WO2013035347A1 - マルチコア光ファイバおよび光伝送方法 - Google Patents

マルチコア光ファイバおよび光伝送方法 Download PDF

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WO2013035347A1
WO2013035347A1 PCT/JP2012/050592 JP2012050592W WO2013035347A1 WO 2013035347 A1 WO2013035347 A1 WO 2013035347A1 JP 2012050592 W JP2012050592 W JP 2012050592W WO 2013035347 A1 WO2013035347 A1 WO 2013035347A1
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optical fiber
crosstalk
optical
light
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勝徳 今村
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古河電気工業株式会社
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J14/00—Optical multiplex systems
    • H04J14/04—Mode multiplex systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
    • G02B6/2835—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers

Definitions

  • the present invention relates to a multi-core optical fiber and an optical transmission method.
  • Mode multiplexing transmission is a technique for propagating each of a plurality of signal lights in a plurality of different propagation modes of an optical fiber. According to mode multiplexing transmission, the transmission capacity per optical fiber can be greatly increased.
  • a multimode optical fiber having a plurality of higher-order propagation modes is used as an optical fiber that is a transmission path. In particular, a few mode fiber that can easily control each propagation mode has attracted attention.
  • the signal lights propagating in the respective modes interfere with each other during the propagation, so that the signal lights are distorted, and there is a possibility that the signal quality is deteriorated.
  • MIMO Multiple-Input Multiple-Output
  • the MIMO technology used in radio is to transmit different independent signals on the same channel from a plurality of transmitting antennas on the transmitting station side, and receive signals using the same plurality of antennas on the receiving station side, The transfer function matrix between each transmitting antenna and the receiving antenna is obtained, the independent signal transmitted from each antenna is estimated on the transmitting station side using this transfer function matrix, and the data is reproduced.
  • the independent signal light transmitted from the transmission side can be estimated by obtaining the transfer function matrix of the optical fiber serving as the transmission path using the training signal.
  • a multi-core optical fiber having a plurality of core portions in one optical fiber is attracting attention as a means for realizing large-capacity transmission. It is expected that a large capacity can be realized by space division multiplexing (SDM) transmission by propagating separate signal light in each core part of the multi-core optical fiber.
  • SDM space division multiplexing
  • Recently, experimental results of spatial multiplexing transmission using a multi-core optical fiber have begun to be reported (for example, see Non-Patent Documents 3 and 4).
  • each of the above elements has a problem that it requires a complicated configuration and precise adjustment.
  • the spatial coupling system has a problem that it is difficult to improve coupling efficiency or reduce optical loss.
  • the present invention has been made in view of the above, and does not require a complicated configuration and precise adjustment when simultaneously inputting a plurality of signal lights, and can reduce optical loss.
  • An object is to provide an optical fiber and an optical transmission method.
  • a multi-core optical fiber according to the present invention has a plurality of core portions and a refractive index lower than the refractive index of each of the core portions and located on the outer periphery of each of the core portions.
  • the distance between the core portions adjacent to each other is such that the optical crosstalk between the core portions is -15 dB or more at a wavelength of 1550 nm and the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less. It is set as follows.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the crosstalk is less than 0 dB.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the separation distance is 25 ⁇ m to 56 ⁇ m.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the separation distance is 25 ⁇ m to 35 ⁇ m.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the separation distance is 30 ⁇ m or less.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the separation distance is 30 ⁇ m to 56 ⁇ m.
  • the core diameter of each core part is 5 ⁇ m or more and less than 13 ⁇ m, and the relative refractive index difference of each core part with respect to the cladding part is larger than 0.16% and 0. .93% or less.
  • the optical transmission method according to the present invention is characterized in that mode multiplex transmission is performed using the super mode of the multi-core optical fiber according to the present invention.
  • the super mode a field of light input to any one core part of the multi-core optical fiber propagates while being localized in the core part.
  • a super mode is used.
  • mode multiplex transmission can be performed using the super mode, when a plurality of signal lights are input simultaneously, a complicated configuration and precise adjustment are unnecessary, and optical loss can be reduced.
  • the multi-core optical fiber and the optical transmission method for mode multiplexing transmission can be realized.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system using a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an optical fiber bundle.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the length of the multi-core optical fiber and the crosstalk when the inter-core distance is changed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation result regarding the relationship between the core diameter, the relative refractive index difference ⁇ , and the crosstalk.
  • FIG. 6 is a diagram showing simulation results for the inter-core distance at which the crosstalk is 0 dB or ⁇ 15 dB.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system using a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical fiber shown in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an optical fiber bundle
  • FIG. 7 is a diagram showing simulation results for the relationship between the core diameter at which crosstalk is 0 dB or ⁇ 15 dB and the relative refractive index difference ⁇ .
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation result on the relationship between the core diameter at which the crosstalk becomes 0 dB or ⁇ 15 dB and the relative refractive index difference ⁇ .
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a field distribution of light in a weakly coupled multicore optical fiber.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the inter-core distance and the incident end crosstalk for the core portion located in the vicinity of the central axis of the multi-core optical fiber illustrated in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing the inter-core distance, the cladding outer diameter, and the coating outer diameter of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and the reference example.
  • FIG. 12 is a diagram showing transmission loss, mode field diameter (MFD), cable cutoff wavelength, bending loss, effective core cross-sectional area, and incident end crosstalk of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and Reference Example.
  • FIG. 13 is a diagram showing transmission loss spectra of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the relationship between the length of the multi-core optical fibers of Examples 1-1, 2-1 to 2-3, and 3-1 to 3-2, and crosstalk.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a field pattern of the multi-core optical fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a field pattern of the multi-core optical fiber according to the third embodiment.
  • the cable cutoff wavelength is ITU-T (International Telecommunication Union) This is the cable cutoff wavelength defined in 650.1.
  • ITU-T G International Telecommunication Union
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an optical transmission system using a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • the optical transmission system 100 includes an optical transmission device 1, an optical connector 2, a multicore optical fiber 3, an optical connector 4, and an optical reception device 5.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the multi-core optical fiber shown in FIG.
  • the multi-core optical fiber 3 includes seven core portions 311 to 317 and a clad portion 32 located on the outer periphery of each of the core portions 311 to 317.
  • the optical transmission device 1 includes, for example, seven signal light sources that are semiconductor laser elements, and outputs seven signal lights S1.
  • the optical connector 2 is configured to couple seven signal lights S1 to each of the seven core portions 311 to 317 of the multi-core optical fiber 3.
  • the optical connector 2 can be configured by a multi-core fiber connector formed by bundling optical fibers as disclosed in Non-Patent Documents 3 and 4, for example.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an optical fiber bundle that is a multi-core fiber connector formed by bundling optical fibers.
  • the optical fiber bundle 20 includes seven single mode optical fibers 21 having a core portion 21a, and a bundle portion 22 in which these single mode optical fibers 21 are bundled and integrated.
  • the core part 21a of each single mode optical fiber 21 is coupled to the seven core parts 311 to 317 of the multi-core optical fiber 3 in the same manner as the core parts 311 to 317. Arranged in shape.
  • the core portions 311 to 317 and the clad portion 32 of the multi-core optical fiber 3 are all made of quartz glass.
  • the core portion 311 is located in the vicinity of the central axis of the multi-core optical fiber 3, and the other core portions 312 to 317 are arranged so as to be located at substantially the apexes of a regular hexagon having the core portion 311 as the center of gravity.
  • the cladding part 32 has a refractive index lower than that of each of the core parts 311 to 317.
  • the core portions 311 to 317 are made of quartz glass to which Ge which is a dopant for increasing the refractive index is added.
  • the clad part 32 is made of pure quartz glass not containing a dopant for adjusting the refractive index.
  • the refractive index distribution of the core portions 311 to 317 is, for example, a step index type, but may be a W type, a W-seg type, a trench type, or the like, and is not particularly limited.
  • the core diameters and relative refractive index differences of the core portions 311 to 317 are described in, for example, ITU-T G. It may be the same as the standard single mode optical fiber defined in 652. Further, a coating may be formed on the outer periphery of the clad portion 32.
  • the cable cutoff wavelength of each of the core portions 311 to 317 is preferably 1530 nm or less.
  • the cable cut-off wavelength is set to 1530 nm or less, when the wavelength of the input light is longer than 1530 nm, for example, 1550 nm, it is not necessary to perform multi-mode control while realizing mode multiplex transmission. It can be set as a simple structure.
  • the optical connector 4 is configured so that the seven signal lights S2 output from the core portions 311 to 317 after the signal light S1 is transmitted through the multi-core optical fiber 3 can be taken out separately.
  • the optical connector 4 can also be configured by a multi-core fiber connector.
  • the light receiving device 5 includes seven light receiving elements that receive the seven signal lights S2 and convert them into electric signals, and a signal processing device that processes the electric signals converted by the light receiving elements.
  • a separation distance between adjacent core portions (hereinafter referred to as an inter-core distance) is set so that light propagating through these interferes with each other. .
  • the seven signal lights S1 input to the multi-core optical fiber 3 propagate in the seven propagation modes of the super mode.
  • Super mode is a propagation mode generated by the interaction of light propagating through different core parts when the distance between the core parts in a multi-core optical fiber is very close. Yes (see Non-Patent Document 5, for example).
  • the light field basically spreads over a plurality of core portions centering on one of the core portions. Therefore, by inputting each of the signal light S1 to each of the core portions 311 to 317 of the multi-core optical fiber 3, each super mode centering on each core portion can be selectively excited.
  • the signal light in each mode propagates more stably in the multicore optical fiber than in the case of mode multiplex transmission with a conventional multimode optical fiber.
  • the optical transmission system 100 performs an optical transmission method in which the signal light S1 is mode-multiplexed in super mode using the multi-core optical fiber 3.
  • the optical connector 2 for coupling the signal light S1 to the multicore optical fiber 3 is configured to couple the seven signal lights S1 to the seven core portions 311 to 317 of the multicore optical fiber 3, respectively.
  • Multi-core fiber connectors can be used.
  • a multi-core fiber connector for example, a multi-core fiber connector of a type in which optical fibers are bundled can be used.
  • the optical connector 2 does not require a complicated configuration and precise adjustment, and it is easy to reduce optical loss.
  • a multi-core fiber connector can also be used as the optical connector 4 for taking out the signal light S2. As described above, it is difficult to reduce the optical loss and the elements that require a complicated configuration and precise adjustment, which are necessary for coupling the signal light when realizing the mode multiplexing transmission with the conventional multimode optical fiber. It is not necessary to use a simple spatial coupling system.
  • the separation of the signal light S1 from the signal light S2 and the data reproduction can be performed by the MIMO technique using the transfer function matrix of the multi-core optical fiber 3 in the signal processing device.
  • crosstalk light crosstalk between the core portions 311 to 317
  • the power of light emitted from the core part 311 at the other end is P0 [mW].
  • the power of light emitted from another core part is P1 [mW]
  • the crosstalk can be obtained from the following formula (1). Note that in the case of a sufficiently long multi-core optical fiber having a length of about 100 m or more, the theoretical maximum value of crosstalk is 0 dB.
  • crosstalk is small (that is, the distance between the cores is large), the super mode is generated, but the number of core parts with respect to the cross-sectional area of the multicore optical fiber 3 is reduced. For this reason, the space utilization efficiency is lowered, and the effect of applying the mode multiplexing transmission technique is reduced. Therefore, if the crosstalk over the entire length of the multi-core optical fiber 3 is ⁇ 15 dB or more, it is preferable because the space utilization efficiency is high.
  • crosstalk is preferably set to ⁇ 30 dB or less. . For that purpose, for example, it is necessary to increase the distance between the cores, so that the space utilization efficiency is lowered.
  • each of the signal light S2 output from the core units 311 to 317 has a high degree of mixture of a plurality of signal lights.
  • the crosstalk in the entire length of the multi-core optical fiber 3 is less than 0 dB.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the length of the multi-core optical fiber and the crosstalk when the inter-core distance is changed.
  • Crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the structure of the multicore optical fiber is as shown in FIG.
  • the refractive index profile of the core part is a step index type
  • the core part diameter (core diameter) is 8.6 ⁇ m
  • the relative refractive index difference ⁇ of the core part with respect to the cladding part is 0.34%.
  • the core part is set to the same inter-core distance.
  • the crosstalk increases as the length of the multi-core optical fiber increases.
  • the crosstalk becomes smaller as the distance between the cores becomes larger.
  • the transmission distance assumed in the optical transmission system is generally 100 m to 100 km. Therefore, in the length of the multi-core optical fiber corresponding to the assumed transmission distance, the refractive index profile of the core portion and the inter-core distance are set so that the crosstalk is ⁇ 15 dB or more, more preferably less than 0 dB. Is preferably set.
  • FIG. 5 is a diagram showing a simulation result.
  • the core diameter and relative refractive index difference ⁇ of each core part are all the same.
  • calculation sample No. In 1 all seven core parts have a core diameter of 5 ⁇ m and ⁇ is 0.45%.
  • Neff” and “Aeff” indicate the effective refractive index and effective core area at a wavelength of 1550 nm, respectively.
  • ⁇ cc indicates a cable cutoff wavelength.
  • the inter-core distance is 25 ⁇ m, 30 ⁇ m, and 35 ⁇ m.
  • the crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm, and the length of the multicore optical fiber (corresponding to the transmission distance) is from 100 m to 100 km.
  • Crosstalk shows a value at a bending diameter of 280 mm. As shown in FIG. 5, the cable cutoff wavelength satisfies 1530 nm or less in all the calculation samples.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of obtaining the inter-core distance at which the crosstalk is 0 dB or ⁇ 15 dB by simulation for the core diameter and relative refractive index difference ⁇ of each calculation sample.
  • Crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the distance between the cores is preferably 39.1 ⁇ m or less and larger than 32.7 ⁇ m.
  • space utilization efficiency becomes high and is especially preferable.
  • FIG. 7 and FIG. 8 are diagrams showing results obtained by simulation of the relationship between the core diameter at which the crosstalk is 0 dB or ⁇ 15 dB and the relative refractive index difference ⁇ when the inter-core distances are 25 ⁇ m, 30 ⁇ m, and 35 ⁇ m. is there.
  • Crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the screened sample has a cable cutoff wavelength larger than 1530 nm, and the other samples satisfy the cable cutoff wavelength of 1530 nm or less.
  • the crosstalk is -15 dB or more and less than 0 dB in the range between the relative refractive index differences where the crosstalk is 0 dB or -15 dB.
  • ⁇ is preferably 0.88% or less and greater than 0.79%.
  • the crosstalk in the range of the transmission distance of 100 m to 100 km, the range in which the crosstalk satisfies ⁇ 15 dB to less than 0 dB and the cable cutoff wavelength satisfies 1530 nm or less, the core diameter is 5 ⁇ m to less than 13 ⁇ m, and the relative refractive index difference is 0. More than .16% and 0.93% or less, and the distance between cores is in the range of 25 ⁇ m to 35 ⁇ m.
  • the crosstalk can be set to ⁇ 15 dB or more in the range where the distance between the cores is 56 ⁇ m or less (eg, 55.1 ⁇ m).
  • Aeff is set to a sufficient value of, for example, 40 ⁇ m 2 or more, and in order to prevent an increase in bending loss (for example, about 100 dB in terms of bending loss when neff is 1.4450 or more and bent at a diameter of 20 mm).
  • the core diameter is preferably 5 ⁇ m or more.
  • the crosstalk is more preferably ⁇ 15 dB or less and less than 0 dB at a cable cutoff wavelength of 1530 nm or less.
  • the light input to the predetermined core portion is input by setting the crosstalk of the light between the core portions to -15 dB or more and setting the crosstalk to a predetermined value or less.
  • a super mode that propagates while being localized in the core can be excited.
  • Such a multicore optical fiber has strong crosstalk of light between core portions and strong coupling of light propagating through each core portion. Since it has an intermediate property with an uncoupled multicore optical fiber of ⁇ 30 dB or less, it will be referred to as a weakly coupled multicore optical fiber hereinafter.
  • Such weakly coupled multi-core optical fibers benefit from improved spatial multiplicity, and can be used to identify each optical signal without adjusting the phase between the optical signals input to each core.
  • a multi-core optical fiber with high discrimination can be realized.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the light field distribution of the weakly coupled multi-core optical fiber.
  • FIG. 9 shows core portions 311, 313, and 316 arranged linearly in the multi-core optical fiber 3 shown in FIG. 2 as an example of a weakly coupled multi-core optical fiber.
  • the field SP1 of light input to the core 311 is localized in the core 311 and slightly distributed to the other cores 313 and 316 and propagates in the super mode.
  • the fields SP2 and SP3 of each light input to the core portions 313 and 316 are also localized in the core portions 313 and 316, and are also slightly distributed in the other core portions and propagate in the super mode. Yes.
  • each optical field propagates in a super mode that is localized in the input core part, each optical signal can be obtained without adjusting the phase between the optical signals input to each core part.
  • the discriminating ability for identifying the is high.
  • the localization of the light field in the input core is not limited to the case where the light field exists only in the core.
  • the intensity (p0) of light coupled to a specific super mode localized in the specific core part of the light at the incident end is included in the specific core part.
  • this reciprocal is expressed in decibels, the following equation (2) is obtained.
  • Expression (2) is referred to as incident end crosstalk.
  • the core part 311 located near the central axis has six core parts 312 to 317 around the core part 311. Therefore, considering the case where equal intensity light input to each of the core portions 312 to 317 is coupled to a specific super mode localized in the core portion 311, N is 6 at the maximum. Similarly, N is 3 at the maximum for the other core portions 312 to 317.
  • N 6
  • N 6
  • the characteristics of the incident end crosstalk with respect to the core portion 311 will be described. If the incident end crosstalk when N is maximum is a suitable value, it is clear that the incident end crosstalk when N is less than this is preferable because it is smaller than this preferable value. .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the relationship between the inter-core distance and the incident end crosstalk for the core portion 311 located in the vicinity of the central axis of the multi-core optical fiber 3 illustrated in FIG.
  • the calculation was performed with each core portion 311 to 317 assuming a core diameter of 8.6 ⁇ m and a relative refractive index difference ⁇ of 0.35%.
  • the incident end crosstalk is ⁇ 4.3 dB, which is substantially constant.
  • the incident end crosstalk is reduced to ⁇ 4.9 dB, and a specific super mode starts to be localized in the core portion 311.
  • the inter-core distance is 30 ⁇ m or more, it is considered that the degree of localization increases as the inter-core distance increases, and the incident end crosstalk decreases accordingly.
  • the incident end crosstalk is reduced by about ⁇ 0.6 dB from a certain value, a specific super mode starts to be localized in the core portion, and the discriminability of the optical signal is enhanced. Conceivable.
  • Examples 1 to 3 and a reference example of the present invention have a structure having seven core parts as shown in FIG. 2, the core diameter is 8.6 ⁇ m, and the relative refractive index difference ⁇ of the core part with respect to the clad part is 0. A 34% multi-core optical fiber was produced. A coating was formed on the outer periphery of the clad portion of the multi-core optical fiber.
  • FIG. 11 is a diagram showing the inter-core distance, cladding outer diameter, and coating outer diameter of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and the reference example.
  • the cladding outer diameter is 200 ⁇ m or less
  • the coating outer diameter is 350 ⁇ m or less.
  • the inter-core distances were 25 ⁇ m, 30 ⁇ m, and 35 ⁇ m, respectively.
  • the distance between the cores was 20 ⁇ m.
  • FIG. 12 shows the transmission loss, mode field diameter (MFD), cable cut-off wavelength, bending loss, effective core area (Aeff) for the core portion of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and Reference Example, It is a figure which shows incident end crosstalk.
  • transmission loss, MFD, bending loss, Aeff, and incident end crosstalk are values at a wavelength of 1550 nm.
  • the incident end crosstalk is a value recalculated from the structural parameters (core diameter, relative refractive index, inter-core distance) of the manufactured multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and Reference Example. All the values shown as Examples 1 to 3 in FIG. 12 were good values predicted from the design of the multi-core optical fiber.
  • the incident end crosstalk is constant in the case of 20 ⁇ m to 25 ⁇ m, and decreases from a constant value in the case of 30 ⁇ m or more, as in the result of FIG.
  • the MFD, Aeff, and cable cutoff wavelength of the multi-core optical fiber of the reference example could not be measured in this measurement because the inter-core distance was small and the light interaction was large.
  • FIG. 13 is a diagram showing a transmission loss spectrum for the central core portion of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3. As shown in FIG. 13, the transmission loss spectrum of the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 is 0.6 dB / km or less in the wavelength range of 1530 nm to 1625 nm most often used in optical fiber communication. It was a flat characteristic with little dependence.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the length of the multi-core optical fiber and the crosstalk in Examples 1-1, 2-1 to 2-3, 3-1 to 3-2.
  • Crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the multi-core optical fiber of Example 1 is wound around a bobbin having a diameter of 280 mm.
  • the multi-core optical fiber of Example 2 is wound around bobbins having diameters of 280 mm, 160 mm, and 60 mm, respectively.
  • the multi-core optical fiber of Example 3 is wound around bobbins having diameters of 280 mm and 160 mm, respectively.
  • Each multi-core optical fiber is wound around the bobbin having the above diameter, so that the winding diameter (bending diameter) is in the state of the diameter of each bobbin.
  • the bending diameter of the multi-core optical fiber is 280 mm.
  • the crosstalk is preferably ⁇ 15 dB or more and less than 0 dB by appropriately setting the length. It was confirmed that In Examples 1-1, 2-1 to 3 in which the inter-core distance is 25 ⁇ m to 30 ⁇ m, it is confirmed that the length of the multicore optical fiber capable of obtaining a crosstalk of ⁇ 15 dB or more is wide, which is preferable. It was done. In addition, the shape of the curve indicating the relationship between the length and the crosstalk did not change greatly even when the bending diameter of the multi-core optical fiber was changed.
  • FIG. 15 and FIG. 16 are diagrams showing field patterns of the multi-core optical fibers of Example 2 and Example 3, respectively.
  • the multi-core optical fiber of Example 2 has a field distribution spread over a plurality of core portions, but the field localization in the central core portion is strong, and the super mode It was confirmed that selective excitation was possible.
  • the field localization in the central core portion is stronger, and it has been confirmed that it is suitable for selective excitation in the super mode.
  • the multi-core optical fibers of Examples 1 to 3 and the reference example the light field distribution when light was incident on the outer core portion was confirmed.
  • the multi-core optical fiber of the second embodiment can also selectively excite the super mode for the outer core portion, and the multi-core of the third embodiment. It was confirmed that the optical fiber is suitable by selective excitation in the super mode.
  • the number of core portions is seven.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a multi-core optical fiber having three or more core portions, for example.
  • the crosstalk is a value at a wavelength of 1550 nm.
  • the present invention is not limited to this, and the wavelength of input light (for example, wavelengths used for optical fiber communication, 1530 nm to 1625 nm). Can be applied to a multi-core optical fiber having a crosstalk of ⁇ 15 dB or more.
  • the multicore optical fiber and the optical transmission method according to the present invention are suitable for use in optical communication.
  • SYMBOLS 1 Optical transmitter 2
  • 4 Optical connector 3
  • Multi-core optical fiber 5 Optical receiver 20
  • Optical fiber bundle 21 Single mode optical fiber 21a, 311-317 Core part 22 Bundle part 22a End surface 32 Cladding part S1, S2 Signal light SP1, SP2, SP3 field

Abstract

　複数のコア部と、前記各コア部の外周に位置し、前記各コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、互いに隣接する前記コア部間の離隔距離は、全長における該コア部間での光のクロストークが波長１５５０ｎｍにおいて－１５ｄＢ以上、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下となるように設定されているマルチコア光ファイバである。これによって、複数の信号光を同時に入力する際に、複雑な構成および精密な調整が不要であり、かつ光損失を低減できるモード多重伝送用のマルチコア光ファイバおよびこれを用いた光伝送方法を提供する。

Description

マルチコア光ファイバおよび光伝送方法
　本発明は、マルチコア光ファイバおよび光伝送方法に関するものである。
　大容量伝送を可能とする技術のひとつとして、モード多重（Mode　Division　Multiplexing：ＭＤＭ）伝送が注目を集めている（たとえば非特許文献１参照）。モード多重伝送とは、複数の信号光のそれぞれを、光ファイバの複数の異なる伝搬モードで伝搬する技術である。モード多重伝送によれば、光ファイバ１本あたりの伝送容量を大幅に拡大することができる。従来のモード多重伝送では、伝送路である光ファイバとして、複数の高次伝搬モードを有するマルチモード光ファイバが用いられることが想定されている。特に、各伝搬モードの制御がしやすい数モードファイバ（ｆｅｗ　ｍｏｄｅ　ｆｉｂｅｒ）が注目されている。ここで、各モードで伝搬する信号光同士が伝搬中に干渉することで信号光に歪みが生じ、信号品質の劣化を招くおそれがある。これに対して、無線の領域で利用されているＭＩＭＯ（Multiple-Input　Multiple-Output）技術を用いることで、信号品質を確保する検討が行われている（たとえば非特許文献１、２参照）。なお、無線で利用されているＭＩＭＯ技術とは、送信局側において複数の送信アンテナから同一チャネル上で異なる独立な信号を送信し、受信局側において同じく複数のアンテナを用いて信号を受信し、各送信アンテナと受信アンテナとの間の伝達関数行列を求め、この伝達関数行列を用いて送信局側で各アンテナから送信した独立な信号を推定し、データを再生するものである。光ファイバ伝送においても、トレーニング信号を用いて伝送路となる光ファイバの伝達関数行列を求めることによって、送信側から送信された独立の信号光を推定することができる。
　一方、同じく大容量伝送を実現する手段として、１本の光ファイバ中に複数のコア部を有するマルチコア光ファイバが注目されている。マルチコア光ファイバの各コア部で別個の信号光を伝搬することで、空間多重（Space　Division　Multiplexing：ＳＤＭ）伝送による大容量化が実現できると期待されている。最近ではマルチコア光ファイバを用いた空間多重伝送の実験結果も報告され始めている（たとえば非特許文献３、４参照）。
M.　Salsi　et　al.,"Transmission　at　2x100Gb/s,　over　Two　Modes　of　40km‐long　Prototype　Few‐Mode　Fiber,　using　LCOS　based　Mode　Multiplexer　and　Demultiplexer,"　OFC2011,PDPB9. R.　Ryf　et　al.,"Space‐division　multiplexing　over　10km　of　three‐mode　fiber　using　coherent　6×6　MIMO　processing,"　OFC2011,　PDPB10. B.　Zhu　et　al.,"Space‐,　Wavelength‐,　Polarization‐Division　Multiplexed　Transmission　of　56‐Tb/s　over　a　76.8‐km　Seven‐Core　Fiber,"　OFC2011,　PDPB7. B.　Zhu　et　al.,"112-Tb/s　Space-division　multiplexed　DWDM　transmission　with　14-b/s/Hz　aggregate　spectral　efficiency　over　a　76.8-km　seven-core　fiber,"　15　August　2011/Vol.19,　No.17/OPTICS　EXPRESS　pp.16665-16671. I.　Michaille,　et　al.,"Phase　locking　and　supermode　selection　in　multicore　photonic　crystal　fiber　lasers　with　a　large　doped　area,"　OPTICS　LETTERS　vol.　30,　No.　13(2005),　pp.　1668-1670.
　モード多重伝送を実現するためには、複数の信号光を、伝送路である光ファイバに同時に入力し、各伝搬モードへ結合させる必要がある。この際、高次伝搬モードでは光のフィールド分布が光ファイバの伝搬軸に対して非対称であるため、各信号光は、各伝搬モードに効果的に結合するように、光ファイバの端面における入力位置を調整して入力されなければならない。そのような入力手段として、ＬＣＯＳ（Liquid　Crystal　On　Silicon）素子（非特許文献１）や、ビームスプリッター素子（非特許文献２）を用いた空間結合系などが提案されている。
　しかしながら、上記の素子は、いずれも複雑な構成および精密な調整が必要という課題があった。また、空間結合系では、結合効率の向上あるいは光損失の低減が困難であるという課題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の信号光を同時に入力する際に、複雑な構成および精密な調整が不要であり、かつ光損失を低減できるモード多重伝送用のマルチコア光ファイバおよび光伝送方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、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、複数のコア部と、前記各コア部の外周に位置し、前記各コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、互いに隣接する前記コア部間の離隔距離は、全長における該コア部間での光のクロストークが波長１５５０ｎｍにおいて－１５ｄＢ以上、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下となるように設定されていることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記クロストークが０ｄＢ未満であることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記離隔距離は２５μｍ～５６μｍであることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記離隔距離は２５μｍ～３５μｍであることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記離隔距離は３０μｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記離隔距離は３０μｍ～５６μｍであることを特徴とする。
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバは、上記の発明において、前記各コア部のコア径が５μｍ以上１３μｍ未満、前記クラッド部に対する前記各コア部の比屈折率差が０．１６％より大きく０．９３％以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係る光伝送方法は、上記の発明のマルチコア光ファイバのスーパーモードを用いてモード多重伝送を行うことを特徴とする。
　また、本発明に係る光伝送方法は、上記の発明において、前記スーパーモードとして、前記マルチコア光ファイバのいずれか一つのコア部に入力された光のフィールドが前記コア部に局在しながら伝搬するスーパーモードを用いることを特徴とする。
　本発明によれば、スーパーモードを用いてモード多重伝送を行うことができるので、複数の信号光を同時に入力する際に、複雑な構成および精密な調整が不要であり、かつ光損失を低減できるモード多重伝送用のマルチコア光ファイバおよび光伝送方法を実現できるという効果を奏する。
図１は、実施の形態に係るマルチコア光ファイバを使用した光伝送システムの構成図である。 図２は、図１に示すマルチコア光ファイバの模式的な断面図である。 図３は、光ファイババンドルの一例を示す模式図である。 図４は、コア間距離を変えたときの、マルチコア光ファイバの長さとクロストークとの関係を示す図である。 図５は、コア径、比屈折率差Δとクロストークとの関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 図６は、クロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなるコア間距離についてのシミュレーション結果を示す図である。 図７は、クロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなるコア径と比屈折率差Δとの関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 図８は、クロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなるコア径と比屈折率差Δとの関係についてのシミュレーション結果を示す図である。 図９は、弱結合型のマルチコア光ファイバの光のフィールド分布の一例を示す図である。 図１０は、図２に示すマルチコア光ファイバの中心軸の近傍に位置するコア部についての、コア間距離と入射端クロストークとの関係の一例を示す図である。 図１１は、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバのコア間距離、クラッド外径、および被覆外径を示す図である。 図１２は、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバの伝送損失、モードフィールド径（ＭＦＤ）、ケーブルカットオフ波長、曲げ損失、有効コア断面積、および入射端クロストークを示す図である。 図１３は、実施例１～３のマルチコア光ファイバの伝送損失スペクトルを示す図である。 図１４は、実施例１－１、２－１～２－３、３－１～３－２のマルチコア光ファイバの長さとクロストークとの関係を示す図である。 図１５は、実施例２のマルチコア光ファイバのフィールドパターンを示す図である。 図１６は、実施例３のマルチコア光ファイバのフィールドパターンを示す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るマルチコア光ファイバおよび光伝送方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書においては、ケーブルカットオフ波長とは、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態）
　図１は、実施の形態に係るマルチコア光ファイバを使用した光伝送システムの構成図である。図１に示すように、この光伝送システム１００は、光送信装置１と、光コネクタ２と、マルチコア光ファイバ３と、光コネクタ４と、光受信装置５とを備えている。
　図２は、図１に示すマルチコア光ファイバの模式的な断面図である。図２に示すように、マルチコア光ファイバ３は、７つのコア部３１１～３１７と、各コア部３１１～３１７の外周に位置するクラッド部３２とを備えている。
　光送信装置１は、たとえば半導体レーザ素子である７つの信号光源を備え、７つの信号光Ｓ１を出力する。光コネクタ２は、７つの信号光Ｓ１をマルチコア光ファイバ３の７つのコア部３１１～３１７のそれぞれに結合させるように構成されている。光コネクタ２は、たとえば非特許文献３、４に開示されるような、光ファイバを束ねて形成したマルチコアファイバコネクタにより構成することができる。
　図３は、光ファイバを束ねて形成したマルチコアファイバコネクタである光ファイババンドルの一例を示す模式図である。図３に示すように、光ファイババンドル２０は、コア部２１ａを有する７本のシングルモード光ファイバ２１と、これらのシングルモード光ファイバ２１を束ねて一体化したバンドル部２２とを有する。バンドル部２２の端面２２ａにおいては、各シングルモード光ファイバ２１のコア部２１ａが、マルチコア光ファイバ３の７つのコア部３１１～３１７のそれぞれに結合されるように、コア部３１１～３１７と同様の形状に配置されている。
　マルチコア光ファイバ３のコア部３１１～３１７とクラッド部３２とは、いずれも石英系ガラスからなる。コア部３１１は、マルチコア光ファイバ３の中心軸の近傍に位置し、その他のコア部３１２～３１７は、コア部３１１を重心とする正六角形のほぼ頂点に位置するように配置している。また、クラッド部３２は、各コア部３１１～３１７の屈折率よりも低い屈折率を有する。たとえば、コア部３１１～３１７は、屈折率を高めるドーパントであるＧｅが添加された石英ガラスからなる。一方、クラッド部３２は、屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。コア部３１１～３１７の屈折率分布はたとえばステップインデックス型であるが、Ｗ型、Ｗ－ｓｅｇ型、トレンチ型などとすることも可能であり、特に限定はされない。また、コア部３１１～３１７のコア径や比屈折率差などについては、たとえばＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２に規定される標準のシングルモード光ファイバと同様にしてもよい。また、クラッド部３２の外周には被覆を形成してもよい。
　また、各コア部３１１～３１７のケーブルカットオフ波長は１５３０ｎｍ以下とするのが好ましい。このようにケーブルカットオフ波長は１５３０ｎｍ以下とすることで、入力される光の波長が１５３０ｎｍより長い波長、たとえば１５５０ｎｍの場合に、モード多重伝送を実現しつつ、マルチモード制御の必要がなくなり、簡易な構成とすることができる。
　光コネクタ４は、信号光Ｓ１がマルチコア光ファイバ３を伝送した後にコア部３１１～３１７から出力されたものである７つの信号光Ｓ２を別々に取り出すことができるように構成されている。光コネクタ４も、光コネクタ２と同様にマルチコアファイバコネクタにより構成することができる。
　光受信装置５は、７つの信号光Ｓ２を受信し、電気信号に変換する７つの受光素子と、受光素子が変換した電気信号を処理する信号処理装置とを備えている。
　ここで、マルチコア光ファイバ３のコア部３１１～３１７は、これらを伝搬する光が互いに干渉するように、互いに隣接するコア部間の離隔距離（以下、コア間距離とする）が設定されている。これによって、マルチコア光ファイバ３に入力された７つの信号光Ｓ１はスーパーモードの７つの伝搬モードでそれぞれ伝搬する。
　スーパーモードとは、マルチコア光ファイバにおいてコア部同士の間隔が非常に近い場合に、異なるコア部を伝搬する光の相互作用によって発生する伝搬モードであって、一般のモードでは定義できない特有のモードである（たとえば非特許文献５参照）。マルチコア光ファイバにおけるスーパーモードでは、光のフィールドは、基本的にいずれかのコア部を中心として、複数のコア部にわたって広がる。したがって、マルチコア光ファイバ３のコア部３１１～３１７のそれぞれに、信号光Ｓ１のそれぞれを入力されることによって、各コア部を中心とした各スーパーモードを選択的に励起することができる。また、従来のマルチモード光ファイバでモード多重伝送する場合よりも、各モードの信号光は安定してマルチコア光ファイバ内を伝搬する。
　この光伝送システム１００では、マルチコア光ファイバ３を用いて、信号光Ｓ１をスーパーモードでモード多重伝送する光伝送方法を行う。信号光Ｓ１をマルチコア光ファイバ３に結合させるための光コネクタ２としては、７つの信号光Ｓ１をマルチコア光ファイバ３の７つのコア部３１１～３１７のそれぞれに結合させるように構成されている従来のマルチコアファイバコネクタを利用することができる。このようなマルチコアファイバコネクタとして、たとえば光ファイバを束ねたタイプのマルチコアファイバコネクタを利用できる。すなわち、従来のマルチモード光ファイバによるモード多重伝送システムで用いられていたような、光のフィールド分布が光ファイバの伝搬軸に対して非対称な伝搬モードを結合させるための空間結合系を用いる必要がない。そのため、光コネクタ２については、複雑な構成および精密な調整が不要であり、光損失の低減が容易となる。また、信号光Ｓ２を取り出すための光コネクタ４としてもマルチコアファイバコネクタを使用することができる。このように、従来のマルチモード光ファイバでモード多重伝送を実現する場合に信号光を結合させるために必要であった、複雑な構成および精密な調整が必要な素子、および光損失の低減が困難な空間結合系を使用する必要がない。
　なお、信号光Ｓ２からの信号光Ｓ１の分離およびデータ再生は、信号処理装置において、マルチコア光ファイバ３の伝達関数行列を用いてＭＩＭＯ技術により実施することができる。
　つぎに、スーパーモードを用いたモード多重伝送を実現するためのマルチコア光ファイバ３の特性について説明する。まず、コア部３１１～３１７間の光のクロストーク（以下、単にクロストークとする）について説明する。マルチコア光ファイバの一方の端部から、或るコア部（たとえば中心のコア部３１１）に光を入射した場合に、他方の端部でのコア部３１１から出射する光のパワーをＰ０［ｍＷ］、他のコア部（たとえば外側のコア部３１２）から出射する光のパワーをＰ１［ｍＷ］とすると、クロストークは、下記式（１）から求めることができる。なお、長さが１００ｍ程度以上と十分に長いマルチコア光ファイバの場合は、クロストークの理論的な最大値は０ｄＢである。
　　１０×ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ０）［ｄＢ］　・・・　（１）
　クロストークが小さい（すなわちコア間距離が大きい）場合でもスーパーモードは発生するものの、マルチコア光ファイバ３の断面積に対するコア部の数が少なくなる。そのため、空間利用効率が低くなり、モード多重伝送技術を適用する効果が小さくなる。そこで、マルチコア光ファイバ３の全長におけるクロストークは、－１５ｄＢ以上であれば、空間利用効率が高く好ましい。なお、マルチコア光ファイバにおいてスーパーモードを用いずに空間多重伝送を行う場合には、コア部間での信号光の干渉を抑制する必要があるために、クロストークは－３０ｄＢ以下にすることが好ましい。そのためには、たとえばコア間距離を大きくする必要があるので、空間利用効率が低くなる。
　一方、クロストークが大きいと、信号光間の干渉は大きくなる。そのため、コア部３１１～３１７から出力された信号光Ｓ２のそれぞれは、複数の信号光の混在の度合いが大きくなる。ＭＩＭＯ技術によって複数の信号光が混在した状態の信号光Ｓ２のそれぞれから信号光Ｓ１のそれぞれを十分に分離するには、マルチコア光ファイバ３の全長におけるクロストークは０ｄＢ未満であることが好ましい。
　つぎに、上記の好ましいクロストークを実現するためのコア間距離の設定について説明する。図４は、コア間距離を変えたときの、マルチコア光ファイバの長さとクロストークとの関係を示す図である。クロストークは波長１５５０ｎｍでの値である。なお、マルチコア光ファイバの構造は図２に示すものである。コア部の屈折率プロファイルはステップインデックス型であり、コア部の直径（コア径）は８．６μｍ、クラッド部に対するコア部の比屈折率差Δは０．３４％としている。また、コア部は互いに等しいコア間距離に設定されている。
　図４に示すように、クロストークは、マルチコア光ファイバの長さが長いほど大きくなる。また、クロストークは、コア間距離が大きいほど小さくなる。光伝送システムで想定される伝送距離は、一般的に１００ｍから１００ｋｍである。したがって、想定される伝送距離に対応するマルチコア光ファイバの長さにおいて、クロストークが－１５ｄＢ以上となるように、さらに好ましくは０ｄＢ未満となるように、コア部の屈折率プロファイルとコア間距離とを設定することが好ましい。
　つぎに、図２に示すような７つのコア部を有する構造のマルチコア光ファイバにおけるコア径、クラッド部に対するコア部の比屈折率差Δとクロストークとの関係をシミュレーションにより求めた。図５は、シミュレーション結果を示す図である。なお、計算サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．２２のそれぞれにおいて、各コア部のコア径および比屈折率差Δは、すべて同一としている。たとえば、計算サンプルＮｏ．１では、７つのコア部はすべてコア径が５μｍであり、Δが０．４５％である。「ｎｅｆｆ」、「Ａｅｆｆ」はそれぞれ波長１５５０ｎｍでの実効屈折率、実効コア断面積を示している。「λｃｃ」はケーブルカットオフ波長を示している。また、コア間距離は２５μｍ、３０μｍ、３５μｍとしている。また、クロストークについては、波長１５５０ｎｍでの値であり、マルチコア光ファイバの長さ（伝送距離に対応）が１００ｍから１００ｋｍにおける値を示している。クロストークは曲げ直径２８０ｍｍにおける値を示している。図５に示すように、全ての計算サンプルにおいてケーブルカットオフ波長は１５３０ｎｍ以下を満たしている。
　図６は、各計算サンプルのコア径、比屈折率差Δにおいて、クロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなるコア間距離をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。クロストークは波長１５５０ｎｍでの値である。図６に示されたコア間距離に挟まれた領域において、好ましいクロストークの範囲である－１５ｄＢ以上０ｄＢ未満を実現することが可能となる。たとえば、計算サンプルＮｏ．１の長さが１００ｍの場合は、コア間距離は３９．１μｍ以下、３２．７μｍより大きいことが好ましい。なお、コア間距離が３５μｍ以下の場合は、空間利用効率が高くなり、特に好ましい。
　次に、図７、図８は、コア間距離が２５μｍ，３０μｍ，３５μｍにおいてクロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなるコア径と比屈折率差Δとの関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。クロストークは波長１５５０ｎｍでの値である。図７、図８において、網がけのサンプルはケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍより大きく、それ以外のサンプルはケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下を満たしている。図７、図８においてクロストークが０ｄＢあるいは－１５ｄＢとなる比屈折率差に挟まれた範囲においては、クロストークが－１５ｄＢ以上０ｄＢ未満となる。たとえば、コア径が５μｍで長さが１０ｋｍの場合は、Δは０．８８％以下、０．７９％より大きいことが好ましい。
　以上の結果から、伝送距離１００ｍから１００ｋｍの範囲において、クロストークが－１５ｄＢ以上０ｄＢ未満、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下を満たすような範囲は、コア径が５μｍ以上１３μｍ未満、比屈折率差０．１６％より大きく０．９３％以下、コア間距離が２５μｍ以上３５μｍ以下の範囲となる。ただし、伝送距離がたとえば１００ｋｍのように長い場合は、コア間距離が５６μｍ以下の範囲（たとえば５５．１μｍ）でクロストークを－１５ｄＢ以上とすることができる。
　なお、Ａｅｆｆをたとえば４０μｍ２以上の十分な値とし、および曲げ損失の増大を防止するために（たとえばｎｅｆｆが１．４４５０以上であり、直径２０ｍｍで曲げたときの曲げ損失に換算して約１００ｄＢ／ｍ未満に相当する値とする。）、コア径を５μｍ以上とすることが好ましい。
　また、コア径を１３μｍ未満とすると、ケーブルカットオフ波長１５３０ｎｍ以下において、クロストークを－１５ｄＢ以上０ｄＢ未満とするためにより好ましい。
　ところで、マルチコア光ファイバにおいて、コア部間での光のクロストークを－１５ｄＢ以上としつつ、当該クロストークを所定の値以下とすることによって、所定のコア部に入力された光がその入力されたコア部に局在しながら伝搬するようなスーパーモードを励振することができる。このようなマルチコア光ファイバは、コア部間での光のクロストークが大きく各コア部を伝搬する光の結合が強い、強結合型のマルチコア光ファイバと、コア部間の光のクロストークがたとえば－３０ｄＢ以下の、非結合型のマルチコア光ファイバとの中間の性質を有するので、以下では弱結合型のマルチコア光ファイバと呼ぶ。このような弱結合型のマルチコア光ファイバによって、空間多重度向上の恩恵を受けつつ、各コア部に入力された光信号間の位相を調整しなくても、各光信号を識別する上での識別性が高いマルチコア光ファイバを実現することができる。
　図９は、弱結合型のマルチコア光ファイバの光のフィールド分布の一例を示す図である。図９は、弱結合型のマルチコア光ファイバの一例としての図２に示すマルチコア光ファイバ３のうち、直線状に配列されたコア部３１１、３１３、３１６を示している。図９に示すように、コア部３１１に入力された光のフィールドＳＰ１は、コア部３１１に局在しつつ、他のコア部３１３、３１６にもわずかに分布し、スーパーモードで伝搬している。同様に、コア部３１３、３１６に入力された各光のフィールドＳＰ２、ＳＰ３も、それぞれコア部３１３、３１６に局在しつつ、他のコア部にもわずかに分布し、スーパーモードで伝搬している。このように、各光のフィールドが、入力されたコア部に局在するようなスーパーモードで伝搬すれば、各コア部に入力された光信号間の位相を調整しなくても、各光信号を識別する上での識別性が高いものとなる。
　なお、光のフィールドが入力されたコア部に局在するとは、光のフィールドがそのコア部のみに存在する場合に限定されない。本明細書では、特定のコア部に光が入力された場合に、入射端において、当該光のうち、当該特定のコア部に局在する特定のスーパーモードに結合する光の強度（ｐ０）と、前記特定のコア部の周囲に位置する他のコア部に入力された光のうち、前記特定のスーパーモードに結合する光の強度の合計（他のコア部の数をＮとするとＮｐ１）との比の逆数（Ｎｐ１／ｐ０）が、所定の値以下であれば、光のフィールドが入力されたコア部に局在すると規定する。この逆数をデシベル単位で表すと下記式（２）のようになる。以下、式（２）を入射端クロストークと呼ぶ。
　　１０×ｌｏｇ（Ｎｐ１／ｐ０）［ｄＢ］　・・・　（２）
　図２に示すマルチコア光ファイバ３の場合、中心軸の近傍に位置するコア部３１１については、コア部３１１の周囲に６個のコア部３１２～３１７がある。そのため、これらのコア部３１２～３１７のそれぞれに入力された等しい強度の光が、コア部３１１に局在する特定のスーパーモードに結合する場合を考えると、Ｎは最大で６である。同様に、他のコア部３１２～３１７については、Ｎは最大で３である。以下では、Ｎを６として、コア部３１１について、入射端クロストークの特性を説明する。Ｎが最大の場合の入射端クロストークが好適な値であれば、Ｎがそれ以下の場合の入射端クロストークは、この好適な値より小さい値であるから、好適であることは明らかである。
　図１０は、図２に示すマルチコア光ファイバ３の中心軸の近傍に位置するコア部３１１についての、コア間距離と入射端クロストークとの関係の一例を示す図である。なお、各コア部３１１～３１７は、コア径を８．６μｍ、比屈折率差Δを０．３５％として計算した。図１０に示す例では、コア間距離が２０μｍ～２５μｍの場合は、入射端クロストークが－４．３ｄＢであり、略一定である。しかしながら、コア間距離が３０μｍになると、入射端クロストークが－４．９ｄＢに低下して、特定のスーパーモードがコア部３１１に局在し始める。その後、コア間距離が３０μｍ以上の場合は、コア間距離が大きくなるにつれて局在の程度が強くなり、それにともなって入射端クロストークが減少すると考えられる。このように、コア間距離を大きくするにつれて、入射端クロストークが一定値から－０．６ｄＢ程度減少すれば、特定のスーパーモードがコア部に局在し始め、光信号の識別性が高まると考えられる。
　（実施例１～３）
　本発明の実施例１～３および参考例として、図２に示すような７つのコア部を有する構造であり、コア径が８．６μｍ、クラッド部に対するコア部の比屈折率差Δが０．３４％のマルチコア光ファイバを製造した。なお、マルチコア光ファイバのクラッド部の外周には被覆を形成した。
　図１１は、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバのコア間距離、クラッド外径、および被覆外径を示す図である。いずれのマルチコア光ファイバにおいても、クラッド外径が２００μｍ以下であり、被覆外径は３５０μｍ以下となっている。図８に示すように、実施例１～３では、コア間距離をそれぞれ２５μｍ、３０μｍ、３５μｍとした。また、参考例では、コア間距離を２０μｍとした。
　図１２は、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバの、中心のコア部についての伝送損失、モードフィールド径（ＭＦＤ）、ケーブルカットオフ波長、曲げ損失、有効コア断面積（Ａｅｆｆ）、および入射端クロストークを示す図である。なお、図１１において、伝送損失、ＭＦＤ、曲げ損失、Ａｅｆｆ、および入射端クロストークは、波長１５５０ｎｍでの値である。なお、入射端クロストークは、製造した実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバのそれぞれの構造パラメータ（コア径、比屈折率、コア間距離）から再シミュレーション計算した値である。図１２に実施例１～３として示したいずれの値についても、マルチコア光ファイバの設計から予測される良好な値であった。他のコア部についての図１２に示した特性については、各実施例とも中心のコア部と同様の特性であった。また、入射端クロストークについては、図１０の結果と同様に、２０μｍ～２５μｍの場合は一定であり、３０μｍ以上では一定値から減少していた。なお、参考例のマルチコア光ファイバのＭＦＤ、Ａｅｆｆおよびケーブルカットオフ波長については、コア間距離が小さく、光の相互作用が大きかったため、今回の測定においては測定できなかった。
　図１３は、実施例１～３のマルチコア光ファイバの、中心のコア部についての伝送損失スペクトルを示す図である。図１３に示すように、実施例１～３のマルチコア光ファイバの伝送損失スペクトルについては、光ファイバ通信で最もよく使用される波長１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍの範囲において、０．６ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長依存性が少ない平坦な特性であった。
　つぎに、様々の長さの実施例１～３のマルチコア光ファイバを直径が異なるボビンに巻き付け、各マルチコア光ファイバのクロストークを測定した。なお、クロストークは、各マルチコア光ファイバの一方の端部から、中心のコア部に光を入射し、他方の端部での中心のコア部から出射する光のパワーをＰ０［ｍＷ］とし、他の６つの外側のコア部から出射する光のパワーの平均値をＰ１［ｍＷ］し、上記式（１）から求めた。
　図１４は、実施例１－１、２－１～２－３、３－１～３－２のマルチコア光ファイバの長さとクロストークとの関係を示す図である。クロストークは波長１５５０ｎｍでの値である。なお、実施例１－１とは、実施例１のマルチコア光ファイバを直径２８０ｍｍのボビンに巻きつけたものである。実施例２－１～２－３とは、実施例２のマルチコア光ファイバを直径がそれぞれ２８０ｍｍ、１６０ｍｍ、６０ｍｍのボビンに巻きつけたものである。実施例３－１、３－２とは、実施例３のマルチコア光ファイバを直径がそれぞれ２８０ｍｍ、１６０ｍｍのボビンに巻きつけたものである。なお、各マルチコア光ファイバは、上記の直径のボビンに巻きつけることによって、巻き径（曲げ径）が各ボビンの直径の状態となっている。たとえば、直径２８０ｍｍのボビンに巻きつけた場合には、マルチコア光ファイバの曲げ径は２８０ｍｍである。
　図１４に示すように、コア間距離が２５μｍ～３５μｍの範囲である各実施例のマルチコア光ファイバにおいて、長さを適宜設定することによって、好ましい－１５ｄＢ以上のクロストーク、および０ｄＢ未満のクロストークが得られることが確認された。また、コア間距離が２５μｍ～３０μｍである実施例１－１、２－１～３では、－１５ｄＢ以上のクロストークが得られるマルチコア光ファイバの長さの範囲が広いので、より好ましいことが確認された。また、長さとクロストークとの関係を示す曲線の形状については、マルチコア光ファイバの曲げ径を代えた場合にも大きな変化はなかった。
　つぎに、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバの中心のコア部に光を入射したときのニアフィールドパターンを測定した。なお、入射端での励振状態を確認するため、各マルチコアファイバの長さを２ｍとして測定を行った。その結果、参考例および実施例１のマルチコア光ファイバでは、入射端から既に複数のコア部に広がったフィールド分布となっており、スーパーモードの選択励振を行う場合には好ましくない様子が確認された。
　一方、図１５、図１６は、それぞれ、実施例２、実施例３のマルチコア光ファイバのフィールドパターンを示す図である。図１５に示すように、実施例２のマルチコア光ファイバでは、複数のコア部に広がったフィールド分布となっているものの、中心のコア部でのフィールドの局在が強くなっており、スーパーモードの選択的励振が可能であることが確認された。また、図１６に示すように、実施例３のマルチコア光ファイバでは、中心のコア部でのフィールドの局在がより強くなっており、スーパーモードの選択的励振により適することが確認された。
　なお、実施例１～３および参考例のマルチコア光ファイバについて、外側のコア部に光を入射したときの光のフィールド分布を確認した。その結果、中心のコア部に光を入射させた場合と同様に、外側のコア部についても、実施例２のマルチコア光ファイバは、スーパーモードの選択的励振が可能であり、実施例３のマルチコア光ファイバは、スーパーモードの選択的励振により適することが確認された。
　なお、上記実施の形態は、コア部の数が７のものであるが、本発明はこれに限らず、コア部の数がたとえば３以上のマルチコア光ファイバに適用できる。また、上記実施の形態は、クロストークが波長１５５０ｎｍでの値であるが、本発明はこれに限らず、入力される光の波長（たとえば、光ファイバ通信に使用する波長である１５３０ｎｍ～１６２５ｎｍ）においてクロストークが－１５ｄＢ以上のマルチコア光ファイバに適用できる。
　また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係るマルチコア光ファイバおよび光伝送方法は、光通信の用途に利用して好適なものである。
　１　光送信装置
　２、４　光コネクタ
　３　マルチコア光ファイバ
　５　光受信装置
　２０　光ファイババンドル
　２１　シングルモード光ファイバ
　２１ａ、３１１～３１７　コア部
　２２　バンドル部
　２２ａ　端面
　３２　クラッド部
　Ｓ１、Ｓ２　信号光
　ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３　フィールド

Claims (9)

  1. 　複数のコア部と、
    　前記各コア部の外周に位置し、前記各コア部の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部とを備え、
    　互いに隣接する前記コア部間の離隔距離は、全長における該コア部間での前記光のクロストークが波長１５５０ｎｍにおいて－１５ｄＢ以上であり、ケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下となるように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。
  2. 　前記クロストークが０ｄＢ未満であることを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
  3. 　前記離隔距離は２５μｍ～５６μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコア光ファイバ。
  4. 　前記離隔距離は２５μｍ～３５μｍであることを特徴とする請求項３に記載のマルチコア光ファイバ。
  5. 　前記離隔距離は３０μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載のマルチコア光ファイバ。
  6. 　前記離隔距離は３０μｍ～５６μｍであることを特徴とする請求項３に記載のマルチコア光ファイバ。
  7. 　前記各コア部のコア径が５μｍ以上１３μｍ未満、前記クラッド部に対する前記各コア部の比屈折率差が０．１６％より大きく０．９３％以下であることを特徴とする請求項２～６のいずれか一つに記載のマルチコア光ファイバ。
  8. 　請求項１～７のいずれか一つに記載のマルチコア光ファイバのスーパーモードを用いてモード多重伝送を行うことを特徴とする光伝送方法。
  9. 　前記スーパーモードとして、前記マルチコア光ファイバのいずれか一つのコア部に入力された光のフィールドが前記コア部に局在しながら伝搬するスーパーモードを用いることを特徴とする請求項８に記載の光伝送方法。
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