの外周面が前記被覆により覆われた複数のクラッド要素から構成され、かつ、
   前記複数のクラッド要素が、前記被覆に覆われた状態で、前記特定方向とおおむね直交する方向に沿って配置されていることにより規定され、
   第４構成は、
   前記被覆が、前記クラッドとともに追加剛性部材を覆い、かつ、
   前記クラッドと前記追加剛性部材とが、前記被覆内において、前記特定方向とおおむね直交する方向に沿って配置されていることにより規定され、
   前記光ファイバは、前記曲げ剛性を許容する構成として、前記第１〜第４構成のうち少なくとも何れかの構成を有する請求項５に記載の光導波路。
7. 前記被覆は、樹脂からなる請求項５または６に記載の光導波路。
8. 請求項５〜７の何れか一項に記載の光導波路としての前記光ファイバを内蔵する光ファイバケーブルであって、
   前記光ファイバが、前記特定方向に曲げを付与された状態でケーブル内に保持されている光ファイバケーブル。
9. 前記複数のコアそれぞれは、１５ｍｍ以下の曲率半径で前記特定方向に沿って曲げられた曲げ部と、前記第1面およびその近傍に位置する第1直線部と、前記第２面およびその近傍に位置する第２直線部と、を有し、
   前記第１および第２直線部がなす鋭角の第４角度が５８度以上である請求項１〜４の何れか一項に記載の光導波路。
10. 前記曲げ部における曲率半径が、１０ｍｍ以下、７．５ｍｍ以下、５ｍｍ以下のいずれかである請求項９に記載の光導波路。
11. 前記複数のコアそれぞれの前記第1直線部と前記第１面との角度のうち、前記曲げ部における曲率半径の中心が存在する側の角度が、７４度以上９０度以下である請求項９または１０に記載の光導波路。
12. 前記複数のコアそれぞれの前記第２直線部と前記第２面とのなす角度のうち、前記曲げ部における前記曲率半径の中心が存在する側の角度が、７４度以上９０度以下である請求項９〜１１の何れか一項に記載の光導波路。
13. 請求項１〜４、９〜１２の何れか一項に記載の光導波路と、光入出力端を有する光電子部品とが一体化された光モジュールであって、
    前記光導波路の前記第１面上に配置された、前記複数のコアそれぞれの一方の端面が前記光電子部品の光入出力端と光学的に結合している光モジュール。

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