JPWO2014109395A1 - 光部品および光通信システム - Google Patents

Abstract

本実施形態の光部品は、それぞれが同じコア配置構造を有する複数のマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）で構成される。複数の前記ＭＣＦ間において、近傍コアのコア間隔の最大偏差と使用波長における基底モードのスポットサイズの最大偏差とが、ΔΛ２／２．２２＋Δｗ２／１．７２≦１なる関係式を満たすことにより、構造のバラツキが抑制され、接続損失が１ｄＢ以下となる。

Description

本発明は、光部品およびそれを含む光通信システムに関するものである。

光通信システムでは、大容量の光通信を行うため、以下の非特許文献１に開示されたように、１つのケーブル外被内により多くの単一コア光ファイバを収納することにより光ファイバケーブルの高密化が行われている。また、更なる光伝送路の高密度化のため、光通信システムには、複数のマルチコア光ファイバが単一のケーブル外被内に収納されたマルチコア光ファイバケーブルの適用が望まれる。また、長距離の光通信を行うためには、マルチコア光ファイバケーブル同士を光学的に接続することも必要である。

ＮＴＴ技術ジャーナル2012.9、pp.88-89

発明者らは、光部品としてマルチコア光ファイバケーブルが適用される光通信システム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、相互接続性（マルチコア光ファイバケーブル同士を低損失で接続すること）まで考慮したマルチコア光ファイバケーブルは、これまで知られていなかった。

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、相互接続性に優れた複数のマルチコア光ファイバで構成された光ファイバ線路を複数本含む光部品およびそれを含む光通信システムを提供することを目的としている。なお、本明細書において光部品には、それぞれが上記マルチコア光ファイバ（以下、ＭＣＦという）を光伝送路として備えた、マルチコア光ファイバケーブル（以下、光ファイバケーブルという）、マルチコア光ファイバテープ（以下、光ファイバテープという）、マルチコア光ファイバコネクタ（以下、光コネクタという）などが含まれる。

本実施形態の第１の態様として、複数のＭＣＦそれぞれにおけるコア配列において、最も近い位置にある隣り合うコア（以下、近傍コアという）のコア中心間隔（以下、コア間隔という）の最大偏差をΔΛ（μｍ）とし、使用波長における基底モードのスポットサイズの最大偏差をΔｗ（μｍ）とするとき、当該光部品は、以下の関係式（１）〜（４）のうち少なくとも何れかの関係式を満たす。
ΔΛ²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（１）
ΔΛ²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（２）
ΔΛ²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１ …（３）
ΔΛ²／0.6²＋Δｗ²／0.7²≦１ …（４）

上記第１の態様に適用可能な第２の態様として、複数のＭＣＦそれぞれにおけるコア構造およびコア配列は、ファイバ中心軸を基準とする各コアの位置の、目標位置からのズレ量が所定値以下となり、かつ、各コアにおけるスポットサイズの、目標サイズからのズレ量が所定値以下となっているのが好ましい。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、複数のＭＣＦそれぞれは、接続されるべき別のＭＣＦと同一のコア配置構造を有するとともに、当該ＭＣＦの端面位置を確認するためのマーカーを有するのが好ましい。

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、近傍コアのコア間隔は、コア配列における最小コア中心間距離の１．１倍以下であるのが好ましい。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、複数のＭＣＦそれぞれは、格子状のコア配置構造を有してもよい。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、複数のＭＣＦそれぞれにおいて、波長１３１０ｎｍにおける光学特性として、複数のコアそれぞれは８．０μｍ以上１０．１μｍ以下のモードフィールド径を有し、または、全てのコアのモードフィールド径の平均値は８.６μｍ以上９.５μｍ以下であるのが好ましい。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、複数のＭＣＦそれぞれにおいて、複数のコアそれぞれのケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍ以下であるのが好ましい。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、複数のＭＣＦそれぞれにおいて、複数のコアそれぞれは、波長１５５０ｎｍにおける光学特性として、曲げ半径３０ｍｍ、ターン数１００において０.１ｄＢ以下の曲げ損失を有するのが好ましい。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、上記使用波長は、０.８５μｍ帯（０．８０μｍ〜０．９０μｍ）、１.３１μｍ帯（１．２６μｍ〜１．３６μｍ）、および１.５５μｍ帯（１．５３μｍ〜１．５７μｍ）のいずれかであるのが好ましい。なお、上記第１〜第９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、当該光部品は、複数のＭＣＦをその内部に収納する光ファイバ線路、または、それぞれが複数のＭＣＦをその内部に収納する複数の光ファイバ線路が光学的に接続された線路であってもよい。

上記第１〜第９の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１１の態様として、それぞれが複数のＭＣＦを光学的に接続することにより構成されるとともに所定の長手方向に沿って延びた複数の光ファイバ線路であって、これら複数の光ファイバ線路それぞれの、長手方向に直交する平面上の位置関係を維持した状態で光ファイバ線路それぞれを保持する第１保持構造を、当該光部品は備えてもよい。また、上記第１１の態様に適用可能な第１２の態様として、複数の光ファイバ線路のうち何れかの光ファイバ線路を構成する複数のＭＣＦそれぞれのコア配置構造は、複数の光ファイバ線路のうち別の光ファイバ線路を構成する複数のＭＣＦのそれぞれのコア配置構造と異なっていてもよい。上記第１１および第１２の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１３の態様として、第１保持構造は、複数の光ファイバ線路のうち少なくとも隣接する光ファイバ線路の間隔を保持するための樹脂材料を含む。

上記第１１〜第１３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１４の態様として、当該光部品は、第１保持構造とともに、複数の光ファイバ線路それぞれがその内部に収納された外被を備えてもよい。上記第１４の態様に適用可能な第１５の態様として、複数の光ファイバ線路それぞれの位置関係を保持した状態で外被内に収納された第１保持構造を、外被内の所定位置に保持する第２保持構造を、当該光部品は備えてもよい。

上記第１〜第９の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１６の態様として、当該光部品は、それぞれが所定の長手方向に沿って延びた複数のＭＣＦの端部を、長手方向に直交する平面上における位置関係を維持した状態で保持する接続部品であってもよい。上記第１６の態様に適用可能な第１７の態様として、接続部品は、複数のＭＣＦそれぞれをコア配置構造の向き、高さ、間隔において揃った状態で保持する。また、上記第１６および第１７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第１８の態様として、接続部品は、複数のＭＣＦを保持するための複数の空孔または溝を含んでもよい。

上記第１７の態様に適用可能な第１９の態様として、上記複数のＭＣＦにおいてコア配置構造が略同一であって、コア配置構造が略同一のＭＣＦ間で対応するコア同士の中心間隔の最大偏差をΔΛ_ｃｃ（μｍ）とし、光部品全体におけるスポットサイズの最大偏差をΔｗ_ａ（μｍ）とするとき、当該接続部品は、以下の関係式（５）〜（８）のうち少なくとも何れかの関係式を満たすのが好ましい。
ΔΛ_ｃｃ ²／2.2²＋Δｗ_ａ ²／1.7²≦１ …（５）
ΔΛ_ｃｃ ²／1.6²＋Δｗ_ａ ²／1.3²≦１ …（６）
ΔΛ_ｃｃ ²／0.9²＋Δｗ_ａ ²／0.9²≦１ …（７）
ΔΛ_ｃｃ ²／0.6²＋Δｗ_ａ ²／0.7²≦１ …（８）

また、上記第１６および第１７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、上記複数のＭＣＦにおいてコア配置構造が略同一であって、それぞれのコアの中心の設計位置からのずれ量の最大値をΔΛ_ｄ（μｍ）とするとき、当該接続部品は、以下の関係式（９）〜（１３）のうち少なくとも何れかの関係式を満たすのが好ましい。
（2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（９）
（2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（１０）
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（１１）
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（１２）
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１ …（１３）

第２１の態様に係る光通信システムは、光伝送路または光受動部品として、上記第１〜第２０の態様のうち少なくとも何れかの態様に係る光部品を備える。

本実施形態によれば、光ファイバ間の相互接続性に優れた光部品および光通信システムが得られる。

は、本実施形態に係る光通信システムの代表的な構造の種々の例を示す図である。 は、光ファイバ線路を構成する複数のマルチコア光ファイバの接続状態およびコア配置構造の一例を説明するための図である。 は、ＭＣＦの構造およびＭＣＰ間の接続構造の一例を説明するための図である。 は、スポットサイズｗの差異および軸ズレに対する接続損失の依存性を試算した結果を示すグラフである。 は、軸ズレおよびｗ差異それぞれの切片と接続損失との関係を纏めた表である。 は、本実施形態に係る光部品としての光ファイバテープの代表的な構造の種々の例を示す断面図である。 は、本実施形態に係る光部品としての光ファイバケーブルの代表的な構造の一例を示す断面図である。 は、本実施形態に係る光部品としての光ファイバケーブルの構造の他の例を示す断面図である。 は、本実施形態に係る光部品としての光コネクタの代表的な構造および接続構造の一例を示す断面図である。 は、本実施形態に係る光部品としての光コネクタの代表的な構造の他の例を示す断面図である。

以下、本発明に係る光部品および光通信システムの各実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面の説明において同一部位、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る光通信システムの代表的な構造の種々の例を示す図であり、光部品として、複数本の光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎで構成された光伝送路２００を含む光通信システムの構造を示す。なお、なお、「光ファイバ線路」は、光ファイバケーブル、光ファイバテープなど、複数のマルチコア光ファイバを含む集合体をいう。また、「光部品」は、光ファイバ線路単体、複数の光ファイバ線路が光学的に接続された線路または光ファイバ線路の他にコネクタなどの接続部品を含むモジュール状態の線路も対象とする。

図１の光通信システムは、送信局２１０と、受信局２２０と、送信局２１０と受信局２２０の間に配置された光伝送路２００を備える。光伝送路２００は、複数の光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎを含む。光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎのそれぞれは、それぞれが同じコア配列構造を有する複数のＭＣＦ２０１を含み、これら複数のＭＣＦ２０１が互いに光学的に接続されることにより構成されている。光ファイバ線路２００Ａに対応する構成として、送信局２１０には、複数の信号光源２１１Ａ（ＴＸ）が配置されており、これら信号光源２１１Ａからの信号光（単一コア光ファイバ内を伝搬）は、光ジョイント２１２Ａを介してＭＣＦの各コアに結合される。同様に、光ファイバ線路２００Ｂ〜２００Ｎのそれぞれに対応する構成として、送信局２１０には、複数の信号光源２１１Ｂ（ＴＸ）〜２１１Ｎ（ＴＸ）が配置されており、信号光源２１１Ｂ〜２１１Ｎからの信号光（単一コア光ファイバ内を伝搬）は、光ジョイント２１２Ｂ〜２１２Ｎを介して対応するＭＣＦそれぞれの各コアに結合される。光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎの端部に取り付けられた光コネクタ２１３と光ジョイント２１２Ａ〜２１２Ｎの間には、光受動部品２５０が配置されている。光受動部品２５０は、光ジョイント２１２Ａ〜２１２Ｎと光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎを、光コネクタ２１３を介して接続するための光コネクタ２５１と、光ジョイント２１２Ａ〜２１２Ｎと光コネクタ２５１の間に並列配置された複数のＭＣＦと、光コネクタ２５１と光コネクタ２１３の間に並列配置された複数のＭＣＦを含む。また、光ファイバ線路２００Ａに対応する構成として、受信局２２０には、複数の受信器２２１Ａ（ＲＸ）が配置されている。受信器２２１Ａのそれぞれには単一コア光ファイバが接続されており、単一コア光ファイバそれぞれは、光分岐器２２２Ａを介して、対応するＭＣＦの各コアに光学的に接続されている。同様に、光ファイバ線路２００Ｂ〜２００Ｎのそれぞれに対応する構成として、受信局２２０には、複数の受信器２２１Ｂ（ＲＸ）〜２２１Ｎ（ＲＸ）が配置されており、受信器２２１Ｂ〜２２１Ｎに接続された単一コア光ファイバは、光ジョイント２２２Ｂ〜２２２Ｎを介して対応するＭＣＦそれぞれの各コアに結合される。光伝送路２００の光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎの端部に取り付けられた光コネクタ２２３と光ジョイント２２２Ａ〜２２２Ｎの間には、光受動部品２６０が配置されている。光受動部品２６０は、光ジョイント２２２Ａ〜２２２Ｎと光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎを、光コネクタ２２３を介して接続するための光コネクタ２６１と、光コネクタ２２３と光コネクタ２６１の間に並列配置された複数のＭＣＦと、光コネクタ２６１と光ジョイント２２２Ａ〜２２２Ｎの間に並列配置された複数のＭＣＦを含む。なお、図１の構成では、光伝送路２００、光受動部品２５０、２６０の少なくとも何れかが本実施形態の光部品として機能し得る。

光伝送路２００に含まれる光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎのそれぞれは、図２（Ａ）に示されたように、同じコア配置構造を有する複数のＭＣＦ２０１が縦列接続された構造を有する。なお、図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）それぞれは、図２（Ａ）中の矢印Ａ〜Ｅで指示された位置のＭＣＦ２０１の断面構造を示す。

図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）に示されたように、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎそれぞれを構成する複数のＭＣＦ２０１それぞれは、断面上において共通クラッド３２０を介して隣り合うコア３１０のうち、中心間距離で規定されるコア間隔Λ_Ａ〜Λ_Ｅが最小中心間距離の１．１倍以下である近傍コアの組を複数含む。したがって、Ａ地点のＭＣＦ２０１では、図２（Ｂ）に示されたコア配置構造が六方最密格子（最少単位である三角格子を複数組み合わせることにより構成を含む）の場合、Λ_Ａ（１）〜Λ_Ａ（１２）の近傍コア間隔が確認できる。なお、括弧書きの１〜１２は、１２本の破線で示した近傍コア間隔を指す。以下も、同様とする。同様に、Ｂ地点のＭＣＦ２０１では、図２（Ｃ）においてΛ_Ｂ（１）〜Λ_Ｂ（１２）の近傍コア間隔が確認でき、Ｃ地点のＭＣＦ２０１では、図２（Ｄ）においてΛ_Ｃ（１）〜Λ_Ｃ（１２）の近傍コア間隔が確認でき、Ｄ地点のＭＣＦ２０１では、図２（Ｅ）においてΛ_Ｄ（１）〜Λ_Ｄ（１２）の近傍コア間隔が確認でき、Ｅ地点のＭＣＦ２０１では、図２（Ｆ）においてΛ_Ｅ（１）〜Λ_Ｅ（１２）の近傍コア間隔が確認できる。

なお、図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）には、１本の光ファイバ線路を構成するＭＣＦ２０１それぞれのコア配置構造として、三角格子を最小単位とする六方最密格子が示されたが、矩形格子を最小単位とする格子状のコア配置構造が採用されてもよい。ＭＣＦ間の接続構造が図３に示されている。図３（Ａ）に示されたＭＣＦ３００は、矩形格子を最小単位とする格子状のコア配置構造が採用されたＭＣＦであるが、図１に示されたＭＣＦ２０１に相当している。ＭＣＦ３００は、樹脂コート３６０のない石英ガラスファイバ３５０（以下、ガラスファイバという）と、ガラスファイバ３５０の外周面上に設けられた樹脂コート３６０を備える。ガラスファイバ３５０は、矩形格子を最小単位とする格子状に配列された複数のコア３１０とこれら複数のコア３１０それぞれを取り囲む共通クラッド３２０を備える。なお、樹脂コート３６０の表面には、コア３１０の配列位置を特定するため、または端面位置を区別するためのマーカーＭが形成されている。光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎそれぞれにおいて、隣接するＭＣＦ３００は、図３（Ｂ）に示されたように、接続点３７０においてガラスファイバ３５０の端面同士が融着されることにより接続される。また、この接続部分では樹脂コート３６０が除去されているため、樹脂材料３８０により保護されている。

２本のＭＣＦ２０１（３００）を接続した際の接続損失の主たる要因は、モードフィールド径またはスポットサイズｗ（モードフィールド径の半分の値）の不整合およびコア中心位置ずれ（軸ズレ）と考えられる。図４は、スポットサイズｗの差異および軸ズレに対する接続損失の依存性を試算した結果を示すグラフである。なお、図４において、横軸は軸ズレであり、縦軸はスポットサイズｗの差異（ｗ差異）である。また、グラフＧ３１０は接続損失０．４ｄＢを表す等値線、同様に、グラフＧ３２０は接続損失０．８ｄＢ、グラフＧ３３０は接続損失１．２ｄＢ、グラフＧ３４０は接続損失１．６ｄＢ、グラフＧ３５０は接続損失２．０ｄＢ、グラフＧ３６０は接続損失２．４ｄＢを、それぞれ表す等値線を示す。

図４から分かるように、各接続損失におけるグラフＧ３１０〜Ｇ３６０それぞれは概ね１／４楕円状となっている。なお、試算において、各コアを導波する光の界分布をガウス型とし、接続を行う光ファイバのスポットサイズ平均値を４.６μｍとし、モードフィールド径を９.２μｍとした。

単一コア光ファイバ同士を接続する場合には、接続する２本の単一コア光ファイバそれぞれのコア中心が互いに一致するように調心を行うことで、原理的には軸ズレ量をゼロにすることが可能である。しかしながら、ＭＣＦ同士を接続する場合には、接続する２本のＭＣＦそれぞれのコア間隔に差異があると、或る一つのコアについてコア中心が一致するように調心を行っても、別のコアについてはコア中心がずれてしまう。したがって、接続する２本のＭＣＦそれぞれのコア間隔の差異が、接続を行う際の軸ズレ量の最小値を規定すると考えられる。このことから、ＭＣＦの接続損失に関しては、図４の横軸をコア間隔の差異と読み替えることができる。一方、複数のＭＣＦの中心位置を固定して、配列する空孔タイプ（図９（Ａ）および図９（Ｂ））や溝タイプ（図１０（Ａ）および図１０（Ｂ））の光コネクタを使用する場合は、コア配列の中心位置と光ファイバの中心位置との間に差異（中心差異）があると、コア間隔だけでは、接続品質を維持することは難しくなる。コア間隔の差異の他に、中心差異も考慮することで、接続品質を確保することができる。

ＭＣＦのコア間隔（すなわち、相互接続の際の軸ズレ）およびスポットサイズｗの差異から試算される接続損失を１.０、０.５、０.２または０.１ｄＢ以下に抑えるためには、図４における軸ズレおよびｗ差異それぞれの切片が図５に記載の値以下となる１／４楕円の内側に、軸ズレおよびｗ差異を収める必要がある。

すなわち、１本の光ファイバ線路において、それぞれが互いに接続されるとともに同じコア配置構造を有する複数のＭＣＦについての近傍コア間隔の最大偏差をΔΛ（μｍ）、１つのコア３１０内を伝搬する基底モードのスポットサイズであって使用波長におけるスポットサイズの最大偏差をΔｗ（μｍ）とし、ΔΛおよびΔｗが、ΔΛ²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１なる関係式を満たすことで、接続損失を１.０ｄＢ以下とすることができる。ただし、複数の光ファイバ線路間では、コア配置構造は異なっていてもよい。

なお、「コア間隔」とは、１本のＭＣＦ内において、接していないコアとコアとの中心間隔と定義する。「近傍コア」とは、１本のＭＣＦ内において所定のコア間隔で隣り合うコアであって、より具体的には、あるコアに対して最小コア間隔（最小中心間距離）の１.１倍以内の範囲のコア間隔となるコアとする。また、「所定のコア間隔」は、設計上のコア間隔を意味し、実際のコア間隔は、当該「所定のコア間隔」と概ね一致しているが、若干の偏差を生じている。「近傍コア間隔の最大偏差ΔΛ」とは、光部品を構成する複数のＭＣＦそれぞれにおける近傍コア間隔の最大偏差の最大値であり、具体的には、複数のＭＣＦそれぞれにける（「近傍コア間隔の最大値」−「近傍コア間隔の最小値」）の光ファイバ線路または光部品についての最大値を意味する。「スポットサイズの最大偏差Δｗ」とは、光ファイバ線路または光部品を構成する複数のＭＣＦのすべての接近コアそれぞれのスポットサイズ（１つのコア３１０内を伝搬する基底モードのスポットサイズであって使用波長におけるスポットサイズ）の最大偏差である。

図５に示された表を参照すれば、本実施形態の光部品に含まれる複数本の光ファイバ線路それぞれは、以下のような態様であってもよい。すなわち、光部品に含まれる複数のＭＣＦ間において、ΔΛおよびΔｗがΔΛ²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１なる関係式を満たすことで、０.５ｄＢ以下の接続損失を実現することができる。同様に、ΔΛおよびΔｗがΔΛ²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１なる関係式を満たすことで、０.２ｄＢ以下の接続損失を実現することができ、ΔΛおよびΔｗがΔΛ²／0.6²＋Δｗ²／0.7²≦１なる関係式を満たすことで、０.１ｄＢ以下の接続損失を実現することができる。

したがって、異なる設計のＭＣＦ（ただし、コア配置構造は同じ）であっても、上述の関係式を満たすように選択された複数のＭＣＦで１本の光ファイバ線路を構成する場合、得られる光ファイバ線路におけるファイバ間接続損失を低損失に抑えることが可能になる。

なお、略同一のコア配置構造を有する複数のＭＣＦで構成される光部品において、コア配置構造が略同一のＭＣＦ間で対応するコア同士の中心間隔の最大偏差をΔΛ_ｃｃ（μｍ）とし、光部品全体におけるスポットサイズの最大偏差をΔｗ_ａ（μｍ）とするとき、当該光部品は、以下の関係式のうち少なくとも何れかの関係式を満たしても１ｄＢ以下の接続損失を実現できる。
ΔΛ_ｃｃ ²／2.2²＋Δｗ_ａ ²／1.7²≦１
ΔΛ_ｃｃ ²／1.6²＋Δｗ_ａ ²／1.3²≦１
ΔΛ_ｃｃ ²／0.9²＋Δｗ_ａ ²／0.9²≦１
ΔΛ_ｃｃ ²／0.6²＋Δｗ_ａ ²／0.7²≦１

また、略同一のコア配置構造を有する複数のＭＣＦで構成される光部品において、それぞれのコアの中心の設計位置からのずれ量の最大値をΔΛ_ｄ（μｍ）とするとき（スポットサイズは上記Δｗとする）、当該光部品は、以下の関係式のうち少なくとも何れかの関係式を満たしても１ｄＢ以下の接続損失が実現できる。
（2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１
（2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１
（2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１

ＭＣＦのコア間隔の差異を低減させる手段の一つとしては、ロッドインコラプス法でＭＣＦ用母材を作製する際に、コアロッドの外径と該コアロッドを挿入するパイプの内径との間のクリアランスを小さくすることが挙げられる。例えば、直径１２５ｍｍのＭＣＦ用母材を線引して、クラッド径１２５μｍのＭＣＦを製造する場合を考えると、コアロッド外径とパイプ内径との間のクリアランスを片側０.３ｍｍ以下に抑えれば、クリアランス内でコアロッドが偏る最悪ケースを想定しても、ファイバ化後のコア間隔の差異を０.６μｍ以下に抑えることが可能になる。

一方、各コアのスポットサイズの差異を低減させる手段の一つとして、同一コア材を複数に分割して得られた複数のコア材を使用してＭＣＦを製造することが挙げられる。コア材の構造設計および製造方法の一例としては、石英ガラスからなるクラッドに対する比屈折率差が０.３４％となるように石英ガラスにＧｅＯ_２を添加したものを、ファイバ化後のコア直径が８.６μｍとなるように延伸し、その後分割する。同一コア材を分割して使用しているので、各コアの比屈折率差およびコア径それぞれの差異は抑えられ、接続損失０.１ｄＢに対応するスポットサイズの差異０.７μｍが実現可能になる。なお、光ファイバ線路として、同一コア材を使用した母材を用いて、同一条件で複数のＭＣＦを製造し、その複数のＭＣＦを用い、光ファイバ線路を製造し、コアの配列位置を特定するマーカをもとに、同一の配列位置のコア位置を接続するようにすれば、理想的な接続品質の光ファイバ線路を構成することが可能となる。

なお、本コア材の構造設計は、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が９.２μｍ、ケーブルカットオフ波長が１.１６μｍ、曲げ半径３０ｍｍで１００ターン巻かれた状態での、波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失０.０１ｄＢ以下に相当する。これは、標準的なシングルモード光ファイバの国際標準（モードフィールド径の中心値８.６〜９.５μｍ、ケーブルカットオフ波長１２６０ｎｍ以下、曲げ半径３０ｍｍで１００ターン巻かれた状態での、波長１５５０ｎｍでの曲げ損失０.１ｄＢ以下）に適合している。これにより、ＭＣＦのコアは、標準的なシングルモード光ファイバと同等の特性に設計されることで、低損失での結合が可能になる。なお、使用波長は、０.８５μｍ帯、１.３１μｍ帯、および１.５５μｍ帯の何れかを想定する。

上述の例では、ＭＣＦのコア間隔差異を０.６μｍ以下に抑えるとともに、スポットサイズ差異を０.７μｍ以下に抑える例が示されている。しかしながら、要求される接続損失の水準に応じてコア間隔差異およびスポットサイズ差異は適切に設定されればよい。例えば、ある程度大きな接続損失が許容される場合には、コアロッドとパイプとのクリアランスを上述の例より大きくすることで、パイプへのコアロッドの挿入を容易にして、ＭＣＦの生産性を向上させることができる。また、ある程度までのスポットサイズ差異を許容することにより、隣接コアのコア構造設計を意図的に異なったものとし、これにより隣接コア間のクロストークを低減させることができる。

それぞれが複数の光ファイバ線路を含む光ファイバケーブル間の接続においては、複数の光ファイバ線路が１つのケーブル外被内に収納することが考えられる。この場合でも、接続されるべきＭＣＦ同士が上述の関係式を満たしていれば、接続されるべきＭＣＦを接続されるべき光ファイバケーブル内から選別することなしに、ＭＣＦ同士を低損失で接続することが可能になる。なお、接続対象のＭＣＦ同士は、マーカー等で識別可能にしてあってもよい。

また、複数のＭＣＦを１つのケーブル外被内に収納することにより、光ファイバケーブルにおける単位断面積当りのコア数を大幅に増大させることが可能になる。例えば、外径１２ｍｍの１００心テープスロット型ケーブル（５つのスロットを有し、各スロットに４心テープファイバを５枚収納）に通常の単一コア光ファイバが使用された場合、光ファイバケーブルにおける単位断面積当りのコア数は約０.９コア／ｍｍ^２となる。これに対して、１つの光ファイバケーブルに７コアを有するＭＣＦが適用されれば、１つの光ファイバケーブル内のコア数を７００に、単位断面積当りのコア数を約６.２コア／ｍｍ^２まで増大させることが可能になる。既存の光ファイバケーブルでは２００心でも最大の単位断面積当りのコア数が約２.１／ｍｍ^２であるので（非特許文献１参照）、ＭＣＦケーブルによるコア数増の効果は絶大であると言える。コア数の増大に伴って光ファイバケーブル相互の接続作業および接続損失の低減は困難になると予想されるが、本実施形態の光部品であれば、上記の理由により低損失でのＭＣＦ間接続が可能になる。

なお、複数の光ファイバ線路を含む本実施形態の光部品は、図１の光伝送路２００の他、光受動部品への適用も可能である。具体的には、光伝送路２００に本実施形態の光部品が適用される場合、当該光伝送路２００は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示されたような光ファイバテープや、図７および図８（Ａ）〜図８（Ｂ）に示されたような光ファイバケーブルとして機能し得る。また、図１の光受動部品２５０、２６０等に本実施形態の光部品が適用される場合、当該光部品は、図９（Ａ）〜図９（Ｂ）および図１０（Ａ）〜図１０（Ｂ）に示されたような光コネクタとして機能し得る。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、本実施形態に係る光部品としての光ファイバテープの代表的な構造の種々の例を示す断面図である。具体的に、図６（Ａ）に示された光ファイバテープ２００１（例えば光伝送路２００に相当）は、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれの、長手方向に直交する平面上における位置関係を維持した状態で、これら光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれを一体的に保持する樹脂材料からなる第１保持構造４００Ａを備える。この光ファイバテープ２００１では、第１保持構造４００Ａは、略矩形の断面構造を有する。なお、光ファイバ線路２００Ａ〜２００ＤにおけるＭＣＦは、ガラスファイバ３５０と、ガラスファイバ３５０の外周面上に設けられた樹脂コート３６０を備える。ガラスファイバ３５０は、矩形格子を最小単位とした格子状に配列された複数のコア３１０と、複数のコア３１０それぞれを覆う共通クラッド３２０を備える。

図６（Ｂ）に示された光ファイバテープ２００２は、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれの、長手方向に直交する平面上における位置関係を維持した状態で、これら光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれを一体的に保持する樹脂材料からなる第１保持構造４００Ｂを備える。この第１保持構造４００Ｂは、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれの断面形状に合わせて凹凸のある断面形状を有する。

また、図６（Ｃ）に示された光ファイバテープ２００３も、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれの、長手方向に直交する平面上における位置関係を維持した状態で、これら光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄそれぞれを保持する樹脂材料からなる第１保持構造４００Ｃを備える。ただし、第１保持構造４００Ｃは、隣接する光ファイバ線路のＭＣＦのみの位置関係を保持している点で、上述の第１保持構造４００Ａ、４００Ｂとは異なる。

本実施形態に係る光部品には、図７に示された光ファイバケーブルも適用可能である。図７に示された光ファイバケーブル２００４は、ケーブル外被５００内に光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄが収納されており、これら光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｄの、ケーブル外被５００内の位置が第１保持構造４００Ｄにより維持されている。

なお、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）および図７では、光ファイバの位置関係が維持された状態であり、対応関係のある光ファイバ同士のみに限定で、接続品質を管理できる。対応関係のない光ファイバ同士でも接続品質が確保されるよう、双方の光ファイバケーブルまたは光ファイバテープの全光ファイバ同士を想定して、設定していれば、位置関係が維持されていない光ファイバケーブルまたは光ファイバテープとなってもよい。

また、本実施形態に係る光部品には、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示された光ファイバケーブルがケーブル外被５００内に収納された光ファイバケーブルも適用可能である。例えば、図８（Ａ）に示された光ファイバケーブル２００５は、ケーブル外被５００内に、それぞれが図６（Ａ）の光ファイバテープ２００１と同様の構造を有する複数の光ファイバテープが収納されている。当該光ファイバケーブル２００５に含まれる光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎは複数グループに分けられており、それぞれのグループが光ファイバテープを構成する。すなわち、１つのグループに属する複数の光ファイバ線路が第１保持構造４００Ａにより一体的に保持されることにより、光ファイバテープを構成している。

図８（Ｂ）に示された光ファイバケーブル２００６も、ケーブル外被５００内に複数の光ファイバテープが収納されているが、これら複数の光ファイバテープを複数のグループに分けてケーブル外被５００内の所定位置に保持する第２保持構造４５０を更に備えている点で、光ファイバケーブル２００６は光ファイバケーブル２００５と異なる。すなわち、光ファイバケーブル２００６において、第２保持構造４５０はスロッテッドロッドであり、各スロットには複数の光ファイバテープが積層された状態で収納されている。なお、各スロットに収納される光ファイバテープの第１保持構造は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示された第１保持構造４００Ａ〜４００Ｃの何れであってもよい。

更に、本実施形態に係る光部品の第１保持構造は、例えば図９（Ａ）や図１０（Ａ）に示されたようなコネクタ部品（接続部品）であってもよい。図９（Ａ）のコネクタ部品は、図１に示された光コネクタ２１３、２２３の一部として機能可能であり、このようなコネクタ部品を利用することにより、図９（Ｂ）に示された光受動部品２５０、２６０に含まれる光コネクタ２５１、２６１を構成することも可能である。また、図１０（Ａ）のコネクタ部品も、図１に示された光コネクタ２１３、２２３の一部として機能可能であり、このようなコネクタ部品を利用することにより、図１０（Ｂ）に示された光受動部品２５０、２６０に含まれる光コネクタ２５１、２６１を構成することも可能である。

すなわち、図９（Ａ）のコネクタ部品２１３１は、光ファイバ線路２００Ａ〜２００ＮそれぞれのＭＣＦ３００の端部が挿入される複数の空孔２１３３と、ガイドピン孔２１３２を備える。また、図９（Ｂ）に示されたように、光受動部品２５０、２６０に含まれる光コネクタ２５１、２６１は、それぞれが図９（Ａ）に示された構造を有するコネクタ部品２５１Ａ、２５２Ａを、ガイドピン２５３に沿って矢印Ｓ１、Ｓ２で示された方向に移動させることにより得られる。なお、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎを含む光伝送路２００は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示された光ファイバテープ２００１〜２００３が好適である。なお、コネクタ部品の接続は、ガイドピンによらず、レセプタクルを用いてもよい。

また、図１０（Ａ）のコネクタ部品（接続部品）は、光ファイバ線路２００Ａ〜２００ＮそれぞれのＭＣＦ３００の端部が設置される複数の溝２１３６を有する台座部２１３５と、台座部２１３５に対して接着固定されることにより、溝２１３６にそれぞれ設置された状態でＭＣＦ３００の端部を固定する固定部材２１３４を備える。また、図１０（Ｂ）に示されたように、光受動部品２５０、２６０に含まれる光コネクタ２５１、２６１は、それぞれが図１０（Ａ）に示された構造を有するコネクタ部品２５１Ｂ、２５２Ｂのそれぞれの端面を、接着剤２５４を介して固定することにより得られる。なお、光ファイバ線路２００Ａ〜２００Ｎを含む光伝送路２００は、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示された光ファイバテープ２００１〜２００３が好適であるが、図７、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示された光ファイバケーブル２００４〜２００６であってもよい。

２００…光伝送路、２００Ａ〜２００Ｎ…光ファイバ線路、２０１…マルチコア光ファイバ、２１２Ａ〜２１２Ｎ、２５０、２６０…光受動部品、２１２Ａ〜２１２Ｎ…光ジョイント、２２２Ａ〜２２２Ｎ…光分岐器、２１３、２５１、２２３、２６１…光コネクタ（接続部品）、２００１〜２００３（２００）…光ファイバテープ、２００４〜２００６（２００）…光ファイバケーブル。

Claims (21)

1. 複数のＭＣＦを有する光部品であって、
   前記複数のＭＣＦそれぞれにおけるコア配列において、最も近い位置にある隣り合うコアのコア中心間距離で規定される近傍コアのコア間隔の最大偏差をΔΛ（μｍ）とし、使用波長における基底モードのスポットサイズの最大偏差をΔｗ（μｍ）とするとき、
   以下の関係式（１）〜（４）のうち少なくとも何れかの関係式を満たすことを特徴とする光部品。
   ΔΛ²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（１）
   ΔΛ²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（２）
   ΔΛ²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１ …（３）
   ΔΛ²／0.6²＋Δｗ²／0.7²≦１ …（４）
2. 前記複数のＭＣＦそれぞれにおけるコア構造およびコア配列は、ファイバ中心軸を基準とする各コアの位置の、目標位置からのズレ量が所定値以下となり、かつ、各コアにおけるスポットサイズの、目標サイズからのズレ量が所定値以下となっていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
3. 前記複数のＭＣＦそれぞれは、接続されるべき別のＭＣＦと同一のコア配置構造を有するとともに、当該ＭＣＦの端面位置を確認するためのマーカーを有することを特徴とする請求項１または２に記載の光部品。
4. 前記近傍コアのコア間隔は、前記コア配列における最小コア中心間距離の１．１倍以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の光部品。
5. 前記複数のＭＣＦそれぞれは、格子状のコア配置構造を有することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の光部品。
6. 前記複数のＭＣＦそれぞれにおいて、波長１３１０ｎｍにおける光学特性として、前記複数のコアそれぞれが８．０μｍ以上かつ１０．１μｍ以下のモードフィールド径を有し、または、全てのコアのモードフィールド径の平均値が８.６μｍ以上９.５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光部品。
7. 前記複数のＭＣＦそれぞれにおいて、前記複数のコアそれぞれのケーブルカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の光部品。
8. 前記複数のＭＣＦそれぞれにおいて、前記複数のコアそれぞれが、波長１５５０ｎｍにおける光学特性として、曲げ半径３０ｍｍ、ターン数１００において０.１ｄＢ以下の曲げ損失を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の光部品。
9. 前記使用波長が、０.８５μｍ帯、１.３１μｍ帯、および１.５５μｍ帯のいずれかであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の光部品。
10. 前記複数のＭＣＦをその内部に収納する光ファイバ線路、または、それぞれが前記複数のＭＣＦをその内部に収納する複数の光ファイバ線路が光学的に接続された線路であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光部品。
11. それぞれが前記複数のＭＣＦを光学的に接続することにより構成されるとともに所定の長手方向に沿って延びた複数の光ファイバ線路であって、前記複数の光ファイバ線路それぞれの、前記長手方向に直交する平面上の位置関係を維持した状態で前記複数の光ファイバ線路それぞれを保持する第１保持構造を備えたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光部品。
12. 前記複数の光ファイバ線路のうち何れかの光ファイバ線路を構成する複数のＭＣＦそれぞれのコア配置構造は、前記複数の光ファイバ線路のうち別の光ファイバ線路を構成する複数のＭＣＦのそれぞれのコア配置構造と異なっていることを特徴とする請求項１１に記載の光部品。
13. 前記第１保持構造は、前記複数の光ファイバ線路のうち少なくとも隣接する光ファイバ線路の間隔を保持するための樹脂材料を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の光部品。
14. 前記第１保持構造とともに、前記複数の光ファイバ線路それぞれがその内部に収納された外被を備えたことを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の光部品。
15. 前記複数の光ファイバ線路それぞれの位置関係を保持した状態で前記外被内に収納された前記第１保持構造を、前記外被内の所定位置に保持する第２保持構造を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の光部品。
16. それぞれが所定の長手方向に沿って延びた前記複数のＭＣＦの端部を、前記長手方向に直交する平面上における位置関係を維持した状態で保持する接続部品であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の光部品。
17. 前記接続部品は、前記複数のＭＣＦそれぞれを、コア配置構造の向き、高さ、間隔において揃った状態で保持することを特徴とする請求項１６に記載の光部品。
18. 前記接続部品は、前記複数のＭＣＦを保持するための複数の空孔または溝を含むことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の光部品。
19. 前記複数のＭＣＦにおけるコア配置構造が略同一であって、
    前記コア配置構造が略同一のＭＣＦ間で対応するコア同士の中心間隔の最大偏差をΔΛ_ｃｃ（μｍ）とし、光部品全体における前記スポットサイズの最大偏差をΔｗ_ａ（μｍ）とするとき、当該光部品としての前記接続部品が以下の関係式（５）〜（８）のうち少なくとも何れかの関係式を満たすことを特徴とする請求項１７に記載の光部品。
    ΔΛ_ｃｃ ²／2.2²＋Δｗ_ａ ²／1.7²≦１ …（５）
    ΔΛ_ｃｃ ²／1.6²＋Δｗ_ａ ²／1.3²≦１ …（６）
    ΔΛ_ｃｃ ²／0.9²＋Δｗ_ａ ²／0.9²≦１ …（７）
    ΔΛ_ｃｃ ²／0.6²＋Δｗ_ａ ²／0.7²≦１ …（８）
20. 前記複数のＭＣＦにおけるコア配置構造が略同一であって、
    それぞれのコアの中心の設計位置からのずれ量の最大値をΔΛ_ｄ（μｍ）とするとき、当該光部品としての前記接続部品が以下の関係式（９）〜（１３）のうち少なくとも何れかの関係式を満たすことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の光部品。
    （2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（９）
    （2ΔΛ_ｄ＋1.0）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（１０）
    （2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／2.2²＋Δｗ²／1.7²≦１ …（１１）
    （2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／1.6²＋Δｗ²／1.3²≦１ …（１２）
    （2ΔΛ_ｄ＋0.5）²／0.9²＋Δｗ²／0.9²≦１ …（１３）
21. 光伝送路または光受動部品として、請求項１〜２０の何れか一項に記載の光部品を備えた光通信システム。

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