WO2015129775A1 - マルチコアファイバ - Google Patents

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WO2015129775A1
WO2015129775A1 PCT/JP2015/055489 JP2015055489W WO2015129775A1 WO 2015129775 A1 WO2015129775 A1 WO 2015129775A1 JP 2015055489 W JP2015055489 W JP 2015055489W WO 2015129775 A1 WO2015129775 A1 WO 2015129775A1
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core
mode
light
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different
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PCT/JP2015/055489
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雄佑 佐々木
仁 植村
竹永　勝宏
晋聖 齊藤
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株式会社フジクラ
国立大学法人北海道大学
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    • G02B2006/2839—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 fabricated from double or twin core fibres
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    • G02B6/14—Mode converters

Definitions

  • the present invention relates to a multi-core fiber and is suitable for multiplexing / demultiplexing light of different modes.
  • LP01 mode basic mode
  • LP11 mode basic mode
  • Mode communication is known.
  • multimode communication a plurality of LP mode lights propagating in one core are demultiplexed into a plurality of optical fibers, or different LP mode lights propagating in a plurality of optical fibers are combined into one optical fiber. Is done.
  • Non-Patent Document 1 when light of the same LP mode propagates to each of a pair of optical fibers, the light propagating through the optical fibers using a mode converter or the like is set to different LP modes, and thereafter There is a statement that multiplexing is performed.
  • the mode multiplexer / demultiplexer described in Patent Document 1 below has two waveguides. Among these waveguides, one waveguide propagates light of a specific LP mode, and the other waveguide propagates light of a specific LP mode and another LP mode different from the specific LP mode. When light of the same specific LP mode propagates in these waveguides, the propagation constant of the light of the specific LP mode in one waveguide and the propagation constant of the other LP mode in the other waveguide To be matched. With such a configuration, light of a specific LP mode in one waveguide is multiplexed as light in another LP mode of the other waveguide.
  • the mode multiplexer / demultiplexer described in Non-Patent Document 1 requires a mode converter. Further, in the mode multiplexer / demultiplexer described in Patent Document 1, the waveguides are close to each other so that the mode multiplexing / demultiplexing occurs at the place where the mode multiplexing / demultiplexing is performed, and at other places, the mode multiplexing / demultiplexing is performed. The waveguides are separated from each other so as not to occur. Therefore, the mode multiplexer / demultiplexer described in Non-Patent Document 1 requires a place where the mode converter is arranged, and the mode multiplexer / demultiplexer described in Patent Document 1 is guided in each place where the mode multiplexing / demultiplexing is not performed. A place to separate the waveguide is required.
  • an object of the present invention is to realize a mode multiplexer / demultiplexer that can be reduced in size using a multi-core fiber.
  • the multicore fiber of the present invention includes a first core that propagates light up to the x-order LP mode (x is an integer of 2 or more) and light up to the y-order LP mode (y is an integer of 1 or more). ) And a propagation constant of light in the x 1st order LP mode of the first core (x 1 is an integer not less than 2 and not more than x) and y 1st order LP mode of the second core.
  • the propagation constant of the light of the specific LP mode of the second core (the light of the y first- order LP mode) is different from that of the specific LP mode of the first core. This coincides with the propagation constant of mode light (x first- order LP mode light). Accordingly, in the different mode interaction period, the light of the specific LP mode of the second core is mode-multiplexed as the light of the other mode of the first core, or the light of the other LP mode of the first core is the second core. Mode demultiplexing as light of a specific mode. Further, since the first core can propagate light up to at least the secondary LP mode, it can propagate multimode light.
  • the first core can propagate light of an LP mode different from the light of the specific LP mode in addition to the light of the specific LP mode.
  • mode multiplexing / demultiplexing can be performed. For example, if the first core propagates light up to the second order LP mode and the second core propagates light up to the first order LP mode, the LP01 mode light propagating through the second core and the first core LP11 mode light is mode-multiplexed and demultiplexed in the different mode interaction section. Further, the LP01 mode light propagating through the first core propagates through the first core without being multiplexed / demultiplexed.
  • the light propagation constant of each LP mode of the second core does not match the light propagation constant of each LP mode of the first core. For this reason, in the different mode non-interaction section, it is possible to suppress occurrence of mode multiplexing / demultiplexing without separating the first core and the second core as in Patent Document 2.
  • the multi-core fiber propagates light up to the z-order LP mode (z is an integer of 1 or more) and is arranged at a position different from the second core by a predetermined angle with respect to the center of the first core.
  • the light in the x 1st order LP mode is different from each other in the two LP modes that have different energy distributions when rotated by the predetermined angle with respect to the center of the first core.
  • the light It is preferably set to summed light while rotating the a predetermined angle different from each other the center of the core as a reference.
  • the light of the y 1st order LP mode propagating in the second core and the light of one LP mode constituting the light of the x 1st order LP mode of the first core can be multiplexed / demultiplexed. Can do. Therefore, it is possible to perform more mode multiplexing / demultiplexing of light.
  • the predetermined angle is 90 degrees
  • the x 1-order LP mode it is better to be a secondary LP mode.
  • the predetermined angle is 45 degrees
  • the x 1-order LP mode may be a tertiary LP mode.
  • Light in the LP11 mode, which is the second-order LP mode, and light in the LP21 mode, which is the third-order LP mode, are low-order among the light in modes other than the basic mode, and are easy to handle. Therefore, optical communication can be easily performed.
  • the multi-core fiber, the light up to z next LP mode (z is an integer of 1 or more) further comprises a third core for propagating, in the different modes interaction interval, x 2-order LP mode of the first core light (x 2 is 1 or more x less x 1 different integer) propagation constants and the third core z 1-order LP mode optical (z 1 is 1 or z less x 1 and x 2 different integers )
  • the propagation constant of each LP mode light of the first core and the light propagation constant of each LP mode of the third core do not match in the different mode non-interaction section. It is preferable.
  • Such two different LP mode lights propagating through the first core, light propagating through the second core, and light propagating through the third core can be mode-multiplexed / demultiplexed. Therefore, according to such a configuration, it is possible to perform more mode multiplexing / demultiplexing of light.
  • the y 1 and z 1 are equal to each other. Since the light of the same LP mode propagates through the second core and the third core, it becomes easy to handle the light and to make a multi-core fiber.
  • both the second core and the third core are preferably cores that propagate single mode light. Propagating single mode light facilitates handling of light propagating through the second and third cores.
  • the first core may be located at the center of the clad.
  • the different mode interaction section is preferably formed by extending a part of the different mode non-interaction section.
  • the different mode interaction section By forming the different mode interaction section in this way, the cross-sectional structure of the multicore fiber in the different mode interaction section and the cross sectional structure of the multicore fiber in the different mode non-interaction section are similar to each other. Therefore, it is easy to calculate the correlation between the light propagation constant in the different mode interaction section and the light propagation constant in the different mode non-interaction section.
  • the different mode interaction section is formed by stretching, the multimode fiber can be easily drawn by using a heater having a small energy to form the different mode interaction section.
  • the number of LP modes of light propagating through each core in the used wavelength band does not change between the different mode interaction section and the different mode non-interaction section.
  • a mode multiplexer / demultiplexer that can be reduced in size can be realized using a multi-core fiber.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a multi-core fiber that mode-multiplexes and demultiplexes a plurality of second-order LP mode light and first-order LP-mode light, and mode-multiplexes and demultiplexes third-order LP-mode light and first-order LP-mode light. .
  • Example 1 the relationship between the radius of the core and the effective refractive index in light having a relative relative refractive index difference of 0.55% and a wavelength of 1550 nm is expressed as first-order LP mode light, second-order LP mode light, and third-order LP. It is a figure shown about the light of a mode.
  • Example 1 the relationship between the inter-core crosstalk and the inter-core distance between the LP01 mode light and the LP11 mode light, and the relationship between the inter-core crosstalk and the inter-core distance between the LP01 mode lights.
  • Example 1 it is a figure which shows the state of the selection ratio of the light whose stretch ratio is 1.42 and whose wavelength is 1550 nm.
  • Example 1 it is a figure which shows the state of the selection ratio of the light whose stretch ratio is 1.38 and wavelength is 1595 nm. It is a figure which shows the relationship between a wavelength and coupling efficiency.
  • Example 2 when the bend diameter of the multi-core fiber is 80 mm and the wavelength is 1625 nm, the relationship between the inter-core crosstalk XT 01-01 and the inter-core distance between the LP01 modes in the second core and the third core is FIG. 6 is a diagram illustrating the power of light emitted from the second core 12 and the third core 13 in Example 2.
  • FIG. 1 shows the state of the selection ratio of the light whose stretch ratio is 1.38 and wavelength is 1595 nm. It is a figure which shows the relationship between a wavelength and coupling efficiency.
  • Example 2 when the bend diameter of the multi-core fiber is 80 mm and the wavelength is 1625 nm, the relationship between the inter-core crosstalk XT 01-01 and the inter-core distance between the LP01 modes in the second core and the third
  • Example 2 It is a figure which shows the coupling efficiency by the ratio of the power of the light radiate
  • Example 2 it is a figure which shows the coupling efficiency by the ratio of the power of the light radiate
  • NFP Near
  • FIG. 6 is a photograph showing the NFP of light in the second core in the multi-core fiber produced in Example 2. It is a photograph which shows NFP of the light in the 3rd core in the multicore fiber produced in Example 2.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a multi-core fiber according to a first embodiment of the present invention.
  • the multicore fiber 1 of the present embodiment includes a first core 11, a second core 12, and a clad 20 that surrounds the outer peripheral surface of the first core 11 and the outer peripheral surface of the second core 12 without a gap.
  • the multi-core fiber 1 is formed with a large diameter portion 31, a tapered portion 32, and a small diameter portion 33 along the longitudinal direction.
  • the tapered portion 32 and the small diameter portion 33 are formed by heating and stretching a part of the large diameter portion 31.
  • Such stretching by heating may be performed by heating with an oxyhydrogen burner, but can be sufficiently performed by heating by discharge.
  • an optical fiber fuser using arc discharge has been put into practical use, but this arc discharge may be used as a heat source for stretching.
  • FIG. 2 is a diagram showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of each of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33 of the multi-core fiber 1.
  • FIG. 2A shows a state of the structure in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33
  • FIG. 2B shows a state of the refractive index distribution in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33. .
  • the first core 11 is located at the center of the clad 20, and the second core 12 is located around the first core 11.
  • the small diameter portion 33 is formed by extending the large diameter portion 31 as described above, the ratio of the outer diameter of the clad 20 to the diameter of the first core 11 and the diameter of the second core 12 is a multi-core. It does not change anywhere in the fiber 1. For this reason, the diameter of the first core 11 in the small diameter portion 33 is smaller than the diameter of the first core 11 in the large diameter portion 31, and the diameter of the second core 12 in the small diameter portion 33 is the same as that of the second core 12 in the large diameter portion 31. Smaller than the diameter.
  • the solid line indicates the refractive index distribution of the multi-core fiber 1.
  • the refractive index of the first core 11 and the refractive index of the second core 12 are higher than the refractive index of the clad 20 and are constant along the longitudinal direction.
  • the first core 11 propagates light up to the secondary LP mode. That is, the first core 11 of the present embodiment is a fuse mode core that propagates LP01 mode light and LP11 mode light, and suppresses propagation of LP21 mode light that is third-order LP mode light.
  • the second core 12 propagates light up to the first order LP mode. That is, the second core 12 of the present embodiment is a single mode core that propagates LP01 mode light and suppresses LP11 mode light propagation.
  • the broken line indicates the effective refractive index n eff of each LP mode light propagating through the first core 11 and the second core 12.
  • the light propagation constant of each LP mode of the first core 11 does not match the light propagation constant of each LP mode of the second core 12.
  • the propagation constant corresponds to the effective refractive index n eff . Therefore, in this embodiment, the effective refractive index n eff01 of the first-order LP mode light and the effective refractive index n eff11 of the second-order LP mode light of the first core 11 of the large-diameter portion 31 and the first- order of the second core 12 are determined.
  • the large diameter portion 31 It does not coincide with the effective refractive index n eff01 of the LP mode light. For this reason, in the large diameter portion 31, crosstalk between each LP mode light propagating through the first core 11 and each LP mode light propagating through the second core is suppressed. Therefore, the large-diameter portion 31 is restrained from generating / demultiplexing different modes, and the large-diameter portion 31 is a different-mode non-interaction section.
  • the small-diameter portion 33, the diameter of each core as described above is different from the diameter of the respective cores in the large diameter portion 31, and the effective refractive index n eff of the effective refractive index n eff is also the large-diameter portion 31 Different.
  • the small diameter portion 33, a secondary LP mode of the effective refractive index n Eff11 of light and the effective refractive index n Eff01 of light of the primary LP mode of the second core 12 of the first core 11 matches. That is, the propagation constant of the second-order LP mode light of the first core 11 matches the propagation constant of the first-order LP mode light of the second core 12.
  • the small diameter portion 33 the second order LP mode light propagating through the first core 11 and the first order LP mode light propagating through the second core cross-talk. Therefore, in the small-diameter portion 33, mode multiplexing / demultiplexing of the light of the second order LP mode propagating through the first core 11 and the light of the first order LP mode propagating through the second core occurs. For this reason, the small diameter part 33 is set as a different mode interaction area.
  • the number of LP modes of light propagating through the respective cores in the used wavelength band may change between the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33, but it is preferable that the number does not change. Therefore, in the present embodiment, in each of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33, the first core 11 propagates the light of the first-order LP mode and the light of the second-order LP mode and propagates the light of the third-order LP mode.
  • the second core 12 is preferably suppressed, and the light of the first-order LP mode propagates and the propagation of the light of the second-order LP mode is preferably suppressed.
  • the first core 11 and the second core 12 are, for example, It only has to be configured. That is, when the wavelength of light used is 1.55 ⁇ m, the relative refractive index difference between the first core 11 and the cladding 20 is 0.55%, and the relative refractive index difference between the second core 12 and the cladding 20 is 0.
  • the radius of the first core 11 is 6.3 ⁇ m
  • the radius of the second core 12 is 3.7 ⁇ m.
  • the draw ratio of the large diameter part 31 and the small diameter part 33 is set to 1.4. In this case, when light having a wavelength of 1.55 ⁇ m propagates through the first core 11 and the second core 12, the number of LP modes of light propagating through the respective cores is the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33. And does not change.
  • the draw ratio is a similarity ratio between the small diameter portion 33 and the large diameter portion 31, and the diameter of the multicore fiber 1 at the large diameter portion 31 when the diameter of the multicore fiber 1 at the small diameter portion 33 is 1. It is the same value.
  • the first-order LP mode light of the second core 12 when the first-order LP mode light is incident on each of the first core 11 and the second core 12, the first-order LP mode light of the second core 12 is first incident on the small-diameter portion 33.
  • the light is multiplexed to the core 11 as light in the second order LP mode.
  • the light of the second LP mode of the first core 11 is incident on the small diameter portion 33.
  • the light is demultiplexed into the second core 12 as light in the first-order LP mode. In this way, mode coupling / demultiplexing is achieved.
  • the propagation constants of the light of each LP mode of the first core 11 and the propagation constants of the light of each LP mode of the second core 12 do not match, so the first core 11 and the second core 12 Even if the structure is not separated, occurrence of such multiplexing / demultiplexing is suppressed. Therefore, according to the multi-core fiber 1 of the present embodiment, a mode multiplexer / demultiplexer that can be reduced in size can be realized.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction at the large-diameter portion and the small-diameter portion of the multi-core fiber in the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a state of the structure in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33
  • FIG. 3B shows a state of the refractive index distribution in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33. .
  • the multi-core fiber 2 of the present embodiment is different from the multi-core fiber 1 of the first embodiment in that it further includes a third core 13 disposed at a position 90 degrees different from the second core 12 with respect to the center of the first core 11. . That is, the angle ⁇ formed by the line connecting the center of the first core 11 and the center of the second core 12 and the line connecting the center of the first core 11 and the center of the third core 13 is 90 degrees.
  • the configuration of the third core 13 is the same as that of the second core 12 except for the position where it is arranged. Accordingly, when the first-order LP mode light is incident on each of the first core 11, the second core 12, and the third core 13, the first-order LP mode light of the second core 12 and the third core 13 is incident on the small diameter portion 33. Is multiplexed into the first core 11 as light in the second-order LP mode. In addition, when light of the first LP mode and the second LP mode is incident on the first core 11 and the light is not incident on the second core 12 and the third core 13, the secondary of the first core 11 is formed in the small diameter portion 33.
  • the LP mode light is demultiplexed into the second core 12 and the third core 13 as first order LP mode light, respectively.
  • the propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13. Occurrence of mode multiplexing / demultiplexing between the second core 12 and the third core 13 is suppressed.
  • LP11 mode light which is second-order mode light, has a positive electric field distributed on one side and a negative electric field distributed on the other side based on a straight line extending in the radial direction through the center of the core through which the light propagates.
  • the energy distribution is the same on one side and the other side. Therefore, when the light in the LP11 mode is rotated 180 degrees with respect to the center of the propagating core, the same energy distribution as before rotation is obtained, but when rotated at other angles, the energy distribution differs from that before rotation.
  • the LP11 mode light is still called LP11 mode light even if two LP11 mode lights that are rotated 90 degrees from each other are combined.
  • the LP11 mode light propagating through the first core 11 is the LP11a mode light, one of the two LP11 mode lights rotated by 90 degrees and the other as the LP11a mode light and the other as the LP11b mode light. And the LP11b mode light.
  • the light of the second order LP mode (LP11 mode) propagating through the first core 11 is mode-demultiplexed into the light of the first order LP mode propagating through the second core 12 and the third core 13.
  • the LP11a mode light is demultiplexed into the first-order LP mode light propagating through one of the second core 12 and the third core 13, and the LP11b mode light is transmitted through the other of the second core 12 and the third core 13.
  • the first-order LP mode light propagating through the second core 12 and the third core 13 is mode-multiplexed with the LP11 mode light of the first core 11.
  • the light propagating through the second core 12 is combined with one of the LP11a mode light and the LP11b mode light propagating through the first core 11, and the light propagating through the third core 13 is transmitted through the first core 11.
  • the multi-core fiber of the present embodiment even when the first core 11 propagates light up to the second-order LP mode, information is transmitted to the LP01 mode light, the LP11a mode light, and the LP11b mode light. Since they can be superimposed, optical communication having a larger amount of information can be performed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the large-diameter portion and the small-diameter portion of the multi-core fiber in the present embodiment.
  • FIG. 4A shows a state of the structure in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33
  • FIG. 4B shows a state of the refractive index distribution in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33. .
  • the first core 11 of this embodiment propagates light up to the third order LP mode. That is, the first core 11 of the present embodiment propagates LP01 mode light, LP11 mode light, and LP21 mode light, and suppresses propagation of LP02 mode light that is fourth order LP mode light.
  • the core propagates LP01 mode light, LP11 mode light, and LP21 mode light, and suppresses propagation of LP02 mode light that is fourth order LP mode light.
  • the second core 12 propagates light up to the first order LP mode.
  • the propagation constant of the first-order LP mode light of the second core 12 in the small-diameter portion 33 is the light of the third-order LP mode of the first core 11. Is consistent with the propagation constant. That is, in the small-diameter portion 33, the effective refractive index n Eff01 of light of the primary LP mode of the second core 12 coincides with the effective refractive index n Eff21 of light of the third-order LP mode of the first core 11.
  • the large-diameter portion 31 is configured such that the light propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the light propagation constants of the LP modes of the third core 13.
  • the multi-core fiber 3 of the present embodiment further includes a third core 13 disposed at a position 45 degrees different from the second core 12 with respect to the center of the first core 11. That is, the angle ⁇ formed by the line connecting the center of the first core 11 and the center of the second core 12 and the line connecting the center of the first core 11 and the center of the third core 13 is 45 degrees.
  • the configuration of the third core 13 is the same as the configuration of the second core 12 except for the position where it is arranged. Accordingly, when the first-order LP mode light is incident on each of the first core 11, the second core 12, and the third core 13, the first-order LP mode light of the second core 12 and the third core 13 is incident on the small diameter portion 33.
  • the first core 11 Is multiplexed into the first core 11 as light in the third-order LP mode. Further, in the case where the light having the first LP mode, the second LP mode, and the third LP mode is incident on the first core 11 and the light is not incident on the second core 12 and the third core 13, The third-order LP mode light of the core 11 is demultiplexed into the second core 12 and the third core 13 as first-order LP mode light, respectively. In the large-diameter portion 31, the propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13. Occurrence of mode multiplexing / demultiplexing between the second core 12 and the third core 13 is suppressed.
  • the number of LP modes of light propagating through each core does not change between the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33.
  • the LP21 mode light which is the third-order mode light, is a distribution of electric fields in adjacent regions in four regions separated by two perpendicular lines extending in the radial direction through the center of the core through which the light propagates. Is in the opposite state, and has the same energy distribution in each region. Accordingly, when the LP21 mode light is rotated 90 degrees with respect to the center of the propagating core, the energy distribution is the same as that before rotation, but when rotated at other angles, the energy distribution is different from that before rotation.
  • the LP21 mode light is also called the LP21 mode even if two LP21 mode lights that are rotated by 45 + 90n degrees (n is an integer greater than or equal to 0), such as 45 degrees or 135 degrees, are combined. .
  • one of the two LP21 mode lights that are rotated 45 degrees from each other is set as the LP21a mode light and the other as the LP21b mode light, and the LP21 mode light propagating through the first core 11 is converted into the LP21a mode light. And the LP21b mode light. Then, it is assumed that light in the third-order LP mode (LP21 mode) propagating through the first core 11 is mode-demultiplexed into light in the first-order LP mode propagating through the second core 12 and the third core 13.
  • the LP21a mode light is superimposed on the primary LP mode light propagating through one of the second core 12 and the third core 13, and the LP21b mode light is propagated through the other of the second core 12 and the third core 13.
  • the first-order LP mode light propagating through the second core 12 and the third core 13 is mode-multiplexed with the LP21 mode light of the first core 11.
  • the light propagating through the second core 12 is combined with one of the LP21a mode light and the LP21b mode light propagating through the first core 11, and the light propagating through the third core 13 is transmitted through the first core 11.
  • the multi-core fiber of the present embodiment even when the first core 11 propagates light up to the third-order LP mode, information is transmitted to the LP01 mode light, the LP21a mode light, and the LP21b mode light. Since they can be superimposed, optical communication having a larger amount of information can be performed.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of a cross section perpendicular to the longitudinal direction at the large-diameter portion and the small-diameter portion of the multi-core fiber in the present embodiment.
  • FIG. 3A shows a state of the structure in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33
  • FIG. 3B shows a state of the refractive index distribution in the cross section of the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33. .
  • the first core 11 of the present embodiment has the same configuration as the first core 11 of the third embodiment, and propagates light up to the third order LP mode.
  • the multi-core fiber 4 includes a third core 13 on the opposite side of the second core 12 with respect to the center of the first core 11.
  • the third core 13 propagates light up to the primary LP mode.
  • the third core 13 of this embodiment has the same configuration as that of the third core 13 of the third embodiment except that the arrangement position is different. Therefore, in the small-diameter portion 33, the propagation constant of the first-order LP mode light of the third core 13 matches the propagation constant of the third-order LP mode light of the first core 11. That is, in the small-diameter portion 33, the effective refractive index n Eff01 primary LP mode light of the third core 13 coincides with the effective refractive index n Eff21 of light of the third-order LP mode of the first core 11.
  • the large-diameter portion 31 is configured such that the light propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the light propagation constants of the LP modes of the third core 13.
  • the first-order LP of the second core 12 is formed in the small-diameter portion 33.
  • the mode light is combined with the first core 11 as the second order LP mode light
  • the first order LP mode light of the third core 13 is combined with the first core 11 as the third order LP mode light.
  • the second-order LP mode light of the first core 11 is demultiplexed into the second core 12 as the first-order LP mode light
  • the third-order LP mode light of the first core 11 is demultiplexed into the third core 13 in the first-order LP mode light. Demultiplex as. In the large-diameter portion 31, the propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13. Occurrence of mode multiplexing / demultiplexing between the second core 12 and the third core 13 is suppressed.
  • the number of LP modes of light propagating through each core does not change between the large diameter portion 31 and the small diameter portion 33.
  • the small-diameter portion 33 can multiplex / demultiplex the second-order LP mode light propagating through the first core 11 and the first-order LP mode light propagating through the second core 12.
  • the third-order LP mode light propagating through the first core 11 and the first-order LP mode light propagating through the third core 13 can be multiplexed / demultiplexed, more mode multiplexing / demultiplexing of light is possible. It can be performed.
  • the multicore fiber 1 in which the second-order LP mode light propagating through the first core 11 and the first-order LP mode light propagating through the second core 12 are mode-multiplexed and demultiplexed has been described as an example.
  • the combination of modes for multiplexing and demultiplexing only needs to be different for light propagating through the first core 11 and light propagating through the second core.
  • the first core 11 propagates light up to the third-order LP mode
  • the second core 12 propagates light up to the second-order LP mode
  • the third-order LP mode light propagated through the first core 11 Mode multiplexing / demultiplexing may be performed with light of the first-order LP mode propagating through the two cores or light of the second-order LP mode.
  • the first core 11 is a core that propagates light up to at least the x-order LP mode (x is an integer of 2 or more), and the second core 12 is at least It is a core that propagates light up to the y-order LP mode (y is an integer of 1 or more), and the propagation constant of the x- first- order LP mode light (x 1 is an integer of 1 to x) of the first core 11
  • the propagation constants of the light of the y 1st order LP mode of the two cores 12 (y 1 is an integer different from x 1 of 1 or more and y or less) coincide with each other.
  • the order is It becomes the combination of the light of the lowest LP mode, and the light can be easily handled.
  • the third core 13 is disposed at a position 90 different from the second core 12 with respect to the center of the first core 11, and propagates through the second core 12 and the third core 13 in the small diameter portion 33.
  • the light propagating through the first core, which is coupled with the light to be coupled with the mode, is the two lights of the same LP mode that have different energy distributions when they rotate 90 degrees different from each other with respect to the center of the first core 11. (LP11a mode light and LP11b mode light) were added together in a state of being rotated by 90 degrees with respect to the center of the first core 11.
  • the third core 13 is disposed at a position different from the second core 12 by 45 with respect to the center of the first core 11, and propagates through the second core 12 and the third core 13 in the small diameter portion 33.
  • the light propagating through the first core that is coupled with the light and the mode is divided into two light beams of the same LP mode that have different energy distributions when they are rotated 45 degrees different from each other with respect to the center of the first core 11 ( LP21a mode light and LP21b mode light) were added together in a state of being rotated by 45 degrees with respect to the center of the first core 11.
  • the angle formed by the second core 12 and the third core 13 with respect to the center of the first core 11 may be different.
  • the light propagating through the second core 12 and the third core 13 that are mode-multiplexed and demultiplexed with the light propagating through the first core 11 is not limited to the light in the first-order LP mode.
  • the light propagating through the second core 12 and the third core 13 that is mode-multiplexed / demultiplexed with the light of the third-order mode propagating through the first core 11 is light of the second-order LP mode. good.
  • the first core 11, the second core 12, and the third core 13 can be generalized as follows.
  • the first core 11 propagates light up to the x-order LP mode (x is an integer of 2 or more), and the second core 12 and the third core 13 each transmit light up to the y-order LP mode (y is an integer of 1 or more).
  • x is an integer of 2 or more
  • y is an integer of 1 or more
  • x 1 is 1 or x an integer
  • y 1 is an integer different from x 1 which is not less than 1 and not more than y.
  • the x Light in the first- order LP mode is equal to each other when the second core 12 and the third core 13 rotate at different predetermined angles with respect to the center of the first core 11 and have different energy distributions.
  • the two light beams in the mode are added together in a state where they rotate so as to be different from each other by a predetermined angle with respect to the center of the first core 11.
  • the light propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the light propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13.
  • the second embodiment is an example in which x is 2, y is 1, x 1 is 2, y 1 is 1, and a predetermined angle is 90 degrees.
  • the third embodiment is an example in which x is set to 3, y is set to 1, x 1 is set to 3, y 1 is set to 1, and the predetermined angle is 45 degrees.
  • the third-order LP mode light propagating through the first core 11 is mode-multiplexed and demultiplexed with the first-order LP mode light propagating through the second core 12 and the third core 13.
  • the light propagating through the first core and the light propagating through the second core 12 and the third core 13 which are mode-multiplexed / demultiplexed do not have to be in the same LP mode in the second core 12 and the third core 13.
  • the following multi-core fiber can be mentioned as a modification of the third embodiment.
  • the first core 11, the second core 12, and the third core 13 are arranged as in the third embodiment, but the third core 13 propagates light up to the second order LP mode. .
  • the third-order LP mode light propagating through the first core 11 is mode-multiplexed / demultiplexed with the first-order LP mode light propagating through the second core 12, and the second-order LP mode light propagates through the third core 13. And mode combining and demultiplexing.
  • the first core 11, the second core 12, and the third core 13 can be generalized as follows so as to include the modification of the third embodiment.
  • the first core 11 propagates light up to the x-order LP mode (x is an integer of 2 or more)
  • the second core 12 propagates light up to the y-order LP mode (y is an integer of 1 or more)
  • the third The core 13 propagates light up to the z-order LP mode (z is an integer of 1 or more)
  • the second core 12 and the third core 13 are arranged at positions different from each other by a predetermined angle with respect to the center of the first core 11.
  • the propagation constant of the first primary LP mode light of the first core 11 (x 1 is an integer of 1 to x) and the first primary LP mode light of the second core 12 (y 1 is 1).
  • propagation constants and a third z 1-order LP mode core 13 light y following x 1 different from an integer) (z 1 has a propagation constant of 1 or more z less x 1 and y 1 is different from an integer) matches or To do.
  • x Light in the first- order LP mode is equal to each other when the second core 12 and the third core 13 rotate at different predetermined angles with respect to the center of the first core 11 and have different energy distributions.
  • the two light beams in the mode are added together in a state where they rotate so as to be different from each other by a predetermined angle with respect to the center of the first core 11.
  • the light propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the light propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13.
  • x is set to 3
  • y is set to 1
  • z is set to 2
  • x 1 is set to 3
  • y 1 is set to 1
  • z 1 Is an example in which 2 is set and the predetermined angle is 45 degrees.
  • z 1 may be equal to y 1 in such a generalized state
  • examples of the second embodiment and the third embodiment can be included. That is, x, x 1 are each 2, y, z, y 1 , z 1 are each 1, and the predetermined angle is 90 degrees, thereby indicating an example of the second embodiment.
  • x, x 1 are each set to 3
  • y, z, y 1 , z 1 are each set to 1
  • the predetermined angle is set to 45 degrees, thereby illustrating an example of the third embodiment.
  • the second-order LP mode light propagating through the first core 11 is mode-multiplexed / demultiplexed with the first-order LP mode light propagating through the second core 12, and is propagated through the first core 11.
  • the order LP mode light and the first order LP mode light propagating through the third core 13 are combined and demultiplexed.
  • the light propagating through the first core 11 and the light propagating through the second and third cores 12 and 13 that are mode-multiplexed and demultiplexed do not have to be in the same LP mode in the second core 12 and the third core 13. .
  • the following multi-core fiber can be mentioned as a modification of the fourth embodiment.
  • This multi-core fiber is different from the multi-core fiber 4 of the fourth embodiment in that the third core 13 propagates light up to the second order LP mode. Then, the second-order LP mode light propagating through the first core 11 is mode-multiplexed and demultiplexed with the first-order LP mode light propagating through the second core 12, and the third-order LP mode light propagating through the first core 11 is Mode multiplexing / demultiplexing is performed with the second-order LP mode light propagating through the third core 13.
  • the first core 11, the second core 12, and the third core 13 can be generalized as follows so as to include the fourth embodiment and the modified example of the fourth embodiment.
  • the first core 11 propagates light up to the x-order LP mode (x is an integer of 3 or more)
  • the second core 12 propagates light up to the y-order LP mode (y is an integer of 1 or more)
  • the third The core 13 propagates light up to the z-order LP mode (z is an integer of 1 or more).
  • the propagation constant of x first- order LP mode light (x 1 is an integer of 1 to x) of the first core 11 and y first- order LP mode light (y 1 of 1 or more of the second core 12).
  • the propagation constants of light x 2-order LP mode of the first core 11 (x 2 is 1 or more x less x 1 different from an integer)
  • the propagation constants of the light in the z first- order LP mode of the third core 13 (z 1 is an integer different from x 1 and x 2 of 1 or more and z or less) coincide with each other.
  • the light propagation constants of the LP modes of the first core 11 do not match the light propagation constants of the LP modes of the second core 12 and the third core 13.
  • x is 3, y and z are 1, x 1 is 2, x 2 is 3, and y 1 and z 1 are 1. It is an example.
  • x is 3, y is 1, z is 2, x 1 is 2, x 2 is 3, and y 1 is 1.
  • Z 1 is 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing a multi-core fiber that mode-multiplexes and demultiplexes a plurality of second-order LP mode light and first-order LP mode light, and third-order LP mode light and first-order LP mode light.
  • the same or equivalent components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted unless specifically described.
  • the multi-core fiber 5 of this example has the same configuration as the second core 12 of the multi-core fiber 3 of the third embodiment at a position symmetrical to the second core 12 with respect to the first core 11.
  • a four-core 14 is further provided.
  • the first core 11 is configured to propagate light up to the third order LP mode.
  • the second-order LP mode light propagating through the first core 11 is the same as in the second embodiment.
  • the multi-core fiber 5 of this example has two secondary LP mode lights (LP11a mode light and LP11b mode light), the second core 12 and the third core propagating through the first core 11 in the small diameter portion 33.
  • the first-order LP mode light propagating through 13 is mode-multiplexed / demultiplexed, and the third-order LP mode light propagating through the first core 11 and the first-order LP mode light propagating through the fourth core 14 are further separated.
  • FIG. 7 is a diagram showing a multi-core fiber that mode-multiplexes and demultiplexes a plurality of second-order LP mode light and first-order LP mode light, and a plurality of third-order LP mode light and first-order LP mode light. is there.
  • the same or equivalent components as those in the example of FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted unless specifically described.
  • the multicore fiber 6 of this example has the same configuration as the third core 13 of the multicore fiber 3 of the third embodiment at a position that is 45 degrees with the fourth core 14 with respect to the first core 11.
  • a fifth core 15 is further provided.
  • ⁇ 1 shown in FIG. 7 has the same meaning as ⁇ in FIG. 3 and is 90 degrees
  • ⁇ 2 shown in FIG. 7 has the same meaning as ⁇ in FIG. 4 and is 45 degrees.
  • the third-order LP mode light propagating through the first core 11 is the same as in the third embodiment.
  • the multi-core fiber 6 of the present example includes two secondary LP mode lights propagating through the first core 11 and primary LP mode lights propagating through the second core 12 and the third core 13 in the small-diameter portion 33. 1 are propagated through the fourth core 14 and the fifth core 15, respectively, with two third-order LP mode light (LP21a mode light and LP21b mode light) propagating through the first core 11.
  • the light of the next LP mode is mode-multiplexed / demultiplexed.
  • the first core 11 is located at the center of the clad 20, but the first core 11 may not be located at the center of the clad.
  • Example 1 the multi-core fiber 1 of the first embodiment was manufactured, and it was confirmed whether mode multiplexing / demultiplexing can be performed by the manufactured multi-core fiber 1.
  • the multi-core fiber 1 of the first embodiment in the C band (wavelengths 1530 nm to 1565 nm), the LP01 mode in the L band (wavelengths 1565 nm to 1625 nm) and the design conditions for multiplexing and demultiplexing the LP01 mode light and LP11 mode light The design conditions for combining and demultiplexing the light of LP1 and the light of LP11 mode are obtained.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the radius of the core and the effective refractive index when the wavelength is 1550 nm, for the first-order LP mode light, the second-order LP mode light, and the third-order LP mode light.
  • this figure is a figure in case the 1st core 11 is a step type refractive index distribution whose relative refractive index difference is 0.55%. As shown in FIG.
  • the core radius is 4.1 ⁇ m to 6.3 ⁇ m, it can be seen that light up to the second order LP mode propagates and light beyond the third order LP mode does not propagate. Therefore, considering that the diameter of the first core 11 is smaller at the small diameter portion than at the large diameter portion, the core diameter at the large diameter portion should be as large as possible. Therefore, the radius of the first core 11 at the large diameter portion is set to 6.3 ⁇ m. Further, the relative refractive index difference ⁇ 11 of the first core 11 with respect to the clad 20 was set to 0.55% so that the effective core area A eff of the LP01 mode of the first core 11 was 100 ⁇ m 2 at a wavelength of 1550 nm.
  • the effective core area A eff when the wavelength of a general single mode fiber is 1550 nm is 80 ⁇ m 2
  • the effective core area A eff of the second core 12 is set to be approximately the same. So, the relative refractive index difference delta 12 of the second core 12 relative to the cladding is 0.36%. Further, the radius of the second core 12 was 3.7 ⁇ m.
  • FIG. 9 shows the inter-core crosstalk XT 01-11 between the LP01 mode light and the LP11 mode light when the bend diameter of the multi-core fiber is 80 mm and the wavelength is 1625 nm, and the inter-core distance (between the core centers). It is a figure which shows the relationship between the crosstalk XT 01-01 between cores of the light of LP01 mode and the distance between cores, and the distance between cores.
  • the first core 11 propagates the light up to the second-order LP mode
  • the second core 12 propagates the light in the first-order LP mode. Therefore , the crosstalk XT 01-11 , XT 01 in the large-diameter portion. -01 needs to be evaluated. From FIG. 9, since the larger crosstalk is the crosstalk XT 01-11 , the crosstalk may be considered. Considering that the selection ratio in a general mode multiplexer / demultiplexer is about 25 dB and the use length of this device is 1 m or less, ensuring a crosstalk of ⁇ 30 dB / m; did. Therefore, the inter-core distance between the first core 11 and the second core 12 in the large diameter portion is set to 25 ⁇ m.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the draw ratio and the effective refractive index at 1550 nm and 1595 nm for the LP11 mode light propagating through the first core 11 and the LP01 mode light propagating through the second core 12.
  • 1550 nm is the center wavelength of the C band
  • 1595 nm is the center wavelength of the L band.
  • the stretch ratio is 1.42
  • the effective refractive index of the LP01 mode light and the effective refractive index of the LP11 mode light are the same value.
  • the draw ratio is 1.38, and the effective refractive index of the LP01 mode light and the effective refractive index of the LP11 mode light are the same. Therefore, the draw ratio of the C-band multi-core fiber is 1.42, and the draw ratio of the L-band multi-core fiber is 1.38.
  • FIG. 11 is a diagram showing a state of a light selection ratio with a stretch ratio of 1.42 and a wavelength of 1550 nm
  • FIG. 12 is a state of a light selection ratio with a stretch ratio of 1.38 and a wavelength of 1595 nm.
  • FIG. 11 and 12 show the state of the selection ratio depending on the length of the small diameter portion and the length of the tapered portion.
  • the selection ratio here refers to the power of the LP11 mode emitted from the first core 11 and the LP01 mode emitted from the second core 12 when LP01 mode light is incident on the second core 12 of the multicore fiber 1. The ratio to the power of light.
  • the selection ratio of about 25 dB can be realized by setting the length of the tapered portion to 3.0 to 3.8 mm and the length of the small diameter portion to 4.8 mm to 5.0 mm. Further, as shown in FIG. 12, the selection ratio of about 25 dB can be realized by setting the length of the tapered portion to 3.0 to 3.7 mm and the length of the small diameter portion from 4.8 mm to 5.1 mm. I understand. The higher the selection ratio, the better, but it is not necessary up to 25 dB.
  • the length of the tapered portion is set to 4.0 mm, and the length of the small diameter portion is set to 4.7 mm.
  • the length of the tapered portion is 4.0 mm, and the length of the small diameter portion is 4.9 mm.
  • the selection ratio of each multi-core fiber was about 22 dB.
  • the wavelength was set to 1550 nm and 1625 nm, and the mode field diameter MFD and the effective core area A eff were examined for the LP01 mode light.
  • the loss of light when the wavelength was 1550 nm and 1625 nm and the LP01 mode light was bent at a diameter of 60 mm was examined.
  • the light loss when the wavelength was 1550 nm and 1625 nm and the LP01 mode light was bent at a diameter of 60 mm was examined.
  • the 1 m cutoff wavelength of the LP21 mode of the first core 11 was examined, and the 1 m cutoff wavelength of the LP11 mode of the second core 12 was examined. The results are shown in Table 1.
  • the light of the LP11 mode is incident on the first core 11 of the multi-core fiber 1 including the portion that has been stretched under the condition 1, and the light having the wavelength of 1550 nm and the light of the LP11 mode is emitted from the first core 11 in the demultiplexing.
  • the selectivity of the LP01 mode light emitted from the second core 12 was measured. As a result, it was found that the selection ratio was 17 dB.
  • the light of LP01 mode light having a wavelength of 1550 nm is incident on the second core of the multi-core fiber 1 including the portion that has been stretched under Condition 1, and the light of the LP11 mode that is emitted from the first core 11 at the time of multiplexing is input.
  • the selection ratio between the power and the power of the LP01 mode light emitted from the second core 12 was measured. As a result, it was found that the selection ratio was 15 dB.
  • light in the LP11 mode having a wavelength of 1500 nm to 1630 nm is incident on the first core 11 of the multicore fiber 1 including the portion stretched under the condition 1 and the location stretched under the condition 2, and then separated.
  • the coupling efficiencies of the LP11 mode light of the first core 11 and the LP01 mode light of the second core 12 in the wave were examined.
  • light in the LP01 mode having a wavelength of 1500 nm to 1630 nm is incident on the multi-core fiber 1 including a portion drawn under condition 1 and the second core 12 of the multi-core fiber 1 including a portion drawn under condition 2 to be combined.
  • the coupling efficiency is the ratio of the power of the light obtained by subtracting excess loss from the power of the light incident on the second core 12 and the power of the light emitted from the first core 11 in the multiplexing. This is obtained by taking the ratio of the power of light obtained by subtracting excess loss from the power of light incident on the first core 11 and the power of light emitted from the second core 12. The result is shown in FIG.
  • the multi-core fiber 1 satisfying the condition 1 has a high coupling efficiency of 95% or more at a wavelength of about 1550 nm.
  • the multi-core fiber 1 satisfying the condition 2 has a high coupling efficiency of 88% or more at a wavelength of about 1590 nm.
  • Example 2 the multi-core fiber 2 according to the second embodiment was manufactured, and it was confirmed whether mode multiplexing / demultiplexing can be performed by the manufactured multi-core fiber 2.
  • the first core 11 and the second core 12 were designed in the same manner as the first core 11 and the second core 12 of the first embodiment. Further, the multi-core fiber 2 of the present embodiment includes the third core 13 disposed at a position 90 degrees different from the second core 12 with respect to the center of the first core 11. The design of the third core 13 was the same as that of the second core 12.
  • FIG. 14 shows the relationship between the inter-core crosstalk XT 01-01 and the inter-core distance between the LP01 modes in the second core 12 and the third core 13 when the bending diameter of the multi-core fiber 2 is 80 mm and the wavelength is 1625 nm.
  • the design of the stretch ratio and the design of the tapered portion were the same as the design of the stretch ratio and the design of the tapered portion of Example 1.
  • a multi-core fiber consisting only of a large-diameter portion where a tapered portion and a small-diameter portion are not formed was created.
  • the inter-core distance between the first core 11 and the second core 12 and the inter-core distance between the first core 11 and the third core 13 were both 25.0 ⁇ m. Further, the inter-core distance between the second core 12 and the third core 13 was 35.4 ⁇ m. The angle formed by the second core 12 and the third core 13 with respect to the center of the first core 11 was 88.7 °.
  • the crosstalk XT 01-01 between the core 12 and the core 13 was ⁇ 29 dB / m at a wavelength of 1625 nm and a bending diameter of 120 mm.
  • the wavelength was set to 1550 nm and 1625 nm, and the mode field diameter MFD and the effective core area A eff were examined for the LP01 mode light.
  • the loss of light when the wavelength was 1550 nm and 1625 nm and the LP11 mode light was bent at 60 mm was examined.
  • the loss of light when the wavelength is 1550 nm and the LP01 mode light is bent at a diameter of 60 mm is examined, the wavelength is 1625 nm, the diameter of the LP01 mode light is The loss of light when the lens was bent at 60 mm was examined.
  • the 2 m cutoff wavelength of the LP21 mode of the first core 11 was examined, and the 2 m cutoff wavelength of the LP11 mode of the second core 12 and the third core 13 was examined. The results are shown in Table 3.
  • LP11 mode light having a wavelength of 1550 nm was incident on the first core 11 of the multi-core fiber 2 including the stretched portion.
  • this light passes through the polarizer, the quarter-wave plate, the half-wave plate, and the phase plate, and the LP11 mode light field incident on the first core 11 is rotated by the rotation of the phase plate.
  • emitted from the 2nd core 12 and the 3rd core 13 was measured. The result is shown in FIG.
  • the angle of the phase plate that maximizes the power of light incident on the second core 12 and the angle of the phase plate that maximizes the power of light incident on the third core 13 are approximately equal to each other. It was 90 degrees different. Therefore, it can be confirmed that the LP11 mode light incident on the first core 11 can be demultiplexed into the second core 12 and the third core 13 as LP11a mode light and LP11b mode light whose fields are 90 degrees different from each other. It was.
  • LP01 mode light was incident on the second core 12 of the multi-core fiber 2 including the stretched portion.
  • this light is light that passes through the polarizer, the quarter-wave plate, and the half-wave plate, and the polarization of the light incident on the second core 12 is rotated by the rotation of the polarizer.
  • the power of the light emitted from the second core 12 and the first core 11 is measured for each angle by rotating the polarizer to 0 degree, 45 degrees, 90 degrees, 135 degrees, and 180 degrees.
  • the power of light emitted from only one core 11 was measured for each angle.
  • the same light as the light incident on the second core 12 was incident on the third core 13 of the multi-core fiber 2 including the stretched portion. Then, by rotating the polarizer to the same angle as described above, the power of the light emitted from the third core 13 and the first core 11 is measured for each angle, and the light emitted only from the first core 11 is measured. Power was measured at each angle. And the coupling efficiency by the ratio of the power of the light radiate
  • the coupling efficiency is 79% or more at a wavelength of 1550 nm when light is incident on the second core 12 or when light is incident on the third core 13. As a result. Further, there was no significant difference in the coupling efficiency profile between the case where light was incident on the second core 12 and the case where light was incident on the third core 13.
  • FIG. 18 to 20 show NFP (Near Field Pattern) of light in the multi-core fiber 2 manufactured in this example. Specifically, FIG. 18 shows an optical NPF in the first core 11, FIG. 19 shows an optical NFP in the second core 12, and FIG. 20 shows an optical NFP in the third core 13.
  • NFP Near Field Pattern
  • the LP01 mode light, the LP11a mode light, and the LP11b mode light can be selectively combined using the multi-core fiber 2.
  • the optical device according to the present invention is intended to realize a miniaturized mode multiplexer / demultiplexer using a multi-core fiber, and can be used in the optical communication industry.
  • Multicore fiber 11 First core 12: Second core 13: Third core 14: Fourth core 15: Fifth core 20: Clad 31 ..Large diameter part 32 ... Taper part 33 ... Small diameter part

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Abstract

　マルチコアファイバ１は、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬する第１コア１１と、ｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬する第２コア１２と、を備え、第１コア１１のｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は２以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と第２コア１２のｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致する小径部３３と、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる大径部と、が設けられる。

Description

マルチコアファイバ
　本発明はマルチコアファイバに関し、異なるモードの光を合分波する場合に好適なものである。
　光ファイバを用いた光通信において、ＬＰ０１モード（基本モード）の光に情報を重畳させると共に、ＬＰ１１モード等の基本モードよりも高次のＬＰモードの光に情報を重畳させて情報通信を行う多モード通信が知られている。多モード通信では、１つのコアを伝搬する複数のＬＰモードの光を複数の光ファイバに分波したり、複数の光ファイバを伝搬する互いに異なるＬＰモードの光を一つの光ファイバに合波したりすることが行われる。
　下記非特許文献１には、一組の光ファイバのそれぞれに互いに同じＬＰモードの光が伝搬する場合に、モードコンバータ等を用いてそれぞれの光ファイバを伝搬する光を互いに異なるＬＰモードとして、その後合波することが行われる旨の記載がある。
　また、下記特許文献１に記載のモード合分波器は、２つの導波路を有する。これら導波路のうち、一方の導波路が特定のＬＰモードの光を伝搬し、他方の導波路が特定のＬＰモードの光と当該特定のＬＰモードと異なる他のＬＰモードとを伝搬する。これらの導波路に互いに同じ特定のＬＰモードの光が伝搬する場合に、一方の導波路における当該特定のＬＰモードの光の伝搬定数と、他方の導波路における他のＬＰモードの伝搬定数とが一致するようにされている。このような構成により、一方の導波路の特定のＬＰモードの光が、他方の導波路の他のＬＰモードの光として合波される。他方の導波路には元々特定のＬＰモードの光が伝搬しているため、この結果、他方の導波路には特定のＬＰモードの光と他のＬＰモードの光とが伝搬することになる。こうして、モードコンバータを用いずとも、複数の光導波路を互いに同じＬＰモードの光が伝搬する場合に、それぞれの光を一つの導波路に互いに異なるモードの光として伝搬させることができる。
Ａｎ　Ｌｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｌｏｗ－Ｌｏｓｓ　Ｆｕｓｅｄ　Ｍｏｄｅ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　ｆｏｒ　Ｆｅｗ－Ｍｏｄｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，　ＯＦＣ，　ＯＴｕ３Ｇ４　（２０１３）．
特開２０１３－　３７０１７号公報
　非特許文献１に記載のモード合分波器ではモードコンバータを必要とする。また、特許文献１に記載のモード合分波器では、モード合分波が行われる場所ではモード合分波が起きるようにそれぞれの導波路が近接され、それ以外の場所では、モード合分波が起きないようにそれぞれの導波路が離れている。従って、非特許文献１に記載のモード合分波器はモードコンバータを配置する場所が必要となり、特許文献１に記載のモード合分波器はモード合分波が行われない場所におけるそれぞれの導波路を離す場所が必要となる。
　そこで、本発明は小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現しようとすることを目的とする。
　かかる課題を解決するため本発明のマルチコアファイバは、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬する第１コアと、ｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬する第２コアと、を備え、前記第１コアのｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は２以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と前記第２コアのｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致する異モード相互作用区間と、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる異モード非相互作用区間と、が設けられることを特徴とするものである。
　このマルチコアファイバの異モード相互作用区間では、第２コアの特定のＬＰモードの光（ｙ１次ＬＰモードの光）の伝搬定数が、第１コアの特定のＬＰモードの光と異なる他のＬＰモードの光（ｘ１次ＬＰモードの光）の伝搬定数と一致している。従って、異モード相互作用区間において、第２コアの特定のＬＰモードの光が第１コアの他のモードの光としてモード合波したり、第１コアの他のＬＰモードの光が第２コアの特定のモードの光としてモード分波したりすることができる。また、第１コアは、少なくとも２次ＬＰモードまでの光を伝搬することができるため、多モードの光を伝搬することができる。従って、第１コアは、上記特定のＬＰモードの光の他に当該特定のＬＰモードの光と異なるＬＰモードの光を伝搬することができる。こうして、モード合分波をすることができるのである。例えば、第１コアが２次ＬＰモードまでの光を伝搬し、第２コアが１次ＬＰモードまでの光を伝搬するのであれば、第２コアを伝搬するＬＰ０１モードの光と第１コアのＬＰ１１モードの光とが、異モード相互作用区間でモード合分波される。また、第１コアを伝搬するＬＰ０１モードの光は合分波されることなく第１コアを伝搬する。
　さらにこのマルチコアファイバの異モード非相互作用区間では、第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数が、第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と一致しない。このため異モード非相互作用区間では、特許文献２のように第１コアと第２コアとを離すことをせずとも、モード合分波が起きることを抑制することができる。
　従って、このマルチコアファイバによれば、小型化が可能なモード合分波器を実現することができるのである。
　また、上記マルチコアファイバは、ｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬し、前記第１コアの中心を基準として前記第２コアと所定角度異なる位置に配置される第３コアを更に備え、前記異モード相互作用区間では、前記第１コアの前記ｘ１次ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアのｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致し、前記異モード非相互作用区間では、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされ、前記ｘ１次ＬＰモードの光は、前記第１コアの中心を基準として互いに前記所定角度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しい２つのＬＰモードの光が、前記第１コアの中心を基準として互いに前記所定角度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされることが好ましい。
　このような構成によれば、異モード相互作用区間において、第２コア伝搬するｙ１次ＬＰモードの光と第１コアのｘ１次ＬＰモードの光を構成する一方のＬＰモードの光とを合分波することができ、さらに、第２コア伝搬するｚ１次ＬＰモードの光と第１コアのｘ１次ＬＰモードの光を構成する他方のＬＰモードの光とを合分波することができる。従って、さらに多くの光のモード合分波を行うことができる。
　この場合、前記所定角度は９０度とされ、前記ｘ１次ＬＰモードは２次ＬＰモードとされることが良い。或いは、前記所定角度は４５度とされ、前記ｘ１次ＬＰモードは３次ＬＰモードとされることが良い。２次ＬＰモードであるＬＰ１１モードの光や、３次ＬＰモードであるＬＰ２１モードの光は、基本モード以外のモードの光の中で低次であり、取り扱いが容易である。従って、光通信を容易に行うことができる。
　また、上記マルチコアファイバは、ｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬する第３コアを更に備え、前記異モード相互作用区間では、前記第１コアのｘ２次ＬＰモードの光（ｘ２は１以上ｘ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数と前記第３コアのｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１及びｘ２と異なる整数）の伝搬定数とが一致し、前記異モード非相互作用区間では、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされることが好ましい。
　このような第１コアを伝搬する異なる２つのＬＰモードの光と第２コアを伝搬する光及び第３コアを伝搬する光とをモード合分波することができる。従って、このような構成によれば、さらに多くの光のモード合分波を行うことができる。
　また、ｙ１とｚ１とが互いに等しいことが好ましい。第２コアと第３コアとを同じＬＰモードの光が伝搬するため、光のハンドリングが容易となり、また、マルチコアファイバの作成が容易となる。
　この場合、ｙ１及びｚ１が１とされることが好ましい。つまり、第２コア及び第３コアは共にシングルモードの光を伝搬するコアであることが好ましい。シングルモードの光を伝搬することで、第２、第３コアを伝搬する光のハンドリングが容易となる。
　また、前記第１コアは、クラッドの中心に位置することとしても良い。
　また、前記異モード相互作用区間は、前記異モード非相互作用区間の一部が延伸されることで形成されることが好ましい。
　このように異モード相互作用区間を形成することで、異モード相互作用区間におけるマルチコアファイバの断面の構造と異モード非相互作用区間におけるマルチコアファイバの断面の構造とが、互いに相似の関係となる。このため異モード相互作用区間の光の伝搬定数と異モード非相互作用区間の光の伝搬定数との相関性を計算し易い。また、異モード相互作用区間が延伸により形成されるため、エネルギーの小さな加熱器を用いて容易にマルチコアファイバを延伸して異モード相互作用区間を形成することができる。
　また、使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、前記異モード相互作用区間と前記異モード非相互作用区間とで変化しないことが好ましい。
　それぞれの区間で伝搬定数が変化しないことにより、不要なＬＰモードの光が励振されることを考慮せずに済み、効率よく光をハンドリングすることができる。
　以上のように本発明によれば、小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現することができる。
第１実施形態におけるマルチコアファイバを示す図である。 図１のマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 第２実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 第３実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 第４実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。 複数の２次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波し、３次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波するマルチコアファイバを示す図である。 複数の２次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波し、複数の３次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波するマルチコアファイバを示す図である。 実施例１において、相対比屈折率差が０．５５％、波長が１５５０ｎｍの光におけるコアの半径と実効屈折率との関係を１次ＬＰモードの光、２次ＬＰモードの光、３次ＬＰモードの光について示す図である。 実施例１において、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との間のコア間クロストークとコア間距離との関係、及び、ＬＰ０１モードの光同士のコア間クロストークとコア間距離との関係を示す図である。 実施例１において、延伸比と実効屈折率との関係を第１コアを伝搬するＬＰ１１モードの光と第２コアを伝搬するＬＰ０１モードの光について、波長が１５５０ｎｍ及び１５９５ｎｍで示す図である。 実施例１において、延伸比が１．４２で波長が１５５０ｎｍである光の選択比の状態を示す図である。 実施例１において、延伸比が１．３８で波長が１５９５ｎｍである光の選択比の状態を示す図である。 波長と結合効率との関係を示す図である。 実施例２において、マルチコアファイバの曲げ直径が８０ｍｍであり、波長が１６２５ｎｍのときの第２コアと第３コアとにおけるＬＰ０１モード同士のコア間クロストークＸＴ０１－０１とコア間距離との関係を示す図である。 実施例２において第２コア１２及び第３コア１３から出射する光のパワーを示す図である。 実施例２において第２コア及び第１コアから出射する光のパワーと、第１コアのみから出射する光のパワーとの比による結合効率を波長ごとに示す図である。 実施例２において第３コア１３及び第１コア１１から出射する光のパワーと、第１コア１１のみから出射する光のパワーとの比による結合効率を波長ごと示す図である。 実施例２において作製したマルチコアファイバにおける第１コアにおける光のＮＦＰ(Near Field Pattern)を示す写真である。 実施例２において作製したマルチコアファイバにおける第２コアにおける光のＮＦＰを示す写真である。 実施例２において作製したマルチコアファイバにおける第３コアにおける光のＮＦＰを示す写真である。
　以下、本発明に係るマルチコアファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、理解の容易のため、それぞれの図に記載のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態におけるマルチコアファイバを示す図である。図１に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ１は、第１コア１１と、第２コア１２と、第１コア１１の外周面及び第２コア１２の外周面を隙間なく包囲するクラッド２０とを備える。
　また、マルチコアファイバ１は、長手方向に沿って大径部３１とテーパ部３２と小径部３３とが形成されている。テーパ部３２及び小径部３３は、大径部３１の一部が加熱されて延伸されることで形成される。このような加熱による延伸は、酸水素バーナによる加熱で行われても良いが、放電による加熱で十分に行うことができる。例えば、アーク放電を用いる光ファイバの融着器が実用されているが、このアーク放電を延伸用の熱源として利用しても良い。
　図２は、マルチコアファイバ１の大径部３１及び小径部３３のそれぞれにおける長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図２（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図２（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。
　図２（Ａ）に示すように、第１コア１１は、クラッド２０の中心に位置しており、第２コア１２は、第１コア１１の周囲に位置している。また、上記のように小径部３３は大径部３１が延伸されることで形成されるため、クラッド２０の外径と第１コア１１の直径及び第２コア１２の直径との比は、マルチコアファイバ１の何処であっても変わらない。このため、小径部３３における第１コア１１の直径は大径部３１における第１コア１１の直径よりも小さく、小径部３３における第２コア１２の直径は大径部３１における第２コア１２の直径よりも小さい。
　図２（Ｂ）において、実線はマルチコアファイバ１の屈折率分布を示す。図２（Ｂ）に示すように、第１コア１１の屈折率及び第２コア１２の屈折率は、クラッド２０の屈折率よりも高く、長手方向に沿って一定である。第１コア１１は、２次ＬＰモードまでの光を伝搬する。つまり、本実施形態の第１コア１１は、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を伝搬し、３次ＬＰモードの光であるＬＰ２１モードの光の伝搬が抑制されるフューモードコアとされる。また、第２コア１２は、１次ＬＰモードまでの光を伝搬する。つまり、本実施形態の第２コア１２は、ＬＰ０１モードの光を伝搬しＬＰ１１モードの光の伝搬が抑制されるシングルモードコアとされる。
　また、図２（Ｂ）において、破線は第１コア１１及び第２コア１２を伝搬する各ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆを示す。大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる。伝搬定数は実効屈折率ｎｅｆｆと対応している。従って、本実施形態では、大径部３１の第１コア１１の１次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ０１及び２次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ１１と第２コア１２の１次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ０１とは不一致とされる。このため、大径部３１では、第１コア１１を伝搬する各ＬＰモードの光と第２コアを伝搬する各ＬＰモードの光とのクロストークが抑制されている。従って、大径部３１では、異モードの合分波が起きることが抑制され、大径部３１は異モード非相互作用区間とされる。
　一方、小径部３３では、上記のようにそれぞれのコアの直径が大径部３１でのそれぞれのコアの直径と異なるので、実効屈折率ｎｅｆｆも大径部３１での実効屈折率ｎｅｆｆと異なる。そして、小径部３３では、第１コア１１の２次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ１１と第２コア１２の１次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ０１とが一致する。つまり、第１コア１１の２次ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２の１次ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致する。このため、小径部３３では、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光と第２コアを伝搬する１次ＬＰモードの光とがクロストークする。従って、小径部３３では、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光と第２コアを伝搬する１次ＬＰモードの光とのモード合分波が起きる。このため、小径部３３は、異モード相互作用区間とされる。
　また、使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しても良いが、変化しない方が好ましい。従って、本実施形態では、大径部３１及び小径部３３のそれぞれにおいて、第１コア１１は、１次ＬＰモードの光及び２次ＬＰモードの光が伝搬し３次ＬＰモードの光の伝搬が抑制され、第２コア１２は、１次ＬＰモードの光が伝搬し２次ＬＰモードの光の伝搬が抑制されることが好ましい。
　上記のように大径部３１が異モード非相互作用区間とされ、小径部３３が異モード相互作用区間とされるには、第１コア１１及び第２コア１２は、例えば、次の様に構成されれば良い。すなわち、使用される光の波長が１．５５μｍである場合に、第１コア１１のクラッド２０に対する比屈折率差０．５５％とされ、第２コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差０．３６％とされ、大径部３１において、第１コア１１の半径が６．３μｍとされ、第２コア１２の半径が３．７μｍとされる。そして、大径部３１と小径部３３との延伸比が１．４とされる。この場合には、波長が１．５５μｍの光が第１コア１１及び第２コア１２を伝搬する場合に、それぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しない。
　なお、延伸比とは、小径部３３と大径部３１との相似比であり、小径部３３でのマルチコアファイバ１の直径を１とする場合における大径部３１でのマルチコアファイバ１の直径と同じ値である。
　本実施形態のマルチコアファイバ１では、第１コア１１及び第２コア１２のそれぞれに１次ＬＰモードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２の１次ＬＰモードの光が第１コア１１に２次ＬＰモードの光として合波する。或いは、第１コア１１に１次ＬＰモード及び２次ＬＰモードから成る光を入射し第２コア１２に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１の２次ＬＰモードの光が第２コア１２に１次ＬＰモードの光として分波する。こうしてモード合分波が達成される。しかし、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２とを離す構造とせずとも、このような合分波が生じることが抑制される。従って、本実施形態のマルチコアファイバ１によれば、小型化が可能なモード合分波器を実現することができる。
　（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図３は、本実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図３（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図３（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。
　本実施形態のマルチコアファイバ２は、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２と９０度異なる位置に配置される第３コア１３を更に備える点において第１実施形態のマルチコアファイバ１と異なる。つまり、第１コア１１の中心と第２コア１２の中心とを結ぶ線と、第１コア１１の中心と第３コア１３の中心とを結ぶ線とがなす角度θが９０度とされる。
　第３コア１３の構成は、配置される位置を除き第２コア１２と同様の構成とされる。従って、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３のそれぞれに１次ＬＰモードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２及び第３コア１３の１次ＬＰモードの光が第１コア１１に２次ＬＰモードの光として合波する。また、第１コア１１に１次ＬＰモード、２次ＬＰモードから成る光を入射し第２コア１２及び第３コア１３に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１の２次ＬＰモードの光が第２コア１２及び第３コア１３にそれぞれ１次ＬＰモードの光として分波する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２及び第３コア１３との間でモード合分波が生じることが抑制される。
　ここで、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光と第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光の合分波についてより詳細に説明する。
　２次モードの光であるＬＰ１１モードの光は、当該光が伝搬するコアの中心を通り径方向に伸びる直線を基準として、一方側に正の電場が分布し他方側に負の電場が分布し、一方側と他方側とで同じエネルギーの分布となる。従って、ＬＰ１１モードの光は伝搬するコアの中心を基準に１８０度回転させると回転前と同じエネルギー分布となるが、それ以外の角度で回転させると回転前と異なるエネルギー分布となる。そしてＬＰ１１モードの光は、互いに９０度回転させた関係にある２つのＬＰ１１モードの光を合波しても、やはりＬＰ１１モードの光と呼ばれる。
　そこで、互いに９０度回転させた関係にある２つのＬＰ１１モードの光の一方をＬＰ１１ａモードの光とし他方をＬＰ１１ｂモードの光として、第１コア１１を伝搬するＬＰ１１モードの光が、ＬＰ１１ａモードの光とＬＰ１１ｂモードの光との足し合わせとする。そして、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモード（ＬＰ１１モード）の光が、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光にモード分波する場合を想定する。この場合、ＬＰ１１ａモードの光が第２コア１２及び第３コア１３の一方を伝搬する１次ＬＰモードの光に分波し、ＬＰ１１ｂモードの光が第２コア１２及び第３コア１３の他方を伝搬する１次ＬＰモードの光に分波する傾向がある。また、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬するそれぞれの１次ＬＰモードの光を第１コア１１のＬＰ１１モードの光にモード合波する場合を想定する。この場合、第２コア１２を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ１１ａモードの光及びＬＰ１１ｂモードの光の一方に合波し、第３コア１３を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ１１ａモードの光及びＬＰ１１ｂモードの光の他方に合波する傾向がある。
　従って、本実施形態のマルチコアファイバによれば、第１コア１１が２次ＬＰモードまでの光を伝搬する場合であっても、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１ａモードの光及びＬＰ１１ｂモードの光に情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。
　（第３実施形態）
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図４は、本実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図４（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図４（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。
　本実施形態の第１コア１１は、３次ＬＰモードまでの光を伝搬する。つまり、本実施形態の第１コア１１は、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光及びＬＰ２１モードの光を伝搬し、４次ＬＰモードの光であるＬＰ０２モードの光の伝搬が抑制されるフューモードコアとされる。
　また、第２コア１２は、１次ＬＰモードまでの光を伝搬する。ただし、本実施形態では、第１実施形態のマルチコアファイバ１と異なり、小径部３３において、第２コア１２の１次ＬＰモードの光の伝搬定数が、第１コア１１の３次ＬＰモードの光の伝搬定数と一致する。つまり、小径部３３において、第２コア１２の１次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ０１が、第１コア１１の３次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ２１と一致する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しない構成とされる。
　また、本実施形態のマルチコアファイバ３は、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２と４５度異なる位置に配置される第３コア１３を更に備える。つまり、第１コア１１の中心と第２コア１２の中心とを結ぶ線と、第１コア１１の中心と第３コア１３の中心とを結ぶ線とがなす角度θが４５度とされる。第３コア１３の構成は、配置される位置を除き第２コア１２の構成と同様とされる。従って、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３のそれぞれに１次ＬＰモードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２及び第３コア１３の１次ＬＰモードの光が第１コア１１に３次ＬＰモードの光として合波する。また、第１コア１１に１次ＬＰモード、２次ＬＰモード及び３次ＬＰモードから成る光を入射し第２コア１２及び第３コア１３に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１の３次ＬＰモードの光が第２コア１２及び第３コア１３にそれぞれ１次ＬＰモードの光として分波する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２及び第３コア１３との間でモード合分波が生じることが抑制される。
　なお、本実施形態においても、それぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しないことが好ましい。
　ここで、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光と第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光の合分波についてより詳細に説明する。
　３次モードの光であるＬＰ２１モードの光は、当該光が伝搬するコアの中心を通り径方向に伸びる互いに垂直な２つの直線で区切られる４つの領域において、互いに隣り合う領域での電場の分布は、正負が逆の状態となり、それぞれの領域で同じエネルギーの分布となる。従って、ＬＰ２１モードの光は伝搬するコアの中心を基準に９０度回転させると回転前と同じエネルギー分布となるが、それ以外の角度で回転させると回転前と異なるエネルギー分布となる。そしてＬＰ２１モードの光は、互いに４５度や１３５度といった具合に４５＋９０ｎ度（ｎは０以上の整数）回転させた関係にある２つのＬＰ２１モードの光を合波しても、やはりＬＰ２１モードと呼ばれる。
　そこで、例えば、互いに４５度回転させた関係にある２つのＬＰ２１モードの光の一方をＬＰ２１ａモードの光とし他方をＬＰ２１ｂモードの光として、第１コア１１を伝搬するＬＰ２１モードの光が、ＬＰ２１ａモードの光とＬＰ２１ｂモードの光との足し合わせとする。そして、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモード（ＬＰ２１モード）の光が、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光にモード分波する場合を想定する。この場合、ＬＰ２１ａモードの光が第２コア１２及び第３コア１３の一方を伝搬する１次ＬＰモードの光に重畳し、ＬＰ２１ｂモードの光が第２コア１２及び第３コア１３の他方を伝搬する１次ＬＰモードの光に分波する傾向がある。また、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬するそれぞれの１次ＬＰモードの光を第１コア１１のＬＰ２１モードの光にモード合波する場合を想定する。この場合、第２コア１２を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ２１ａモードの光及びＬＰ２１ｂモードの光の一方に合波し、第３コア１３を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ２１ａモードの光及びＬＰ２１ｂモードの光の他方に合波する傾向がある。
　従って、本実施形態のマルチコアファイバによれば、第１コア１１が３次ＬＰモードまでの光を伝搬する場合であっても、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ２１ａモードの光及びＬＰ２１ｂモードの光に情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。
　（第４実施形態）
　次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図５は、本実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図３（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図３（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。
　本実施形態の第１コア１１は、第３実施形態の第１コア１１と同様の構成とされ、３次ＬＰモードまでの光を伝搬する。
　また、マルチコアファイバ４は、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２側と反対側に第３コア１３を備える。第３コア１３は、１次ＬＰモードまでの光を伝搬する。本実施形態の第３コア１３は、第３実施形態の第３コア１３と配置位置が異なる点を除き同様の構成とされる。従って、小径部３３において、第３コア１３の１次ＬＰモードの光の伝搬定数が、第１コア１１の３次ＬＰモードの光の伝搬定数と一致する。つまり、小径部３３において、第３コア１３の１次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ０１が、第１コア１１の３次ＬＰモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆ２１と一致する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しない構成とされる。
　このような構成のマルチコアファイバ４において、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３のそれぞれに１次ＬＰモードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２の１次ＬＰモードの光が第１コア１１に２次ＬＰモードの光として合波すると共に第３コア１３の１次ＬＰモードの光が第１コア１１に３次ＬＰモードの光として合波する。また、第１コア１１に１次ＬＰモード、２次ＬＰモード及び３次ＬＰモードから成る光を入射し、第２コア１２及び第３コア１３に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１の２次ＬＰモードの光が第２コア１２に１次ＬＰモードの光として分波すると共に第１コア１１の３次ＬＰモードの光が第３コア１３に１次ＬＰモードの光として分波する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２及び第３コア１３との間でモード合分波が生じることが抑制される。
　なお、本実施形態においてもそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しないことが好ましい。
　本実施形態のマルチコアファイバ４によれば、小径部３３において、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光と第２コア１２伝搬する１次ＬＰモードの光とを合分波することができ、さらに、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光と第３コア１３伝搬する１次ＬＰモードの光とを合分波することができるので、さらに多くの光のモード合分波を行うことができる。
　以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　第１実施形態では、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光と第２コア１２を伝搬する１次ＬＰモードの光とがモード合分波するマルチコアファイバ１を例に説明した。しかし、合分波するモードの組み合わせが第１コア１１を伝搬する光と第２コアを伝搬する光とで異なっていればよい。例えば、第１コア１１が３次ＬＰモードまでの光を伝搬し、第２コア１２が２次ＬＰモードまでの光を伝搬し、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光が、第２コアを伝搬する１次ＬＰモードの光或いは２次ＬＰモードの光とモード合分波することとしても良い。これをＬＰモードの次数を特定せずに記載すると、第１コア１１は、少なくともｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬するコアであり、第２コア１２は、少なくともｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬するコアであり、第１コア１１のｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は１以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と第２コア１２のｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致していることとなる。ただし、本実施形態のように、第１コア１１が１次ＬＰモードの光及び２次ＬＰモードの光を伝搬し、第２コア１２が１次ＬＰモードまでの光を伝搬する場合、次数が最も低いＬＰモードの光の組み合わせとなり、光を容易に扱うことができる。
　また、第２実施形態では、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２と９０異なる位置に第３コア１３が配置され、小径部３３において、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光とモード合分波する第１コアを伝搬する光は、第１コア１１の中心を基準として互いに９０度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しいＬＰモードの２つの光（ＬＰ１１ａモードの光及びＬＰ１１ｂモードの光）が、第１コア１１の中心を基準として互いに９０度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされた。さらに第３実施形態では、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２と４５異なる位置に第３コア１３が配置され、小径部３３において、第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光とモード合分波する第１コアを伝搬する光は、第１コア１１の中心を基準として互いに４５度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しいＬＰモードの２つの光（ＬＰ２１ａモードの光及びＬＰ２１ｂモードの光）が、第１コア１１の中心を基準として互いに４５度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされた。
　しかし、第１コア１１を伝搬する光が他のＬＰモードの光の場合には、第２コア１２と第３コア１３とが第１コア１１の中心を基準になす角度は異なる場合がある。また、第１コア１１を伝搬する光とモード合分波する第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光は１次ＬＰモードの光に限られない。例えば、第３実施形態において、第１コア１１を伝搬する３次モードの光とモード合分波する第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光は２次ＬＰモードの光であっても良い。
　そこで第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３は、次の様に一般化できる。第１コア１１はｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬し、第２コア１２及び第３コア１３はそれぞれｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬すると共に第１コア１１の中心を基準として互いに所定角度度異なる位置に配置される。小径部３３では、第１コア１１のｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は１以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と第２コア１２及び第３コアのｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致する。ｘ１次ＬＰモードの光は、第２コア１２と第３コア１３とが第１コア１１の中心を基準としてなす上記の所定角度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しいＬＰモードの２つの光が、第１コア１１の中心を基準として互いに所定角度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされる。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる。このような定義において、第２実施形態は、ｘが２とされ、ｙが１とされ、ｘ１が２とされ、ｙ１が１とされ、所定角度が９０度とされた例である。また、第３実施形態は、ｘが３とされ、ｙが１とされ、ｘ１が３とされ、ｙ１が１とされ、所定角度が４５度とされた例である。
　また、第３実施形態において、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光が第２コア１２、第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光とモード合分波するものとした。しかし、第１コアを伝搬する光とモード合分波する第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光が、第２コア１２と第３コア１３とで同じＬＰモードである必要はない。例えば、第３実施形態の変形例として、次の様なマルチコアファイバを挙げることができる。この変形例のマルチコアファイバは、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３が第３実施形態のように配置されるが、第３コア１３が２次ＬＰモードまでの光を伝搬する。そして、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光が、第２コア１２を伝搬する１次ＬＰモードの光とモード合分波すると共に第３コア１３を伝搬する２次ＬＰモードの光とモード合分波する。
　そこで、上記の第３実施形態の変形例を含むようにして、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３は、次の様に一般化できる。第１コア１１はｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬し、第２コア１２はｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬し、第３コア１３はｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬し、第２コア１２及び第３コア１３は第１コア１１の中心を基準として互いに所定角度度異なる位置に配置される。小径部３３では、第１コア１１のｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は１以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と、第２コア１２のｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数及び第３コア１３のｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１及びｙ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致する。ｘ１次ＬＰモードの光は、第２コア１２と第３コア１３とが第１コア１１の中心を基準としてなす上記の所定角度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しいＬＰモードの２つの光が、第１コア１１の中心を基準として互いに所定角度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされる。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる。このような定義において、上記第３実施形態の変形例は、ｘが３とされ、ｙが１とされ、ｚが２とされ、ｘ１が３とされ、ｙ１が１とされ、ｚ１が２とされ、所定角度が４５度とされた例である。なお、このように一般化した状態で、ｚ１がｙ１と等しくても良いものとすれば、第２実施形態や第３実施形態の例を含むことができる。すなわち、ｘ，ｘ１がそれぞれ２とされ、ｙ，ｚ，ｙ１，ｚ１がそれぞれ１とされ、所定角度が９０度とされることで、第２実施形態の例を示すことになる。また、ｘ，ｘ１がそれぞれ３とされ、ｙ，ｚ，ｙ１，ｚ１がそれぞれ１とされ、所定角度が４５度とされることで、第３実施形態の例を示すことになる。
　また、第４実施形態では、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光が第２コア１２を伝搬する１次ＬＰモードの光とモード合分波し、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光が第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光とモード合分波するものとした。しかし、第１コア１１を伝搬する光とモード合分波する第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する光が、第２コア１２と第３コア１３とで同じＬＰモードである必要はない。例えば、第４実施形態の変形例として、次の様なマルチコアファイバを挙げることができる。このマルチコアファイバは、第３コア１３が２次ＬＰモードまでの光を伝搬する点において、第４実施形態のマルチコアファイバ４と異なる。そして、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光が第２コア１２を伝搬する１次ＬＰモードの光とモード合分波し、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光が第３コア１３を伝搬する２次ＬＰモードの光とモード合分波する。
　そこで、第４実施形態や上記第４実施形態の変形例を含むように、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３は、次の様に一般化できる。第１コア１１はｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは３以上の整数）を伝搬し、第２コア１２はｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬し、第３コア１３はｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬する。小径部３３では、第１コア１１のｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は１以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と第２コア１２のｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致し、さらに、第１コア１１のｘ２次ＬＰモードの光（ｘ２は１以上ｘ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数と第３コア１３のｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１及びｘ２と異なる整数）の伝搬定数とが一致する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる。このような定義において、第４実施形態は、ｘが３とされ、ｙ及びｚが１とされ、ｘ１が２とされ、ｘ２が３とされ、ｙ１及びｚ１が１とされた例である。また、上記第４実施形態の変形例は、ｘが３とされ、ｙが１とされ、ｚが２とされ、ｘ１が２とされ、ｘ２が３とされ、ｙ１が１とされ、ｚ１が２とされた例である。
　また、第１～第４実施形態や上記のように一般化された例を組み合わせることも可能である。
　図６は、複数の２次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光、及び、３次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波するマルチコアファイバを示す図である。なお、本例を説明するに当たり、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図６に示すように、本例のマルチコアファイバ５は、第１コア１１を基準として第２コア１２と対称となる位置に第３実施形態のマルチコアファイバ３の第２コア１２と同じ構成の第４コア１４を更に備える。また、第１コア１１は、３次ＬＰモードまでの光を伝搬する構成とされる。また、第１コア１１を伝搬する２次ＬＰモードの光は、第２実施形態と同様とされる。
　従って、本例のマルチコアファイバ５は、小径部３３において、第１コア１１を伝搬する２つの２次ＬＰモードの光（ＬＰ１１ａモードの光、ＬＰ１１ｂモードの光）と第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光とがそれぞれモード合分波し、さらに、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光と第４コア１４を伝搬する１次ＬＰモードの光とがモード合分波する。
　図７は、複数の２次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光、及び、複数の３次ＬＰモードの光と１次ＬＰモードの光とをモード合分波するマルチコアファイバを示す図である。なお、本例を説明するに当たり、図６の例と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
　図７に示すように、本例のマルチコアファイバ６は、第１コア１１を基準として第４コア１４と４５度となる位置に第３実施形態のマルチコアファイバ３の第３コア１３と同じ構成の第５コア１５を更に備える。また、図７に示すθ１は図３のθと同じ意味であり９０度とされ、図７に示すθ２は図４のθと同じ意味であり４５度とされる。また、第１コア１１を伝搬する３次ＬＰモードの光は、第３実施形態と同様とされる。
　従って、本例のマルチコアファイバ６は、小径部３３において、第１コア１１を伝搬する２つの２次ＬＰモードの光と第２コア１２及び第３コア１３を伝搬する１次ＬＰモードの光とがそれぞれモード合分波し、さらに、第１コア１１を伝搬する２つの３次ＬＰモードの光（ＬＰ２１ａモードの光、ＬＰ２１ｂモードの光）と第４コア１４及び第５コア１５を伝搬する１次ＬＰモードの光とがモード合分波する。
　また、上記例において、第１コア１１はクラッド２０の中心に位置するものとしたが、第１コア１１はクラッドの中心に位置しなくても良い。
　以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
　［実施例１］
　本実施例では、第１実施形態のマルチコアファイバ１を作製して、作製されたマルチコアファイバ１によりモード合分波を行えるかを確認した。
　＜マルチコアファイバの設計＞
　第１実施形態のマルチコアファイバ１において、Ｃバンド（波長１５３０ｎｍ～１５６５ｎｍ）において、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光を合分波する設計条件、及びＬバンド（波長１５６５ｎｍ～１６２５ｎｍ）において、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光を合分波する設計条件を求める。
　（第１コアの設計）
　第１実施形態の説明のように、第１コア１１は２次ＬＰモードまでの光を伝搬し３次ＬＰモード以上の光を伝搬しない。図８は、波長を１５５０ｎｍとしたときのコアの半径と実効屈折率との関係を１次ＬＰモードの光、２次ＬＰモードの光、３次ＬＰモードの光について示す図である。なお、本図は第１コア１１が、比屈折率差が０．５５％のステップ型屈折率分布である場合の図である。図８に示すように、コアの半径が４．１μｍ～６．３μｍであれば、２次ＬＰモードまでの光を伝搬し３次ＬＰモード以上の光を伝搬しないことが分かる。そこで、第１コア１１の径は小径部において大径部よりも小さくなること考慮すると、大径部でのコアの径はできるだけ大きい方が良い。そこで、大径部での第１コア１１の半径を６．３μｍとした。また、第１コア１１のＬＰ０１モードの実効コア断面積Ａｅｆｆが波長１５５０ｎｍにおいて１００μｍ２となるように、クラッド２０に対する第１コア１１の比屈折率差Δ１１を０．５５％とした。
　（第２コアの設計）
　一般的なシングルモードファイバの波長が１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａｅｆｆは８０μｍ２であるため、第２コア１２の実効コア断面積Ａｅｆｆもこれと同程度となるようにした。そこで、クラッドに対する第２コア１２の比屈折率差Δ１２を０．３６％とした。また、第２コア１２の半径を３．７μｍとした。
　（コア間距離の設計）
　図９は、マルチコアファイバの曲げ直径が８０ｍｍであり、波長が１６２５ｎｍのときのＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との間のコア間クロストークＸＴ０１－１１とコア間距離（コアの中心間距離）との関係及びＬＰ０１モードの光同士のコア間クロストークＸＴ０１－０１とコア間距離との関係を示す図である。
　上記のように第１コア１１は、２次ＬＰモードまでの光を伝搬し、第２コア１２は１次ＬＰモードの光を伝搬するため、大径部におけるクロストークＸＴ０１－１１，ＸＴ０１－０１を評価する必要がある。図９より、より大きなクロストークがクロストークＸＴ０１－１１であるため、当該クロストークを考察すれば良い。また、一般的なモード合分波器での選択比が２５ｄＢ程度であることおよび本デバイスの使用長さが１ｍ以下であることを考慮して、－３０ｄＢ／ｍのクロストークを確保することとした。そこで大径部における第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離を２５μｍとした。
　（延伸比の設計）
　図１０は、延伸比と実効屈折率との関係を第１コア１１を伝搬するＬＰ１１モードの光と第２コア１２を伝搬するＬＰ０１モードの光について、波長が１５５０ｎｍ及び１５９５ｎｍで示す図である。１５５０ｎｍはＣバンドの中心波長、１５９５ｎｍはＬバンドの中心波長である。図１０に示すように、波長１５５０ｎｍでは延伸比が１．４２でＬＰ０１モードの光の実効屈折率とＬＰ１１モードの光の実効屈折率とが同じ値となる。波長１５９５ｎｍでは延伸比が１．３８でＬＰ０１モードの光の実効屈折率とＬＰ１１モードの光の実効屈折率とが同じ値となる。そこで、Ｃバンド用のマルチコアファイバでは延伸比を１．４２とし、Ｌバンド用のマルチコアファイバでは延伸比を１．３８とした。
　（テーパ部の設計）
　図１１は、延伸比が１．４２で波長が１５５０ｎｍである光の選択比の状態を示す図であり、図１２は、延伸比が１．３８で波長が１５９５ｎｍである光の選択比の状態を示す図である。図１１及び図１２では、小径部の長さとテーパ部の長さによる選択比の状態を示す。ここでいう選択比とは、マルチコアファイバ１の第２コア１２にＬＰ０１モードの光を入射する場合における第１コア１１から出射するＬＰ１１モードの光のパワーと第２コア１２から出射するＬＰ０１モードの光のパワーとの比をさす。この選択比を評価することで、どの程度のモード合分波が生じているかが分かる。図１１に示すように、テーパ部の長さが３．０～３．８ｍｍで小径部の長さが４．８ｍｍから５．０ｍｍとされることでおよそ２５ｄＢの選択比を実現できることが分かる。また、図１２に示すように、テーパ部の長さが３．０～３．７ｍｍで小径部の長さが４．８ｍｍから５．１ｍｍとされることでおよそ２５ｄＢの選択比を実現できることが分かる。選択比は高い方が良いが２５ｄＢまで必要ないことから、Ｃバンド用のマルチコアファイバでは、テーパ部の長さを４．０ｍｍとし小径部の長さを４．７ｍｍとした。また、Ｌバンド用のマルチコアファイバでは、テーパ部の長さを４．０ｍｍとし小径部の長さを４．９ｍｍとした。このときそれぞれのマルチコアファイバで選択比は約２２ｄＢとなった。
　＜マルチコアファイバの作成及び評価＞
　次に、上記で定めた設計に基づいて、テーパ部や小径部が形成されない大径部のみからなるマルチコアファイバを作成した。このマルチコアファイバは、コア間距離が２５．６μｍであった。また、波長が１６２５ｎｍの光でのクロストークＸ０１－０１が－４３．４ｄＢ／ｍとなりクロストークＸ１１－０１が－３２．４ｄＢ／ｍとなり、設計値のクロストークから悪化しない結果となった。
　また、第１コア１１及び第２コア１２において、波長を１５５０ｎｍ及び１６２５ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、モードフィールド径ＭＦＤ、実効コア断面積Ａｅｆｆを調べた。また、第１コア１１において、波長を１５５０ｎｍ及び１６２５ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、直径を６０ｍｍで曲げた場合の光の損失を調べた。さらに、第２コア１２において、波長を１５５０ｎｍ及び１６２５ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、直径を６０ｍｍで曲げた場合の光の損失を調べた。また、第１コア１１のＬＰ２１モードの１ｍカットオフ波長を調べ、第２コア１２のＬＰ１１モードの１ｍカットオフ波長を調べた。その結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　次に上記マルチコアファイバの一部を表２の条件１，２で延伸した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　そして、条件１で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１の第１コア１１に波長が１５５０ｎｍでＬＰ１１モードの光から成る光を入射して、分波における第１コア１１から出射するＬＰ１１モードの光のパワーと第２コア１２から出射するＬＰ０１モードの光のパワーとの選択比を測定した。その結果、選択比が１７ｄＢを実現できていることが分かった。また、条件１で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１の第２コアに波長が１５５０ｎｍでＬＰ０１モードの光から成る光を入射して、合波における第１コア１１から出射するＬＰ１１モードの光のパワーと第２コア１２から出射するＬＰ０１モードの光のパワーとの選択比を測定した。その結果、選択比が１５ｄＢを実現できていることが分かった。
　次に、条件１で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１および条件２で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１の第１コア１１に波長が１５００ｎｍから１６３０ｎｍのＬＰ１１モードの光を入射して、分波における第１コア１１のＬＰ１１モードの光と第２コア１２のＬＰ０１モードの光との結合効率をそれぞれ調べた。同様に条件１で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１および条件２で延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ１の第２コア１２に波長が１５００ｎｍから１６３０ｎｍのＬＰ０１モードの光を入射して、合波における第１コア１１のＬＰ１１モードの光と第２コアのＬＰ０１モードの光との結合効率をそれぞれ調べた。なお、結合効率は、合波では、第２コア１２に入射した光のパワーから過剰損失を差し引いた光のパワーと第１コア１１から出射する光のパワーとの比を取り、分波では、第１コア１１に入射した光のパワーから過剰損失を差し引いた光のパワーと第２コア１２から出射する光のパワーとの比を取ることで求めている。その結果を図１３に示す。
　図１３に示すように、条件１を満たすマルチコアファイバ１は、波長が約１５５０ｎｍで９５％以上の高い結合効率となった。また、条件２を満たすマルチコアファイバ１は、波長が約１５９０ｎｍで８８％以上の高い結合効率となった。
　［実施例２］
　本実施例では、第２実施形態のマルチコアファイバ２を作製して、作製されたマルチコアファイバ２によりモード合分波を行えるかを確認した。
　＜マルチコアファイバの設計＞
　第１コア１１及び第２コア１２は、実施例１の第１コア１１及び第２コア１２と同様にして設計した。また、本実施例のマルチコアファイバ２では、第１コア１１の中心を基準として第２コア１２と９０度異なる位置に配置される第３コア１３を備えている。この第３コア１３の設計は、第２コア１２と同様とした。
　第１コア１１と第２コア１２とのクロストーク及び第１コア１１と第３コア１３とのクロストークは、実施例１の図９とそれぞれ同様となる。従って、大径部において、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離を実施例１と同様にし、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離を実施例１と同様とした。ただし、本実施例では、第２コア１２と第３コア１３とのクロストークに配慮する必要がある。図１４は、マルチコアファイバ２の曲げ直径が８０ｍｍであり、波長が１６２５ｎｍのときの第２コア１２と第３コア１３とにおけるＬＰ０１モード同士のコア間クロストークＸＴ０１－０１とコア間距離との関係を示す図である。第１コア１１と第２コア１３とのコア間距離、及び、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離が上記のようにそれぞれ２５μｍである場合、第２コア１２と第３コア１３とのコア間距離は約３５．４μｍとなる。上記のように一般的なモード合分波器での選択比が２５ｄＢ程度であること及び本デバイスの使用長さが１ｍ以下であることを考慮すれば、－３０ｄＢ／ｍのクロストークを確保すれば良い。図１４より、第２コア１２と第３コア１３とのコア間距離は約３５．４μｍであれば、クロストークを－３０ｄＢ／ｍよりも低く抑えられることが確認できた。従って、大径部において、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離、及び、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離が２５μｍであれば良いことが確認できた。
　延伸比の設計、及び、テーパ部の設計は、実施例１の延伸比の設計、及び、テーパ部の設計と同様とした。
　＜マルチコアファイバの作成及び評価＞
　次に、上記で定めた設計に基づいて、テーパ部や小径部が形成されない大径部のみからなるマルチコアファイバを作成した。このマルチコアファイバは、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離、及び、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離が共に２５．０μｍであった。また、第２コア１２と第３コア１３とのコア間距離が共に３５．４μｍであった。また、第１コア１１の中心を基準とした第２コア１２と第３コア１３とがなす角度は８８．７°であった。コア１２とコア１３の間のクロストークＸＴ01-01は、波長１６２５ｎｍおよび曲げ直径１２０ｍｍにおいて－２９ｄＢ／ｍであった。
　また、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３において、波長を１５５０ｎｍ及び１６２５ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、モードフィールド径ＭＦＤ、実効コア断面積Ａｅｆｆを調べた。また、第１コア１１において、波長を１５５０ｎｍ及び１６２５ｎｍとして、ＬＰ１１モードの光について、直径を６０ｍｍで曲げた場合の光の損失を調べた。さらに、第２コア１２及び第３コア１３において、波長を１５５０ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、直径を６０ｍｍで曲げた場合の光の損失を調べ、波長を１６２５ｎｍとして、ＬＰ０１モードの光について、直径を６０ｍｍで曲げた場合の光の損失を調べた。また、第１コア１１のＬＰ２１モードの２ｍカットオフ波長を調べ、第２コア１２及び第３コア１３のＬＰ１１モードの２ｍカットオフ波長を調べた。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　次に上記マルチコアファイバを実施例１の条件１と同様の条件で延伸した。
　そして、延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ２の第１コア１１に波長が１５５０ｎｍのＬＰ１１モードの光を入射した。ただし、この光は、偏光子、１／４波長板、半波長板、位相板を通る光であり、第１コア１１に入射するＬＰ１１モードの光のフィールドは、位相板の回転により回転する。そして、第２コア１２及び第３コア１３から出射する光のパワーを測定した。その結果を図１５に示す。
　図１５に示すように、第２コア１２に入射する光のパワーが最大となる位相板の角度と、第３コア１３に入射する光のパワーが最大となる位相板の角度とは、互いに約９０度異なっていた。従って、第１コア１１に入射するＬＰ１１モードの光を、互いにフィールドが９０度異なるＬＰ１１ａモードの光とＬＰ１１ｂモードの光として、それぞれ第２コア１２と第３コア１３とに分波できることが確認できた。
　次に延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ２の第２コア１２にＬＰ０１モードの光を入射した。ただし、この光は、偏光子、１／４波長板、半波長板を通る光であり、第２コア１２に入射する光の偏波は、偏光子の回転により回転する。そして、偏光子を０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度に回転させて、第２コア１２及び第１コア１１から出射する光のパワーを各角度毎に測定し、また、第１コア１１のみから出射する光のパワーを各角度毎に測定した。そして、第２コア１２及び第１コア１１から出射する光のパワーと、第１コア１１のみから出射する光のパワーとの比による結合効率を波長ごとに求めた。その結果を図１６に示す。
　また、延伸した箇所を含む上記マルチコアファイバ２の第３コア１３に第２コア１２に入射した光と同様の光を入射した。そして、偏光子を上記と同様の角度に回転させて、第３コア１３及び第１コア１１から出射する光のパワーを各角度毎に測定し、また、第１コア１１のみから出射する光のパワーを各角度毎に測定した。そして、第３コア１３及び第１コア１１から出射する光のパワーと、第１コア１１のみから出射する光のパワーとの比による結合効率を波長ごとに求めた。その結果を図１７に示す。
　図１６、図１７に示すように、第２コア１２に光を入射する場合、第３コア１３に光を入射する場合のどちらであっても、波長が１５５０ｎｍにおいて７９％以上の結合効率となる結果となった。また、第２コア１２に光を入射する場合と第３コア１３に光を入射する場合とで、結合効率のプロファイルに大きな差はなかった。
　図１８～図２０は、本実施例で作製したマルチコアファイバ２における光のＮＦＰ（Near Field Pattern）を示す。具体的には、図１８が第１コア１１における光のＮＰＦを示し、図１９が第２コア１２における光のＮＦＰを示し、図２０が第３コア１３における光のＮＦＰを示す。
　図１６、図１７、及び、図１８～図２０より、マルチコアファイバ２を用いて、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１ａモードの光、ＬＰ１１ｂモードの光を選択的に合波できることが確認できた。
　以上より本発明のマルチコアファイバによれば、モード合分波を行うことが確認できた。
　以上より、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が共に入射光の実効コア断面積と出射光の実効コア断面積とが等しくなる条件が求められた。
　本発明に係る光デバイスは、小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現しようとするものであり、光通信の産業において利用することができる。
　１～６・・・マルチコアファイバ
　１１・・・第１コア
　１２・・・第２コア
　１３・・・第３コア
　１４・・・第４コア
　１５・・・第５コア
　２０・・・クラッド
　３１・・・大径部
　３２・・・テーパ部
　３３・・・小径部
 

Claims (10)

  1. 　ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）を伝搬する第１コアと、
    　ｙ次ＬＰモードまでの光（ｙは１以上の整数）を伝搬する第２コアと、
    を備え、
    　前記第１コアのｘ１次ＬＰモードの光（ｘ１は１以上ｘ以下の整数）の伝搬定数と前記第２コアのｙ１次ＬＰモードの光（ｙ１は１以上ｙ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致する異モード相互作用区間と、
    　前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる異モード非相互作用区間と、
    が設けられる
    ことを特徴とするマルチコアファイバ。
  2. 　ｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬し、前記第１コアの中心を基準として前記第２コアと所定角度異なる位置に配置される第３コアを更に備え、
    　前記異モード相互作用区間では、前記第１コアの前記ｘ１次ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアのｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数とが一致し、
    　前記異モード非相互作用区間では、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされ、
    　前記ｘ１次ＬＰモードの光は、前記第１コアの中心を基準として互いに前記所定角度異なるように回転する場合に互いに異なるエネルギー分布となる互いに等しい２つのＬＰモードの光が、前記第１コアの中心を基準として互いに前記所定角度異なるように回転した状態で足し合わされた光とされる
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  3. 　前記所定角度は９０度とされ、
    　前記ｘ１次ＬＰモードは２次ＬＰモードとされる
    ことを特徴とする請求項２に記載のマルチコアファイバ。
  4. 　前記所定角度は４５度とされ、
    　前記ｘ１次ＬＰモードは３次ＬＰモードとされる
    ことを特徴とする請求項２に記載のマルチコアファイバ。
  5. 　ｘは３以上の整数であり、
    　ｚ次ＬＰモードまでの光（ｚは１以上の整数）を伝搬する第３コアを更に備え、
    　前記異モード相互作用区間では、前記第１コアのｘ２次ＬＰモードの光（ｘ２は１以上ｘ以下のｘ１と異なる整数）の伝搬定数と前記第３コアのｚ１次ＬＰモードの光（ｚ１は１以上ｚ以下のｘ１及びｘ２と異なる整数）の伝搬定数とが一致し、
    　前記異モード非相互作用区間では、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  6. 　ｙ１とｚ１とが互いに等しい
    ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
  7. 　ｙ１及びｚ１が１とされる
    ことを特徴とする請求項６に記載のマルチコアファイバ。
  8. 　前記第１コアは、クラッドの中心に位置する
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項にマルチコアファイバ。
  9. 　前記異モード相互作用区間は、前記異モード非相互作用区間の一部が延伸されることで形成される
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
  10. 　使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、前記異モード相互作用区間と前記異モード非相互作用区間とで変化しない
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
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