WO2019146750A1 - マルチコアファイバ及びその製造方法 - Google Patents

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武笠　和則
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Definitions

  • the multi-core fiber according to an aspect of the present invention is characterized in that a cable cutoff wavelength of the plurality of core portions is 1530 nm or less.
  • a core rod is manufactured using a known vapor-phase axial deposition (VAD) method or a chemical vapor deposition (CVD) method (plasma CVD or modified CVD), and three holes are formed in the core rod by a drilling method. Stretching is performed while maintaining the pore structure by flame stretching or wire drawing.
  • VAD vapor-phase axial deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • FIGS. 3 and 4 show a core rod 4 including the core portion 1 and the clad portion 2 formed on the outer periphery of the core portion, and the clad portion 2 having three holes 3.
  • the three holes 3 are formed in the cladding part 2 so that an angle formed by two holes 3 adjacent to each other around the core part 1 is 60 degrees.
  • the core portion 1 and the cladding portion 2 are made of the same material as the core portion 11 and the cladding portion 12 of the multi-core fiber 10, respectively.
  • the outer diameter (cladding diameter) becomes large, but the cladding diameter is preferably 500 ⁇ m or less in terms of handling.
  • the distance (pitch) to the adjacent core portion is reduced in order to reduce the cladding diameter, the crosstalk characteristics deteriorate even if the air holes are disposed. Therefore, calculations were performed for several design examples, and the results were used to study and set the pitch to 32 ⁇ m.
  • the pitch is La + Lb.
  • the position of the hole is too close to the outer periphery of the cladding part, there is a possibility that a crack may occur in the glass constituting the multi-core fiber.
  • the relative refractive index difference between the core portions 11a and 11b with respect to the cladding portion 12 is set to 0.37% equivalent to that of a standard single mode fiber (SMF) in optical communication, and the core diameter is slightly larger than that of the standard SMF. It was set to 10 ⁇ m.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of optical characteristics.
  • the horizontal axis is the hole diameter.
  • the left vertical axis is ⁇ cc, which is the value of the core 11 disposed closest to the central axis of the multicore fiber 10.
  • the right vertical axis is crosstalk (XT), which is a value in consideration of the influence from one adjacent core portion.
  • XT was calculated as a value per 100 km in length with a wavelength of 1550 nm. From the results in FIG. 7, it was confirmed that ⁇ cc is 1500 nm or less and XT is the lowest value when the pore diameter is 4 ⁇ m, which is appropriate.
  • the cladding thickness is the shortest distance between the core portion 11 (the outermost core portion) closest to the outer periphery of the cladding portion 12 and the outer periphery of the cladding portion 12.
  • the cladding thickness also influences, for example, the design of the glass tube 5. Therefore, in the outermost core portion, the cladding thickness required to suppress leakage loss at a wavelength of 1550 nm to 0.001 dB / km or less was calculated, and it was confirmed to be 37.7 ⁇ m or more. Therefore, for example, in the multi-core fiber 10, when the cladding thickness is set to 42 ⁇ m, it is confirmed that the cladding diameter is 468 ⁇ m and can be suppressed to 500 ⁇ m or less.
  • FIG. 8 is a view for explaining a modification 1 of the method of manufacturing a multi-core fiber.
  • a core rod 4A is used in addition to the core rod 4 shown in FIG.
  • the core rod 4A is provided with a core portion 1 and a clad portion 2 formed on the outer periphery of the core portion, and the clad portion 2 has two holes 3.
  • the angle formed by the two holes 3 around the core 1 in the core rod 4A is 60 degrees. Even when such core rods 4 and 4A are combined and stacked, the plurality of core rods 4 and 4A are arranged in a hexagonal close-packed state, and one void 13 is positioned between the two core portions 1 It can be placed in a tube to form an initial matrix.
  • the initial base material by drawing the initial base material, it has one void arranged respectively between two adjacent core parts, and a multi-core in which the distance from each of the two core parts to the void is different from each other Fiber can be manufactured.
  • the number of holes 3 to be formed can be further suppressed.
  • the initial base material it has one void arranged respectively between two adjacent core parts, and a multi-core in which the distance from each of the two core parts to the void is different from each other Fiber can be manufactured.
  • the core rods 4B to be prepared can all be the same, manufacture is easier.
  • the initial base material by drawing the initial base material, it has a plurality of core portions arranged in a regular tetragon, and has one air hole respectively disposed between two adjacent core portions, It is possible to manufacture multi-core fibers in which the distance from each of the core portions to the holes is different from each other.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a fifth modification of the method of manufacturing a multi-core fiber.
  • the core rod 4E is used, but a drilling method is used instead of the stacking method. That is, holes 6a extending in the axial direction are drilled in the glass rod 6 using a drill or the like, and the core rods 4E are inserted into the respective holes 6a.
  • a drilling method is used instead of the stacking method. That is, holes 6a extending in the axial direction are drilled in the glass rod 6 using a drill or the like, and the core rods 4E are inserted into the respective holes 6a.
  • the cutoff wavelength is shifted to around 1500 nm in consideration of the application of large capacity communication.
  • the distance to be transmitted is shorter than in applications to high-capacity communications. Therefore, calculations were performed for several design examples, and the results were used to study and set the pitch to 25 ⁇ m. That is, La + Lb of the pitch shown in FIG. 2 was set to 25 ⁇ m.
  • Table 2 shows the optical characteristics obtained when the pore size is set to 4 ⁇ m.
  • “Interadjacent core XT” is a value taking into consideration the influence of one adjacent core part
  • “Total XT from peripheral cores” takes into consideration the influence from six adjacent core parts. It is a value. It can be seen from Table 2 that XT between adjacent cores is suppressed to -25 dB / km (-25 dB @ 1 km) or less. Furthermore, it is understood that ⁇ cc is suppressed to 1310 nm or less, and use of the 1310 nm band becomes possible. As for MFD, it is understood that 9 ⁇ m (9 ⁇ m @ 1550 nm) or more can be realized at 1550 nm, which is equivalent to that of the conventional SMF.
  • the inventor further performed XT measurements on a core (80) with a cutoff wavelength of 1300 nm near the center.
  • the core (80) indicates the 80th core portion of the multicore fiber 10 illustrated in FIG.
  • XT is a value per 1 km in length.
  • Table 4 for example, “80-61” indicates a combination of the core (80) and the core (61) as the adjacent core portion 11. From Table 4, at XT @ 1 km of the core (80-93), the value is increased due to the relationship of the direction of the holes, but for the other values, it is possible to obtain the result almost according to the simulation. I understand.
  • the multi-core fiber 10 having a very large number of core portions 11 can be easily realized.
  • the plurality of core portions are arranged in a hexagonal close-packed shape or a tetragonal lattice, and between each core portion and the core portion adjacent to each core portion There are 1 to 3 holes arranged in.
  • N is an integer of 3 or more
  • a plurality of core portions are arranged to form an N square, and each core portion and a core portion adjacent to each core portion N or fewer holes may be disposed between them.
  • the number of holes is less than or equal to N, resulting in a simple structure.

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Abstract

簡易な構造でコア部間のクロストークが抑制されたマルチコアファイバ及びその製造方法を提供することを目的とする。マルチコアファイバは、複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、を備え、前記クラッド部は、前記複数のコア部のうち隣接する２つのコア部の間にそれぞれ配置された１つの空孔を有し、前記２つのコア部のそれぞれから前記空孔までの距離が互いに異なる。Ｎを３以上の整数として、前記複数のコア部はＮ角形を成すように配置されており、各コア部と該各コア部と隣接するコア部との間には（Ｎ－１）以下の前記空孔が配置されていてもよい。

Description

マルチコアファイバ及びその製造方法
　本発明は、マルチコアファイバ及びその製造方法に関する。
　複数のコア部を有する光ファイバであるマルチコアファイバが知られている。マルチコアファイバにおいて、ゲルマニウム（Ｇｅ）やフッ素（Ｆ）等のドーパントを添加して屈折率を制御したコア部の周囲の適切な位置に空孔を設けることで、コア部間の光のクロストーク（ＸＴ）特性を改善する技術が開示されている（非特許文献１）。また、空孔構造をコア部の間に選択的に設けることで効率的にＸＴを抑制する技術が開示されている（非特許文献２）。
K.Saitoh　et　al,　"Multi-core　hole-assisted　fibers　for　high　core　density　space　division　multiplexing",　OECC　2010,　7C2-1　(2010) B.Yao　et　al.,　"Reduction　of　Crosstalk　by　Hole-Walled　Multi-Core　Fiber"　OFC　2012,　paper　OM2D.5.　(2012)
　非特許文献１の技術では、コア部とクラッド部とを有するコアロッドのクラッド部に、コア部を中心として正六角形状に配置された空孔を形成したものを複数準備し、これらのコアロッドを正六角形状及び正六角形状の中心位置に配置し、公知のスタックアンドドロー法によってマルチコアファイバを製造する。しかしながら、この製造方法では、１つのコアロッドにおいて１つのコア部に対して６個の空孔を形成する。そのため、コア部の数の６倍という多数の空孔に対して、ドロー工程において空孔が塞がれないようにガスを流す等して空孔径を制御しなければならないため、緻密な制御を行うためには工程が複雑になる。そのように制御が複雑なため、製造されたマルチコアファイバにおいて所望のクロストークが得られない場合もある。
　一方、非特許文献２の技術では、隣接するコア部の中間に空孔構造が配置されるので、マルチコアファイバの製造の際にスタックアンドドロー法を適用することが困難である。すなわち、スタックアンドドロー法を適用する場合には、コアロッドの間に空孔形成用の中空のキャピラリを配置する等の煩雑な技術を用いる必要がある。その結果、空孔の位置精度が低下し、製造されたマルチコアファイバにおいて所望のクロストークが得られない場合がある。一方、非特許文献２の技術において、公知の穿孔法を用いて空孔構造を形成することも考えられる。しかし、この場合、中実なマルチコア母材を形成してから空孔構造を形成する必要があり、工程が複雑化する場合がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡易な構造でコア部間のクロストークが抑制されたマルチコアファイバ及びその製造方法を提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、複数のコア部と、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、を備え、前記クラッド部は、前記複数のコア部のうち隣接する２つのコア部の間にそれぞれ配置された１つの空孔を有し、前記２つのコア部のそれぞれから前記空孔までの距離が異なることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、前記複数のコア部は整列配置されており、各コア部の近傍側に前記空孔が複数配置されていることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、Ｎを３以上の整数として、前記複数のコア部はＮ個のコア部と隣接するように配置されており、各コア部の近傍側に配置された前記空孔がＮ以下配置されていることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、前記Ｎが６であり、１、２又は３つの前記空孔が配置されていることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、前記空孔が２又は３つの場合、前記コア部の周りで隣接する２つの空孔の成す角が６０度又は１２０度であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバは、前記複数のコア部のケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバの製造方法は、コア部と該コア部の外周に形成されたクラッド部とを備える複数のコアロッドを、整列配置して初期母材を形成する初期母材形成工程と、前記初期母材から光ファイバを作製する光ファイバ作製工程と、を含み、前記複数のコアロッドは、複数の空孔を有しており、前記初期母材形成工程において、前記複数のコアロッドを、２つのコア部の間に１つの空孔が位置するように配置することを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバの製造方法は、Ｎを３以上の整数として、コア部と該コア部の外周に形成されたクラッド部とを備える複数のコアロッドを、Ｎ個のコアロッドと隣接するように配置して初期母材を形成する初期母材形成工程と、前記初期母材から光ファイバを作製する光ファイバ作製工程と、を含み、前記複数のコアロッドは、それぞれＮ以下の空孔を有しており、前記初期母材形成工程において、前記複数のコアロッドを、２つのコア部の間に１つの空孔が位置するように配置することを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバの製造方法は、前記Ｎが６であり、前記複数のコアロッドは、１、２又は３つの空孔を有していることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバの製造方法は、前記空孔が２又は３つの場合、前記コア部の周りで隣接する２つの空孔の成す角が６０度又は１２０度であることを特徴とする。
　本発明の一態様に係るマルチコアファイバの製造方法は、前記初期母材形成工程は、スタック法によって前記複数のコアロッドを配置する工程を含むことを特徴とする。
　本発明によれは、簡易な構造でコア部間のクロストークが抑制されるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係るマルチコアファイバの模式的断面図である。 図２は、コア部と空孔との位置関係を説明する図である。 図３は、図１に示すマルチコアファイバの製造方法を説明する図である。 図４は、図１に示すマルチコアファイバの製造方法を説明する図である。 図５は、図１に示すマルチコアファイバの製造方法を説明する図である。 図６は、計算モデルを説明する図である。 図７は、光学特性の例を示すグラフである。 図８は、マルチコアファイバの製造方法の変形例１を説明する図である。 図９は、マルチコアファイバの製造方法の変形例２を説明する図である。 図１０は、マルチコアファイバの製造方法の変形例２を説明する図である。 図１１は、マルチコアファイバの製造方法の変形例３を説明する図である。 図１２は、マルチコアファイバの製造方法の変形例４を説明する図である。 図１３は、マルチコアファイバの製造方法の変形例５を説明する図である。 図１４は、実施形態２に係るマルチコアファイバの模式的断面図である。 図１５は、従来のトレンチ型マルチコアファイバの計算データ群、及び実施形態２におけるクロストークシミュレーションの結果を示すグラフである。 図１６は、実施形態２に係るマルチコアファイバの製造方法によって得られた光ファイバの模式的断面図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、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。
（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係るマルチコアファイバの模式的断面図である。マルチコアファイバ１０は、複数のコア部１１と、コア部１１の外周に形成されたクラッド部１２とを備えている。本実施形態１ではコア部１１の数は１３９である。コア部１１は、三角格子状に配置されている。すなわち、正三角形状に３つのコア部１１が配置されている。この配置は、正六角形状に配置された６つのコア部１１の中心に１つのコア部１１が配置された形状（すなわち、六方最密状）とも言える。
　コア部１１とクラッド部１２とは、いずれも石英系ガラスからなる。クラッド部１２は、コア部１１の屈折率よりも低い屈折率を有する。例えば、コア部１１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１２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１１の屈折率分布は例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。なお、本実施形態では、各コア部１１の屈折率分布が同一であるとする。
　クラッド部１２は、複数の空孔１３を有している。空孔１３は、或るコア部１１の周りで隣接する２つの空孔１３の成す角が６０度となるように、クラッド部１２に形成されている。図２は、コア部１１と空孔１３との位置関係を説明する図である。複数のコア部１１のうちの隣接する２つのコア部をコア部１１ａ，１１ｂとすると、クラッド部１２は、隣接する２つのコア部１１ａ，１１ｂの間に配置された１つの空孔１３を有している。なお、特定のコア部１１に隣接するコア部１１とは、当該特定のコア部１１との距離が最も小さいコア部のことであり、マルチコアファイバ１０ではその数は最大６である。
　２つのコア部１１ａ，１１ｂのそれぞれから空孔１３までの距離Ｌａ，Ｌｂは互いに異なる。このように、距離Ｌａ，Ｌｂが互いに異なるので、空孔１３が２つのコア部１１ａ，１１ｂのそれぞれの屈折率分布による光閉じ込めに与える影響も互いに異なる。その結果、２つのコア部１１ａ，１１ｂは、屈折率分布が同一であっても、空孔１３の影響によって、実効屈折率が互いに異なるものとなる。従って、２つのコア部１１ａ，１１ｂは屈折率分布が互いに異なるコア部（異種コア部）と見なせる。これにより、２つのコア部１１ａ，１１ｂの間の光のクロストークは、空孔１３が存在しない場合、あるいは空孔１３がクラッド部１２の材質で充填されている場合のクロストークよりも小さくなる。また、２つのコア部１１ａ，１１ｂの間の光のクロストークは、距離Ｌａ，Ｌｂが等しい場合のクロストークよりも小さくなる。
　すなわち、マルチコアファイバ１０では、２つのコア部１１ａ，１１ｂで１つの空孔１３を共有することとなり、簡易な構造でクロストークが抑制される。
　なお、このようにコア部１１の数が多いマルチコアファイバ１０では、空孔１３は、或るコア部１１とそれ以外のコア部１１との間で発生するクロストークが望ましい値に抑制されるように、適切に配置されていることが望ましい。その場合に注意すべきことは、空孔１３の数が増えると、コア部１１におけるケーブルカットオフ波長（λｃｃ）が長くなるので、λｃｃが使用波長よりも短くなるように空孔径や空孔配置を設計することである。例えば、マルチコアファイバ１０の中心軸に最も近くに配置されたコア部１１は、クロストークの影響を受ける他のコア部１１の数が多く、λｃｃに影響する空孔１３の数も多い。従って、そのような中心軸近のコア部１１でも、使用波長よりもλｃｃが短く、シングルモード伝搬が実現できるように、空孔径や空孔配置を設計することが好ましい。λｃｃは、例えば１５３０ｎｍ以下であれば、１．５５μｍ波長帯を使用波長とする場合にシングルモード伝搬が実現されるので好ましく、１５００ｎｍ以下であればより好ましい。
（製造方法）
　次に、マルチコアファイバ１０の製造方法について、公知のスタック法を用いる場合を例として説明する。
　はじめに、公知のＶＡＤ（Vapor-phase　Axial　Deposition）法やＣＶＤ（Chemical　Vapor　Deposition）法（プラズマＣＶＤやModified　ＣＶＤ）を用いてコアロッドを作製し、コアロッドに３つの空孔を穿孔法にて形成し、火炎延伸や線引きなどで、空孔構造を維持したまま延伸する。
　つづいて、コアロッドをスタックする。例えば、図３及び図４には、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が３つの空孔３を有するコアロッド４を示している。ここで、３つの空孔３は、コア部１の周りで隣接する２つの空孔３の成す角が６０度となるように、クラッド部２に形成されている。コア部１、クラッド部２は、それぞれマルチコアファイバ１０のコア部１１、クラッド部１２と同じ材質からなる。
　（初期母材形成工程）
　図３及び図４に示すように、複数のコアロッド４を準備し、コアロッド４を横に並べて整列配置させ、さらにスタックする。このとき、各コアロッド４の軸周りの回転位置を調整して、隣接する２つのコア部１の間に１つの空孔３が配置されるようにする。このように各コアロッド４を配置する工程を有することで、２つのコア部１，１で１つの空孔１３を共有することとなる。従って、非特許文献１のように１つのコアロッドに正六角形状の配置で空孔を形成するよりも、形成すべき空孔の数が少なくてよく、具体的には半分でよい。その結果、製造の煩雑さが抑制される。
　コアロッド４のスタックは、図５に示すような、クラッド部２と同じ材質からなるガラスチューブ５内に、コアロッド４を順次挿入して行ってもよいし、コアロッド４をスタックして束ねてガラスチューブ５内に挿入してもよい。これにより、図５に示すような、コアロッド４が六方最密状を成すように配置された初期母材を形成する。
　（光ファイバ作製工程）
　この初期母材を、内部のスタック構造が維持され、かつ相似形に変形するような条件で線引きすることによって、マルチコアファイバ１０を作製することができる。なお、本製造方法では、準備すべきコアロッド４は全て同じものにできるので、製造はより容易である。
　つぎに、実施形態１のマルチコアファイバ１０の構造パラメータについて説明する。構造パラメータに関しては、シミュレーションや実験等によって適切に定めることができる。以下に最適化設計の例を示すが、構造パラメータはコア部の数やマルチコアファイバの用途などに応じて適宜設計できるものであり、以下の例には限定されない。
　図６はマルチコアファイバ１０の計算モデルを説明する図である。コア部１１のうちの隣接するコア部であるコア部１１ａ，１１ｂの屈折率分布はステップインデックス型である。空孔１３のうちの空孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、クラッド部１２において、コア部１１ａの周りで隣接する２つの空孔の成す角が６０度となるように配置されている。
　ここで、マルチコアファイバ１０のようにコア部の数が多い場合は、外径（クラッド径）が太くなってしまうが、クラッド径は５００μｍ以下であることが取り扱い上好ましい。一方、クラッド径を小さくするために、隣接するコア部との距離（ピッチ）を小さくすると、空孔を配置してもクロストーク特性が劣化する。そこで、幾つかの設計例について計算を行い、その結果に基づいて検討し、ピッチを３２μｍに設定した。ピッチはＬａ＋Ｌｂである。また、空孔の位置がクラッド部の外周に近すぎるとマルチコアファイバを構成するガラスにクラックが発生するおそれがある。一方、空孔がコア部に近すぎるとモードフィールド径（ＭＦＤ）等の光学特性が大きく劣化する。そのため、クラックの発生と光学特性の劣化とのバランスを考慮し、空孔１３ｂの位置を、コア部１１ａから１２μｍ（＝Ｌａ）、コア部１１ｂから２０μｍ（＝Ｌｂ）の位置とした。また、コア部１１ａ，１１ｂのクラッド部１２に対する比屈折率差を、光通信における標準シングルモードファイバ（ＳＭＦ）と同等の０．３７％に設定し、コア径を、標準ＳＭＦよりもやや大きめの１０μｍに設定した。
　構造パラメータを上記の数値に設定し、空孔１３の空孔径を変えながらマルチコアファイバ１０の光学特性を計算した。図７は、光学特性の例を示すグラフである。ここで、横軸は空孔径である。左縦軸はλｃｃであり、マルチコアファイバ１０の中心軸に最も近くに配置されたコア部１１の値である。右縦軸はクロストーク（ＸＴ）であり、隣接する１つのコア部からの影響を考慮した値である。なお、ＸＴは、波長を１５５０ｎｍとして、長さ１００ｋｍ当たりの値として計算した。図７の結果から、空孔径が４μｍの場合に、λｃｃが１５００ｎｍ以下であり、ＸＴが最も低い値であり、適切であることが確認された。
　表１は、空孔径が４μｍの場合のマルチコアファイバ１０の光学特性を示す。なお、Ａｅｆｆは有効コア断面積であり、曲げ損失は曲げ直径が２０ｍｍの場合の値である。Ａｅｆｆ、ＭＦＤ、曲げ損失はいずれも波長が１５５０ｎｍの場合の値である。また、ＸＴは図７のＸＴの値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、ＸＴは－１５ｄＢ以下であった。また、λｃｃも１５００ｎｍ以下であり、ＭＦＤも標準ＳＭＦと同程度の約１０μｍであった。なお、ＸＴをより改善するために、空孔径をもう少し拡大しても問題ない。ただし、空孔径が５μｍより大きくなるとλｃｃが１５３０ｎｍより大きくなってしまうので、空孔径は５μｍ以下が望ましい。
　なお、クラッド部１２の外周に最も近いコア部１１に対しては、リーケージ損失を抑制するために、クラッド厚を所定の厚さ以上に設定する必要がある。ここで、クラッド厚とは、クラッド部１２の外周に最も近いコア部１１（最外コア部）とクラッド部１２の外周との最短距離である。このクラッド厚は、例えばガラスチューブ５の設計にも影響を与える。そこで、最外コア部において、波長１５５０ｎｍでのリーケージ損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制するために必要なクラッド厚を計算したところ、３７．７μｍ以上であることが確認された。従って、例えばマルチコアファイバ１０において、クラッド厚を４２μｍに設定すると、クラッド径は４６８μｍとなり、５００μｍ以下に抑制できることが確認された。
（変形例１）
　図８は、マルチコアファイバの製造方法の変形例１を説明する図である。この変形例１では、図３に示すコアロッド４の他に、コアロッド４Ａを用いる。コアロッド４Ａは、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が２つの空孔３を有するものである。コアロッド４Ａにおいてコア部１の周りで２つの空孔３が成す角は６０度である。このようなコアロッド４と４Ａとを組み合わせてスタックしても、複数のコアロッド４，４Ａを、六方最密状に、かつ２つのコア部１の間に１つの空孔１３が位置するようにガラスチューブ内に配置し、初期母材を形成することができる。そして、この初期母材を線引きすることにより、隣接する２つのコア部の間のそれぞれに配置された１つの空孔を有し、２つのコア部のそれぞれから空孔までの距離が互いに異なるマルチコアファイバを製造することができる。変形例１の場合、形成すべき空孔３の数をさらに抑制することができる。
（変形例２）
　図９、１０は、マルチコアファイバの製造方法の変形例２を説明する図である。この変形例２では、コアロッド４Ｂを用いる。コアロッド４Ｂは、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が３つの空孔３を有するものである。コアロッド４Ｂにおいてコア部１の周りで空孔３が成す角は１２０度である。このようなコアロッド４Ｂをスタックしても、複数のコアロッド４Ｂを、六方最密状に、かつ２つのコア部１の間に１つの空孔１３が位置するようにガラスチューブ内に配置し、初期母材を形成することができる。そして、この初期母材を線引きすることにより、隣接する２つのコア部の間のそれぞれに配置された１つの空孔を有し、２つのコア部のそれぞれから空孔までの距離が互いに異なるマルチコアファイバを製造することができる。変形例２の場合、準備すべきコアロッド４Ｂは全て同じものにできるので、製造はより容易である。
（変形例３）
　図１１は、マルチコアファイバの製造方法の変形例３を説明する図である。この変形例３では、図１０に示すコアロッド４Ｂの他に、コアロッド４Ｃ、４Ｄを用いる。コアロッド４Ｃは、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が２つの空孔３を有するものである。コアロッド４Ｂにおいてコア部１の周りで２つの空孔３が成す角は６０度又は１２０度である。コアロッド４Ｄは、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が１つの空孔３を有するものである。このようなコアロッド４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを組み合わせてスタックしても、複数のコアロッド４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを、六方最密状に、かつ２つのコア部１の間に１つの空孔１３が位置するようにガラスチューブ内に配置し、初期母材を形成することができる。そして、この初期母材を線引きすることにより、隣接する２つのコア部の間のそれぞれに配置された１つの空孔を有し、２つのコア部のそれぞれから空孔までの距離が互いに異なるマルチコアファイバを製造することができる。変形例３の場合、形成すべき空孔３の数をさらに抑制することができる。
（変形例４）
　図１２は、マルチコアファイバの製造方法の変形例４を説明する図である。この変形例４では、コアロッド４Ｅを用いる。コアロッド４Ｅは、コア部１とコア部の外周に形成されたクラッド部２とを備え、クラッド部２が２つの空孔３を有するものである。コアロッド４Ｅにおいてコア部１の周りで空孔３が成す角は９０度である。このようなコアロッド４Ｄをスタックして、複数のコアロッド４Ｅを、正方格子状に、かつ２つのコア部１の間に１つの空孔１３が位置するようにガラスチューブ内に配置し、初期母材を形成することができる。そして、この初期母材を線引きすることにより、正４角形に配置された複数のコア部を備え、隣接する２つのコア部の間のそれぞれに配置された１つの空孔を有し、２つのコア部のそれぞれから空孔までの距離が互いに異なるマルチコアファイバを製造することができる。
（変形例５）
　図１３は、マルチコアファイバの製造方法の変形例５を説明する図である。この変形例５では、コアロッド４Ｅを用いるが、スタック法ではなく穿孔法を用いる。すなわち、ガラスロッド６に、軸方向に延伸する穴６ａを、ドリル等を用いて穿孔し、各穴６ａにそれぞれコアロッド４Ｅを挿入する。これにより、複数のコアロッド４Ｅが、正方格子状、かつ２つのコア部１の間に１つの空孔１３が位置するように配置された初期母材を形成することができる。そして、この初期母材を線引きすることにより、正方格子状に配置された複数のコア部を備え、隣接する２つのコア部の間のそれぞれに配置された１つの空孔を有し、２つのコア部のそれぞれから空孔までの距離が互いに異なるマルチコアファイバを製造することができる。
　（実施形態２）
　次に、本発明の実施形態２について説明する。上述した実施形態１においては、大容量通信の用途を考慮して、カットオフ波長を１５００ｎｍ付近までシフトさせている。これに対し、データセンタの用途への適用を考慮すると、１３１０ｎｍ帯が使用できることが望ましい。そのため、カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下になるように、図１４に示すような９１コア構造において最適化検討を行った。データセンタへの用途の場合、大容量通信への用途に比して伝送すべき距離が短くなる。そこで、幾つかの設計例について計算を行い、その結果に基づいて検討し、ピッチを２５μｍに設定した。すなわち、図２に示すピッチのＬａ＋Ｌｂを２５μｍに設定した。また、空孔の位置がクラッド部の外周に近すぎるとマルチコアファイバを構成するガラスにクラックが発生するおそれがある。一方、空孔がコア部に近すぎるとＭＦＤ等の光学特性が大きく劣化する。そのため、クラックの発生と光学特性の劣化とのバランスを考慮し、空孔１３の位置を、コア部１１ａから１０μｍ（＝Ｌａ）、コア部１１ｂから１５μｍ（＝Ｌｂ）の位置とした。センタコアは、従来のＳＭＦと同様の比屈折率差を０．３７％に設定し、空孔径が４μｍの場合であってもカットオフ波長が１３１０ｎｍ以下になるように、コア径を８．７μｍに設定した。その上で、図２に示す空孔配置において、空孔径を０～４μｍの間で変えながらシミュレーションを行った。
　図１５は、従来のトレンチ型マルチコアファイバの計算データ群、及び実施形態２におけるＸＴシミュレーションの結果を示す。１ｋｍで計算したＸＴとしては、最隣接のコアからのＸＴに関して計算を行った。シミュレーションの結果から、空孔構造を用いることによって、トレンチ型マルチコアファイバに比して、カットオフ波長とＸＴ特性とのトレードオフの関係に関して、大幅に改善できることが確認された。
　表２は、空孔径を４μｍに設定した場合に得られる光学特性を示す。なお、表２において、「隣接コア間ＸＴ」は、隣接する１つのコア部からの影響を考慮した値、「周辺コアからのトータルＸＴ」は、隣接する６つのコア部からの影響を考慮した値である。表２から、隣接コア間ＸＴが１ｋｍ当たり－２５ｄＢ（－２５ｄＢ＠１ｋｍ）以下に抑制されていることが分かる。さらに、λｃｃが１３１０ｎｍ以下に抑制され、１３１０ｎｍ帯の使用が可能になることが分かる。ＭＦＤに関しても従来のＳＭＦと同等の１５５０ｎｍにおいて９μｍ（９μｍ＠１５５０ｎｍ）以上を実現できることが分かる。
　なお、クラッド部１２の外周に最も近いコア部１１に対しては、リーケージ損失を抑制するために、クラッド厚を所定の厚さ以上に設定する必要がある。ここで、クラッド厚とは、クラッド部１２の外周に最も近いコア部１１（最外コア部）とクラッド部１２の外周との最短距離である。このクラッド厚は、例えばガラスチューブ５の設計にも影響を与える。そこで、最外コア部において、波長１５５０ｎｍでのリーケージ損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制するために必要なクラッド厚を計算したところ、３７．７μｍ以上であることが確認された。従って、例えば９１コアのマルチコアファイバ１０において、クラッド厚を４０μｍに設定すると、クラッド径は３３０μｍ及び３５０μｍ以下に抑制できることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明者は、以上のシミュレーション結果に基づいて試作検証を行った。なお、実施形態２による試作検証においては、実施形態１と同様にしてスタック法をベースに試作を行った。図１４に示すように、理想的な構造の場合には、ガラスチューブ５との間に隙間が存在していることから、隙間にもコア母材を挿入した結果、光ファイバは１００コア構造になった。なお、図１４に示す隙間の部分にマーカーとなるガラスロッドを挿入した。図１６は、実施形態２による製造方法によって得られた光ファイバの断面構造の例を示す。図１６に示すマルチコアファイバ１０のクラッド径は、３２２μｍである。図１６に示すマルチコアファイバ１０のクラッド径は、目標とした３３０μｍに比して若干小径ではあるが、空孔型の１００コアファイバが実現された。図１６に示すマルチコアファイバ１０においては、隣接するコア部１１のピッチの平均は２４．１μｍであって、目標とした２５μｍに比して若干小さいことが確認された。また、コア径は、７～１０μｍ程度のばらつきはあるものの、平均としては目標とした８．７μｍに近い値が得られたことが確認された。さらに、空孔径に関しては、中心値が４～５μｍであって、目標とした４μｍに近いことが確認された。
　そこで、本発明者は、構造が比較的に目標に近かったコアによって、光学特性の評価を行った。光学特性の評価結果を表３に示す。表３から、若干のばらつきはあるものの、光学特性としては、シミュレーションに近い特性が得られていることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本発明者はさらに、中心付近でカットオフ波長が１３００ｎｍであるコア（８０）に関するＸＴ測定を行った。なお、例えばコア（８０）は、図１６に示すマルチコアファイバ１０における８０番目のコア部を示す。なお、ＸＴは、長さ１ｋｍ当たりの値とした。ＸＴ測定の結果を表４に示す。表４において、例えば「８０－６１」は、隣接するコア部１１としてコア（８０）とコア（６１）との組み合わせを示す。表４から、コア（８０－９３）のＸＴ＠１ｋｍにおいては、空孔の向きの関係から値が大きくなっているが、その他の値に関しては、略シミュレーション通りの結果が得られていることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　実施形態２による設計及び製造方法によれば、非常に多くのコア部１１を有するマルチコアファイバ１０を容易に実現できることが分かる。
　なお、上記実施形態では、マルチコアファイバ又は初期母材において、複数のコア部は六方最密状又は正方格子状に配置されており、各コア部と該各コア部と隣接するコア部との間には１～３の空孔が配置されている。しかし、本発明はこれに限定されず、Ｎを３以上の整数として、複数のコア部がＮ角形を成すように配置されており、各コア部と該各コア部と隣接するコア部との間にはＮ個以下の空孔が配置されていてもよい。これにより、空孔の数はＮ以下になるので、簡易な構造となる。
　また、上記実施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ファイバ及びその製造方法は、複数のコア部を有する光ファイバ及びその製造に有用である。
１　コア部
２　クラッド部
３　空孔
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ　コアロッド
５　ガラスチューブ
６　ガラスロッド
６ａ　穴
１０　マルチコアファイバ
１１，１１ａ，１１ｂ　コア部
１２　クラッド部
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ　空孔

Claims (11)

  1. 　複数のコア部と、
    　前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、を備え、
    　前記クラッド部は、前記複数のコア部のうち隣接する２つのコア部の間にそれぞれ配置された１つの空孔を有し、前記２つのコア部のそれぞれから前記空孔までの距離が異なる
    　ことを特徴とするマルチコアファイバ。
  2. 　前記複数のコア部は整列配置されており、各コア部の近傍側に前記空孔が複数配置されている
    　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. 　Ｎを３以上の整数として、前記複数のコア部はＮ個のコア部と隣接するように配置されており、各コア部の近傍側に配置された前記空孔がＮ以下配置されている
    　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。
  4. 　前記Ｎが６であり、１、２又は３つの前記空孔が配置されている
    　ことを特徴とする請求項３に記載のマルチコアファイバ。
  5. 　前記空孔が２又は３つの場合、前記コア部の周りで隣接する２つの空孔の成す角が６０度又は１２０度である
    　ことを特徴とする請求項４に記載のマルチコアファイバ。
  6. 　前記複数のコア部のケーブルカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のマルチコアファイバ。
  7. 　コア部と該コア部の外周に形成されたクラッド部とを備える複数のコアロッドを、整列配置して初期母材を形成する初期母材形成工程と、
    　前記初期母材から光ファイバを作製する光ファイバ作製工程と、を含み、
    　前記複数のコアロッドは、複数の空孔を有しており、前記初期母材形成工程において、前記複数のコアロッドを、２つのコア部の間に１つの空孔が位置するように配置する
    　ことを特徴とするマルチコアファイバの製造方法。
  8. 　Ｎを３以上の整数として、コア部と該コア部の外周に形成されたクラッド部とを備える複数のコアロッドを、Ｎ個のコアロッドと隣接するように配置して初期母材を形成する初期母材形成工程と、
    　前記初期母材から光ファイバを作製する光ファイバ作製工程と、
    　を含み、前記複数のコアロッドは、それぞれＮ以下の空孔を有しており、前記初期母材形成工程において、前記複数のコアロッドを、２つのコア部の間に１つの空孔が位置するように配置する
    　ことを特徴とするマルチコアファイバの製造方法。
  9. 　前記Ｎが６であり、前記複数のコアロッドは、１、２又は３つの空孔を有している
    　ことを特徴とする請求項８に記載のマルチコアファイバの製造方法。
  10. 　前記空孔が２又は３つの場合、前記コア部の周りで隣接する２つの空孔の成す角が６０度又は１２０度である
    　ことを特徴とする請求項９に記載のマルチコアファイバの製造方法。
  11. 　前記初期母材形成工程は、スタック法によって前記複数のコアロッドを配置する工程を含む
    　ことを特徴とする請求項７～１０のいずれか一つに記載のマルチコアファイバの製造方法。
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