WO2020105470A1 - マルチコア光ファイバ、マルチコア光ファイバ設計方法、および光伝送方法 - Google Patents

マルチコア光ファイバ、マルチコア光ファイバ設計方法、および光伝送方法

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WO2020105470A1
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WO
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core
optical fiber
refractive index
region
clad region
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松井　隆
中島　和秀
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +

Definitions

  • the present disclosure relates to a multicore optical fiber having a plurality of cores, a method for designing the multicore optical fiber, and an optical transmission method using the same.
  • Multi-core optical fiber (MCF) with multiple core areas is being actively studied for the dramatic expansion of transmission capacity by using space division multiplexing technology.
  • MCF Multi-core optical fiber
  • power consumption can be reduced in an optical transmission line using space division multiplexing
  • MCF is expected to be used in long-distance optical communication systems such as undersea communication systems.
  • MCF it is necessary to prevent deterioration of transmission characteristics due to crosstalk (XT) between cores.
  • XT crosstalk
  • Non-Patent Document 2 the XT between cores is -30 dB or less at 10,000 km, which is extremely low. MCF has been reported.
  • the MCF shown in many reports including Non-Patent Documents 1 and 2 has a clad diameter of 150 to 230 ⁇ m, which is larger than that of a conventional optical fiber, in order to set a sufficiently wide core interval to reduce XT.
  • a conventional optical fiber in order to set a sufficiently wide core interval to reduce XT.
  • the length of an optical fiber manufactured from one optical fiber preform becomes shorter in inverse proportion to the square of the cladding diameter, the expansion of the cladding diameter significantly deteriorates the productivity of the optical fiber.
  • existing optical fiber parts are designed according to the conventional 125 ⁇ m clad diameter, so it is necessary to redesign peripheral parts in order to utilize the MCF with an expanded clad diameter, and much research and development is required for practical use. It costs.
  • an MCF having a clad diameter of 125 ⁇ m, which is equivalent to the conventional one, has been developed. Since the standard clad diameter is 125 ⁇ m, the mass productivity of the optical fiber can be maintained at the same level as that of the conventional one or more, and existing peripheral articles such as standard connection parts and optical cables can be utilized. Furthermore, since each core of the MCF has the optical characteristics equivalent to those of the existing optical fiber, compatibility with the existing optical interface can be ensured, so that the existing equipment can be easily upgraded to the MCF.
  • Non-Patent Documents 3 and 4 report an MCF having four cores having an XT of ⁇ 30 dB or less at 100 km and optical characteristics equivalent to those of an existing single-mode optical fiber (SMF).
  • SMF single-mode optical fiber
  • four cores can be arranged when the same kind of core structure is used, and according to Non-Patent Document 5, five cores can be arranged by using a plurality of core structures. It is shown.
  • Non-Patent Document 6 discusses an MCF having the same characteristics as a low-loss optical fiber for the seabed, and shows that two cores can be arranged with a cladding diameter of 125 ⁇ m.
  • Non-Patent Document 6 in order to realize an XT capable of supporting transmission in the thousands of km class, the number of cores is limited to two for a cladding diameter of 125 ⁇ m, and it is difficult to arrange three or more cores. There was a problem that was.
  • the present invention has a multi-core optical fiber which has four cores with a cladding diameter standard of 125 ⁇ 1 ⁇ m of an existing single-mode optical fiber and is capable of supporting transmission of several thousands km.
  • An object of the present invention is to provide a method for designing a multi-core optical fiber and an optical transmission method using the same.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention has a two-stage clad having different refractive indexes arranged around each core, and has a core radius a1 and a first clad region surrounding each core.
  • the radius a2 the relative refractive index ⁇ 1 with respect to the core of the first cladding region, and the relative refractive index ⁇ 2 with respect to the core of the second cladding region including the four cores and the first cladding region are set within predetermined ranges.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention Four cores having a radius a1 arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A first clad region of radius a2 having a refractive index lower than that of the core and having a relative refractive index difference of ⁇ 1 with the core around the core; A second clad region having a refractive index larger than that of the first clad region and having a relative refractive index difference of ⁇ 2 with the core, which is lower than the core, on the outer periphery of the first clad region; Have The outer diameter of the second cladding region is 125 ⁇ 1 ⁇ m, The effective cross-sectional area at a wavelength of 1550 nm is 80 ⁇ m 2 or more, The bending loss at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm is 0.1 dB / 100 turn or less, The cutoff wavelength is 1530 nm or less.
  • the presence of the first cladding region facilitates confinement of the electric field distribution in the core, so that the core interval can be narrowed while XT is reduced. Even if the cladding diameter is 125 ⁇ m, four cores are arranged for long-distance transmission. It can be a multi-core optical fiber that enables it.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention may have a region having the same refractive index as the second cladding region with a width w between the core and the first cladding region.
  • the width w is preferably 0 ⁇ m ⁇ w ⁇ 1.3 ⁇ m.
  • the parameters of the multi-core optical fiber according to the present invention are as follows.
  • the relation between ⁇ 1 and the total value XT (dB / km) of crosstalk between cores per 1 km satisfies the number C1.
  • the relationship between the a1 and the ⁇ 1 satisfies the number C2.
  • the relationship between ⁇ 2 and the total value XT (dB / km) of crosstalk between cores per 1 km satisfies the equation C3.
  • the ratio a 2 / a 1 of the a 1 and the a 2 is 1.0 or more and 3.0 or less,
  • the relationship between the ⁇ 1 , the a 2 / a 1 , and the effective area A eff at the wavelength of 1550 nm satisfies the number C4
  • the relationship between the ⁇ 2 , the a 2 / a 1 , and the A eff satisfies the equation C5.
  • the ⁇ 1 and the ⁇ 2 satisfy the equation C6.
  • each parameter of the multi-core optical fiber according to the present invention can be expressed as follows.
  • Each parameter of the above-mentioned multi-core optical fiber is designed as follows.
  • the multi-core optical fiber Four cores having a radius a 1 arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A first clad region having a radius of a 2 and a refractive index lower than that of the core, which has a relative refractive index difference of ⁇ 1 around the core; A second clad region having a refractive index larger than that of the first clad region and having a relative refractive index difference of ⁇ 2 with the core, which is lower than the core, on the outer periphery of the first clad region;
  • the first step is characterized by selecting the combination satisfying the numbers C1 and C2.
  • the second step is characterized by selecting the ⁇ 2 that satisfies the number C3.
  • the optical transmission method according to the present invention Using the multi-core optical fiber of 1000 km or more as an optical transmission line, Each of the cores of the multi-core optical fiber transmits signal light having a wavelength of 1530 nm or more from four transmitters, The signal light is received by four receivers for each core of the multi-core optical fiber.
  • the single-mode optical fiber of the undersea communication system having a communication distance of 1000 km or more is replaced with the multi-core optical fiber,
  • Each of the cores of the multi-core optical fiber transmits signal light having a wavelength of 1530 nm or more from four transmitters, The signal light is received by four receivers for each core of the multi-core optical fiber.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention has four cores, and the diameter of the second cladding is 125 ⁇ m and the XT is ⁇ 54 dB / km or less.
  • This characteristic is a characteristic that could not be realized by any of the multi-core optical fibers of Non-Patent Documents 3 to 6. Therefore, this multi-core optical fiber can replace the single-mode optical fiber currently used in long-distance optical communication systems such as undersea communication systems, and since it has 4 cores, it dramatically expands the transmission capacity. Therefore, power consumption can be reduced.
  • the present invention has a multicore optical fiber having four cores with a standard cladding diameter of 125 ⁇ 1 ⁇ m of an existing single-mode optical fiber and capable of supporting transmission in the thousands of km class, a method for designing the multicore optical fiber, and the same.
  • An optical transmission method to be used can be provided.
  • four cores are arranged with a standard clad diameter, optical characteristics compatible with existing optical fibers, and XT that enables transmission of thousands of kilometers are realized. It is possible to provide a high-density and large-capacity MCF suitable for ultra-long-distance communication such as a system.
  • the multi-core optical fiber according to the present invention it is a characteristic diagram showing the relationship of the structural parameters such that the cladding diameter is 125 ⁇ 1 ⁇ m or less under a predetermined cutoff wavelength, bending loss, and effective area.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the structure of the optical fiber 15 of the present embodiment.
  • FIG. 1A shows a cross-sectional structure
  • FIGS. 1B and 1C show the refractive index distribution of each core.
  • the optical fiber 15 is a multi-core optical fiber, Four cores 10 having a radius a1 arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A first clad region 11 having a radius of a2 and a refractive index lower than that of the core and having a relative refractive index difference of ⁇ 1 around the core 10; A second clad region 12 having a refractive index larger than that of the first clad region and having a relative refractive index difference of ⁇ 2 with the core, which is lower than the refractive index of the core, on the outer periphery of the first clad region 11, Have.
  • the optical fiber 15 is The outer diameter of the second cladding region 12 is 125 ⁇ 1 ⁇ m, The effective cross-sectional area at a wavelength of 1550 nm is 80 ⁇ m 2 or more, The bending loss at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm is 0.1 dB / 100 turn or less, The cutoff wavelength is 1530 nm or less.
  • the optical fiber 15 has four cores in one optical fiber, and the clad diameter (outer diameter of the second clad region 12) is a standard 125 ⁇ 1 ⁇ m.
  • the refractive index distribution of each core has a first cladding region 11 having a lower refractive index than the core around the core 10, and a refractive index lower than that of the core around the first cladding region 11. It has a second cladding region 12 which is higher than the first cladding region.
  • a region 13 having the same refractive index as the second cladding region 12 may be provided between the core 10 and the first cladding region 11.
  • FIG. 2 shows the amount of change in the cutoff wavelength with respect to the width w of the region 13 in the refractive index distribution of FIG.
  • the change amount of the cutoff wavelength is small. From the figure, it can be confirmed that when the width w is 1.3 ⁇ m or less, the change amount of the cutoff wavelength is ⁇ 10 nm, which is equivalent to the measurement error, and the refractive index distributions of FIGS. 1B and 1C can be regarded as equivalent. ..
  • FIG. 1C By adopting the structure of FIG. 1C, it is possible to reduce fluctuations in the core structure during manufacturing. For example, when the refractive index of the second cladding region is pure quartz, the structure tends to be stable. Can be improved, which is preferable.
  • the material of the core and the clad is pure quartz and fluorine-added glass, or GeO 2 -added glass, pure quartz glass and fluorine-added glass, respectively.
  • the material can be selected by combining glass materials that can form the refractive index distribution shown in FIG. 1, such as a combination.
  • the “cutoff wavelength” of an optical fiber is a condition that single mode propagation is possible. Light with a wavelength longer than the cutoff wavelength propagates in single mode, and light with a wavelength shorter than the cutoff wavelength propagates in multimode. ..
  • 3 to 5 are diagrams for explaining the design range of the core parameters for obtaining the predetermined effective area A eff at the wavelength 1550 nm of the optical fiber 15.
  • the horizontal axis represents the relative refractive index difference ⁇ 1 with respect to the core in the first cladding region 11, and the vertical axis represents the radius a1 of the core 10.
  • 3 to 5 show cases where the ratio a 2 / a 1 of the radius a 2 of the first cladding region 11 to the core radius a 1 is changed to 2.0, 2.5 and 3.0, respectively.
  • the relative refractive index difference ⁇ with respect to the core of the clad was set so that the cutoff wavelength was 1530 nm.
  • the conventional SMF has an A eff of about 80 ⁇ m 2 at a wavelength of 1550 nm, and it is preferable that the A eff is 80 ⁇ m 2 or more in order to secure connectivity and low nonlinearity equivalent to or better than those of the conventional SMF. From FIG. 3 to FIG. 5, in order to set A eff to 80 ⁇ m 2 , from the approximation curve of the solid line, Need to meet.
  • Non-Patent Document 7 shows that crosstalk of -18 dB, -24 dB, and -32 dB or less is required for QPSK, 16QAM, and 64QAM, respectively.
  • the crosstalk between cores is the sum of crosstalk components from other cores with respect to an arbitrary core, and crosstalk per unit distance (XT, unit dB / km) and distance L (km) Crosstalk at any distance XT + log (L) Given in.
  • the crosstalk of the multi-core optical fiber needs to be ⁇ 54 to ⁇ 64 dB / km or less.
  • OCT thickness
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a design example of the optical fiber 15 for reducing the inter-core crosstalk (XT) and the excess loss ⁇ c .
  • the horizontal axis represents the relative refractive index difference ⁇ 1 of the first cladding region 11
  • the first vertical axis represents the core spacing ⁇ or OCT
  • the second vertical axis represents the outer diameter of the second cladding region 12. Since XT and excess loss increase as the wavelength becomes longer, the wavelength is set to 1625 nm in consideration of utilization of the entire C + L band.
  • the solid line is the core spacing ⁇ ( ⁇ m) where XT is ⁇ 64 dB / km
  • the broken line is the OCT where the excess loss ⁇ c is 0.01 dB / km. That is, XT is less than ⁇ 64 dB / km in the area above the solid line, and ⁇ c is less than 0.01 dB / km in the area above the broken line.
  • the dotted line is the "required clad diameter" to satisfy XT of -64 dB / km and ⁇ c of 0.01 dB / km.
  • Required clad diameter 2 x ( ⁇ / ⁇ 2 + OCT) Is.
  • a 2 / a 1 3.0
  • a 1 and ⁇ 2 were set so that A eff was 110 ⁇ m 2 and cutoff wavelength ⁇ c was 1530 nm.
  • the necessary clad diameter is 125 ⁇ m or less, which gives a margin to the design of ⁇ and OCT.
  • Cutoff wavelength is 1530 nm or less
  • Bending loss is less than 0.1 dB / 100turn at a wavelength of 1625 nm and a bending radius of 30 mm
  • Required clad diameter is 125 ⁇ 1 ⁇ m
  • the broken line is the condition that the cutoff wavelength is 1530 nm (the cutoff wavelength is 1530 nm or less in the region above the broken line), and the dotted line is the condition that the bending loss ⁇ b is 0.1 dB / 100turn ( The bending loss ⁇ b is 0.1 dB / 100 turn or less) in the region below the dotted line.
  • the solid line indicates the XT condition at a wavelength of 1625 nm, and the regions below the solid line are ⁇ 54 dB / km or less, ⁇ 58 dB / km or less, ⁇ 61 dB / km or less, and ⁇ 64 dB / km or less, respectively. ..
  • a region that satisfies all the conditions is a region surrounded by a solid line, a broken line, and a dotted line.
  • a solid line For example, in the case of XT of -64 dB / km or less, it becomes a shaded region in the figure.
  • the lower limit of the delta 2 is relatively small change with respect to delta 1. Therefore, the upper limit of ⁇ 1 and the lower limit of ⁇ 2 can be given by the intersection of the solid line and the broken line. Further, it can be seen from FIGS. 7 to 9 that the designable region is relaxed as a 2 / a 1 is larger and the required A eff is smaller.
  • FIG. 8 is the largest region. Is.
  • FIGS. 10 and 11 show the upper limit of ⁇ 1 (FIG. 10) and ⁇ 2 given at the intersection with the cutoff wavelength ⁇ c (broken line) XT condition (solid line) in the graphs created as shown in FIGS. 7 to 9.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the dependence of the lower limit (FIG. 11) on XT.
  • a 2 / a 1 was set to 3.0. From FIGS. 10 and 11, it can be seen that the upper limit of ⁇ 1 and the lower limit of ⁇ 2 change linearly with respect to the requirements of XT. Assuming that A eff is 80 ⁇ m 2 or more, from FIG. 10 and FIG. Is. Comparing FIG. 7 and FIG.
  • FIG. 12 to 14 show the upper limit of ⁇ 1 (FIG. 12) and ⁇ 2 given at the intersection with the cutoff wavelength ⁇ c (broken line) XT condition (solid line) of the graphs created as shown in FIGS. 7 to 9.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating the dependence of the lower limit (FIG. 13) and the upper limit of ⁇ 2 (FIG. 14) on a 2 / a 1 .
  • the straight line in each figure is the result of linear approximation.
  • FIG. 15 shows structural parameters and optical characteristics designed in the design range of Expression 7.
  • 4-core optical fiber design examples (1) and (2) are each A eff is 85 .mu.m 2 and 102 .mu.m 2, single mode behavior in a C-band and L-band, the bending loss equivalent to that of the conventional SMF It is below.
  • FIG. 16 and 17 are XT characteristics and excess loss for the design example shown in FIG. The wavelength is 1625 nm.
  • FIG. 16 shows the relationship between the core interval and XT. In order to obtain XT of ⁇ 64 dB / km or less, core intervals of 41.6 ⁇ m or less and 44 ⁇ m or less are required for design example (1) and design example (2), respectively.
  • FIG. 17 shows the relationship between OCT and excess loss ⁇ c . In order to obtain the excess loss of 0.01 dB / km or less, it is necessary to set the OCT to 28.7 ⁇ m or less and 30.9 ⁇ m or less for the design example (1) and the design example (2), respectively.
  • the minimum required cladding diameters are 116.2 ⁇ m and 124.0 ⁇ m, respectively. It can be seen that in each design example, four cores can be arranged with a standard cladding diameter of 125 ⁇ m.
  • FIG. 18 is a cross-sectional photograph of the multicore optical fiber of this example.
  • FIG. 19 shows the measurement result. From the cross-sectional photograph of FIG. 18, it can be seen that the cladding diameter is 125 ⁇ m and four cores are arranged. From FIG. 19, the refractive index distribution of each core is 6 ⁇ m core radius, a2 / a1 is 3, ⁇ 1 and ⁇ 2 are -0.6% and -0.4%, respectively Therefore, it can be confirmed that the above-mentioned mathematical formula expressing the structural condition is satisfied. As the optical characteristics, A eff was 80 ⁇ m 2 or more and the cutoff wavelength was 1480 nm or less.
  • the transmission loss is 0.18 dB / km or less and 0.25 dB / km or less at wavelengths of 1550 nm and 1625 nm, respectively, and no significant increase in loss on the long wavelength side is observed, so sufficient OCT is secured. It is conceivable that.
  • XT is -66 dB / km or less at a wavelength of 1625 nm, and XT characteristics corresponding to a transmission distance of 10,000 km or more are obtained in all communication wavelength bands.
  • FIG. 20 is a flowchart showing a method for designing a multicore optical fiber.
  • the multi-core optical fiber Four cores having a radius a 1 arranged in a square lattice along the longitudinal direction, A first clad region having a radius of a 2 and a refractive index lower than that of the core, which has a relative refractive index difference of ⁇ 1 around the core; A second clad region having a refractive index larger than that of the first clad region and having a relative refractive index difference of ⁇ 2 with the core, which is lower than the core, on the outer periphery of the first clad region;
  • Has The design method is A first step S01 of selecting the combination of a1 and ⁇ 1 from the requirements of the effective area A eff ( ⁇ m 2 ) and the total value XT (dB / km) of crosstalk between cores per 1 km, In the combination selected in the first step S01, the a 2 and the ⁇ 2 satisfying the requirements of the cutoff
  • step S00 When designing a standard 4-core optical fiber having a cladding diameter of 125 ⁇ m, the requirements for A eff , XT, bending loss, and cutoff wavelength are first set (step S00).
  • step S01 as shown in FIGS. 3 to 5, a combination of a 1 and ⁇ 1 satisfying the requirement of A eff is selected. Then, as shown in FIGS. 10 and 11, the condition of ⁇ 1 corresponding to the desired XT is set. For example, when A eff is 80 ⁇ m 2 or more, in the first step S01, a combination of a 1 and ⁇ 1 that satisfies the formulas 1 and 3 is selected.
  • step S02 as shown in FIG. 6 and FIGS. 7 to 9, for example, a 2 and ⁇ 2 satisfying the requirements for bending loss and XT are selected with respect to the previously selected a 1 and ⁇ 1. .. Specifically, a 2 from the graph of FIG. 12 obtained from 7-9, to select the delta 2 from the graph of FIG. 13 and FIG. 14. At this point, the parameters of the core 10 and the first cladding region 11 are obtained. For example, when a2 / a1 is 3.0 or less, ⁇ 2 satisfying the expression 3 is selected in the second step S02. Since a 1 , a 2 , ⁇ 1 and ⁇ 2 are aligned at this point, the required condition of XT and the core spacing and OCT that can sufficiently reduce excess loss are obtained using FIG. 6, and the required cladding diameter is obtained.
  • step S03 if the required cladding diameter is 125 ⁇ 1 ⁇ m or less, the design is completed.
  • the parameters of the core and the first clad region are selected again so as to be 125 ⁇ 1 ⁇ m or less (repeated from step S01).
  • FIG. 21 is a diagram illustrating an optical transmission method using the above-mentioned multicore optical fiber.
  • This optical transmission method uses a multi-core optical fiber 15 of 1000 km or more as an optical transmission path, and transmits signal light having a wavelength of 1530 nm or more from four transmitters 21 for each core 10 of the multi-core optical fiber 15, The signal light is received by four receivers 22 for every 10.
  • the optical fiber cable 100 includes a four-core optical fiber 15, and a transmitter 21 and a receiver 22 are connected to the transmission side and the reception side for each core 10.
  • the optical fiber cable 100 has a crosstalk of ⁇ 54 dB / km or less at most, and is suitable for long-distance transmission of several thousands km.
  • connection points between fibers and optical amplifiers will enter the laying of the cable, but crosstalk in the fiber becomes dominant in the transmission line of several thousands km, and other connection points and optical components It is considered that the effect of the crosstalk is small enough.
  • This optical transmission method replaces a single-mode optical fiber of a submarine communication system having a communication distance of 1000 km or more with a multi-core optical fiber 15, and a signal having a wavelength of 1530 nm or more from four transmitters 21 for each core 10 of the multi-core optical fiber 15. It is possible to transmit light and receive the signal light with four receivers 22 for each core 10 of the multi-core optical fiber 15. Since the multi-core optical fiber 15 having the standard clad diameter is used for the optical fiber cable, the existing optical cable structure can be used, which is preferable.
  • the present invention can be used for an optical fiber in an optical communication system.

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Abstract

既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することを目的とする。 本発明に係るマルチコア光ファイバは、各コアの周囲に屈折率の異なる２段階のクラッドを配置し、コア半径ａ１、それぞれのコアの周囲を囲む第１クラッド領域の半径ａ２、第１クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ１、及び４つのコアと第１クラッド領域を包含する第２クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ２を所定の範囲とすることとした。

Description

マルチコア光ファイバ、マルチコア光ファイバ設計方法、および光伝送方法
　本開示は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法に関する。
　複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）が、空間分割多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。特に空間分割多重を用いた光伝送路では消費電力が低減できることも知られており、ＭＣＦは海底通信システムを初めとする長距離光通信システムでの活用が期待されており、非特許文献１ではＭＣＦを用いて１００００ｋｍ級の伝送実験に成功している。ここでＭＣＦではコア間のクロストーク（ＸＴ）による伝送特性の劣化を防ぐ必要がある。ＸＴの低減にはＭＣＦ中のコアパラメータの設計に加えコア間の距離も適切に設定することが必要となり、非特許文献２ではコア間のＸＴを１００００ｋｍで－３０ｄＢ以下とする非常にＸＴの低いＭＣＦが報告されている。
　ここで非特許文献１、２を含む多くの報告で示されているＭＣＦは、ＸＴ低減のために十分広いコア間隔を設定するため、クラッド径が１５０～２３０μｍと従来の光ファイバに比べて大きくなっている。しかしながら、１つの光ファイバ母材から製造される光ファイバの長さはクラッド径の２乗に反比例して短くなるため、クラッド径の拡大は光ファイバの生産性を著しく劣化させる。また既存の光ファイバ部品等は従来の１２５μｍのクラッド径に応じて設計されているため、クラッド径を拡大したＭＣＦの活用には周辺部品の再設計が必要となり、実用化に多くの研究開発を要する。
　そこで近年、従来と同等の１２５μｍであるクラッド径を有するＭＣＦが開発されている。クラッド径が標準的な１２５μｍであることによって、光ファイバの量産性を従来と同等以上に維持できるとともに、標準的な接続部品や光ケーブルなど既存の周辺物品を活用することができる。さらにＭＣＦの各コアが既存の光ファイバと同等の光学特性を有することで、既存の光インターフェイスとの互換性を担保できる事が出来るため、既存の設備から容易にＭＣＦへアップグレードすることができる。
　非特許文献３および４では１００ｋｍで－３０ｄＢ以下のＸＴを有し、光学特性が既存の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）と同等である４つのコアを有するＭＣＦが報告されている。非特許文献３によれば同種のコア構造を用いる場合４つのコアが配置可能であり、また非特許文献５によれば複数のコア構造を用いることで５個のコアが配置可能であることが示されている。また非特許文献６では海底向けの低損失光ファイバと同等の特性を有するＭＣＦが検討されており、１２５μｍのクラッド径では２コアが配置可能であることが示されている。
Ｈ．　Ｔａｋａｈａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｆｉｒｓｔ　Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＭＣ－ＥＤＦＡ－Ｒｅｐｅａｔｅｒｅｄ　ＳＤＭ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　４０　ｘ　１２８－Ｇｂｉｔ／ｓ　ＰＤＭ－ＱＰＳＫ　Ｓｉｇｎａｌｓ　ｐｅｒ　Ｃｏｒｅ　ｏｖｅｒ　６，１６０－ｋｍ　７－ｃｏｒｅ　ＭＣＦ，"　ＥＣＯＣ２０１２，　Ｔｈ３Ｃ３，　Ｓｅｐ．　２０１２． Ｔ．　Ｈａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ　ｃｒｏｓｓｔａｌｋ　ａｎｄ　ｌｏｗ－ｌｏｓｓ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ，"　Ｏｐｔ．　Ｅｘｐｒｅｓｓ，　ｖｏｌ．　１９，　ｐｐ．　１６５７６－１６５９２，　Ａｕｇ．　２０１１． Ｔ．　Ｍａｔｓｕｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｉｎ　１２５μｍ　ｃｌａｄｄｉｎｇ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｆｕｌｌ　ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ＳＭＦ，"　ＥＣＯＣ２０１５，　Ｗｅ．１．４．５，　Ｓｅｐ．　２０１５． Ｔ．　Ｍａｔｓｕｉ　ｅｔ　ａｌ．，　"１１８．５　Ｔｂｉｔ／ｓ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｖｅｒ　３１６　ｋｍ－Ｌｏｎｇ　Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｃｌａｄｄｉｎｇ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ"　ＯＥＣＣ２０１７，　ＰＤＰ２，　Ａｕｇ．　２０１７． Ｔ．　Ｇｏｎｄａ　ｅｔ　ａｌ．，　"１２５μｍ　５－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｒｅ　ｗｉｔｈ　ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｍｉｇｒａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｓｉｎｇｌｅ－ｃｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ"　ＥＣＯＣ２０１６，　Ｗ２Ｂ１，　Ｓｅｐ．　２０１６． 田村ら、"１２５μｍ　クラッド径を有するＡｅｆｆ　拡大非結合型２　コアファイバ"電子情報通信学会ソサイエティ大会、Ｂ－１０－２、２０１６年９月 Ｐ．　Ｊ．　Ｗｉｎｚｅｒ　ｅｔ　ａｌ．，　"Ｐｅｎａｌｔｉｅｓ　ｆｒｏｍ　Ｉｎ－Ｂａｎｄ　Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ　ｆｏｒ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｆｏｒｍａｔｓ，"　ＥＣＯＣ２０１１，　Ｔｕ５Ｂ７，　Ｓｅｐ．　２０１１．
　しかしながら、既存の１２５μｍのクラッド径を維持しつつ４つのコアを有するＭＣＦを考慮する場合、非特許文献３～５で示されるようにＸＴの制約により数百ｋｍ程度が限界であるといった課題があった。また非特許文献６で示されるように、数千ｋｍ級の伝送に対応できるＸＴを実現するには、クラッド径１２５μｍに対してはコア数は２つが限界であり、３以上のコア配置は困難であるといった課題があった。
　そこで、本発明は、前記課題を解決するために、既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係るマルチコア光ファイバは、各コアの周囲に屈折率の異なる２段階のクラッドを配置し、コア半径ａ１、それぞれのコアの周囲を囲む第１クラッド領域の半径ａ２、第１クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ１、及び４つのコアと第１クラッド領域を包含する第２クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ２を所定の範囲とすることとした。
　具体的には、本発明に係るマルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
　前記第２クラッド領域の外径が１２５±１μmであり、
　波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
　波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
　カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
　第１クラッド領域の存在により電界分布をコアに閉じ込めやすくなるのでＸＴを低減した状態でコア間隔を狭くすることができ、１２５μｍのクラッド径であってもコアを４つ配置して長距離伝送を可能とするマルチコア光ファイバとすることができる。
　本発明に係るマルチコア光ファイバは、前記コアと前記第１クラッド領域の間に、幅ｗの前記第２クラッド領域と同じ屈折率の領域を有してもよい。この場合、前記幅ｗは、０μｍ＜ｗ≦１．３μｍであることが好ましい。
　本発明に係るマルチコア光ファイバの各パラメータは次の通りである。
　前記Δ１と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ１を満たすことを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 　前記ａ１と前記Δ１との関係が数Ｃ２を満たすことを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 　前記Δ２と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 　前記ａ１と前記ａ２の比ａ２／ａ１が１．０以上３．０以下であり、
　前記Δ１、前記ａ２／ａ１、および波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ４を満たし、
　前記Δ２、前記ａ２／ａ１、および前記Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ５を満たすこと
を特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 　前記Δ１、前記Δ２が数Ｃ６を満たすことを特徴とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　また、本発明に係るマルチコア光ファイバの各パラメータは次のようにも表現できる。
　本マルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
　ａ２／ａ１＝２．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
　第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
Ａ１ａ（－０．８００，－０．３４０）
Ａ１ｂ（－０．７５０，－０．３５１）
Ａ１　（－０．６８２，－０．３７８）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
　本マルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
　ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
　第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
Ｂ１ａ（－０．７００，－０．２６６）
Ｂ１ｂ（－０．６７１，－０．２８６）
Ｂ１ｃ（－０．６１８，－０．３１３）
Ｂ１ｄ（－０．５８６，－０．３３８）
Ｂ１（－０．４９０，－０．３９６）
Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
　本マルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
　ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１００μｍ２であり、
　第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
Ｃ１ａ（－０．６００，－０．２５５）
Ｃ１ｂ（－０．５９０，－０．２６２）
Ｃ１ｃ（－０．５７０，－０．２７７）
Ｃ１（－０．５２８，－０．３０５）
Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
　上述したマルチコア光ファイバの各パラメータは、次のように設計する。
　前記マルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
　実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップと、
　前記第１ステップで選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップと、
　前記第２ステップで取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップと、
を行う。
　ここで、Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、前記第１ステップでは、数Ｃ１及び数Ｃ２を満たす前記組み合わせを選定することを特徴とする。また、ａ２／ａ１が３．０以下である場合、前記第２ステップでは、数Ｃ３を満たす前記Δ２を選定することを特徴とする。
　また、本発明に係る光伝送方法は、
　１０００ｋｍ以上の前記マルチコア光ファイバを光伝送路とし、
　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
　また、本発明に係る光伝送方法は、
　通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、前記マルチコア光ファイバに置換し、
　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
　本発明に係るマルチコア光ファイバは、４コアであり、第２クラッドの直径が１２５μｍかつＸＴが－５４ｄＢ／ｋｍ以下を実現している。この特性は、非特許文献３～６のいずれのマルチコア光ファイバも実現できていなかった特性である。このため、本マルチコア光ファイバは、海底通信システムのような長距離光通信システムで現在運用しているシングルモード光ファイバを置換することができ、さらに４コアであるため飛躍的な伝送容量の拡大と消費電力の低減を図ることができる。
　本発明は、既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することができる。
　本マルチコア光ファイバでは、標準的なクラッド径で４つのコアを配置し、既存の光ファイバと互換性を有する光学特性と数千ｋｍ級の伝送を可能とするＸＴを実現することができ、海底システム等の超長距離通信に適した高密度・大容量のＭＣＦを提供できる、という効果を奏する。
本発明に係るマルチコア光ファイバの構造の一例を説明する図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの幅ｗの影響を説明する図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバのコア配置とＸＴならびに過剰損失との関係の一例を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、ＸＴと必要な構造パラメータの範囲の関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、ＸＴと必要な構造パラメータの範囲の関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例を説明する表である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例におけるコア間隔とＸＴの関係を説明する特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例におけるＯＣＴと過剰損失の関係を説明する特性図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの断面図である。 本発明に係るマルチコア光ファイバの評価結果を説明する表である。 本発明に係る設計方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る光伝送方法を説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
　図１は、本実施形態の光ファイバ１５の構造の一例を説明する図である。図１（ａ）は断面構造であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は各コアの屈折率分布である。光ファイバ１５は、マルチコア光ファイバであって、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコア１０と、
　コア１０の周囲に屈折率がコアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域１１と、
　第１クラッド領域１１の外周部に第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつコアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域１２と、
を有する。
　そして、光ファイバ１５は、
　第２クラッド領域１２の外径が１２５±１μmであり、
　波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
　波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
　カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
　光ファイバ１５は１心の光ファイバ中に４つのコアを有し、クラッド径（第２クラッド領域１２の外径）が標準的な１２５±１μｍである。
　各コアの屈折率分布は図１（ｂ）に示されるように、コア１０の周囲にコアよりも低い屈折率を有する第１クラッド領域１１を有し、その周囲に屈折率がコアよりも低く第１クラッド領域よりも高い第２クラッド領域１２を有する。また、図１（ｃ）に示されるように、コア１０と第１クラッド領域１１の間に、第２クラッド領域１２と同等の屈折率を有する領域１３を有していてもよい。
　図２は、図１（ｃ）の屈折率分布について、領域１３の幅ｗに対するカットオフ波長の変化量を示している。図２に示すように、コア１０と第１クラッド領域１１に第２クラッド領域１２と同等の屈折率の領域１３があってもカットオフ波長の変化量は小さい。図より、幅ｗが１．３μｍ以下ではカットオフ波長の変化量は±１０ｎｍと測定誤差と同等となり、図１（ｂ）と図１（ｃ）の屈折率分布は同等とみなせることが確認できる。図１（ｃ）の構造とすることで製造時のコア構造の変動が小さくでき、例えば第２クラッド領域の屈折率が純石英の場合には構造が安定しやすいなど、製造上の偏差や歩留りを改善でき、好ましい。
　なお、ここではコアの屈折率を基準として比屈折率差を定義しているが、コア及びクラッドの材料はそれぞれ純石英およびフッ素添加ガラス、もしくはそれぞれＧｅＯ２添加ガラス、純石英ガラスとフッ素添加ガラスの組合せ等、図１に示す屈折率分布を構成できるガラス材料の組合せで材料を選定することができる。
　また、光ファイバの「カットオフ波長」とは、シングルモード伝搬可能な条件であり、カットオフ波長より長い波長であればシングルモード、カットオフ波長より短い波長であればマルチモードで光が伝搬する。
　図３～図５は、光ファイバ１５の波長１５５０ｎｍにおいて所定の実効断面積Ａｅｆｆを得るためのコアパラメータの設計範囲を説明する図である。横軸は第１クラッド領域１１のコアに対する比屈折率差Δ１、縦軸はコア１０の半径ａ１である。図３～図５はそれぞれ、第１クラッド領域１１領域の半径ａ２とコア半径ａ１の比ａ２／ａ１を２．０、２．５、３．０と変化させた場合を表す。またクラッドのコアに対する比屈折率差Δはカットオフ波長が１５３０ｎｍとなるよう設定した。
　図３～図５を比較すると、一定のＡｅｆｆを得るためのａ１とΔ１の関係はほぼ同等である。これは電界分布が第１クラッド領域１１に囲まれる領域によって閉じ込められるため、第２クラッド領域１２に関するパラメータａ２、Δ２（第２クラッド領域１２のコアに対する比屈折率差）に対する依存性が小さいためと考えられる。
　ここで従来のＳＭＦは波長１５５０ｎｍでＡｅｆｆが約８０μｍ２であり、従来と同等以上の接続性および低非線形性を担保するためにＡｅｆｆは８０μｍ２以上であることが好ましい。図３～図５より、Ａｅｆｆを８０μｍ２とするためには実線の近似曲線より、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 を満たす必要がある。
　ＭＣＦではＸＴを低減するため、コア間隔を一定量大きくする必要があることが知られている。ＸＴによる伝送特性劣化は伝送方式に依存し、非特許文献７ではＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭに対してそれぞれ－１８ｄＢ、－２４ｄＢ、－３２ｄＢ以下のクロストークである必要があることが示されている。マルチコア光ファイバの場合、コア間のクロストークは任意のコアに対する他のコアからのクロストーク成分の総和となり、単位距離当たりのクロストーク（ＸＴ、単位ｄＢ／ｋｍ）と距離Ｌ（ｋｍ）に対して、任意の距離でのクロストークは　
ＸＴ＋ｌｏｇ（Ｌ）
で与えられる。
　したがって、例えば、１６ＱＡＭの信号フォーマットを用いて１０００～１００００ｋｍの伝送を行うためには、マルチコア光ファイバのクロストークは－５４～－６４ｄＢ／ｋｍ以下である必要がある。クロストークを低減するためにはコア間隔を一定量大きくする必要があるが、クラッド径が一定の場合コア間隔の拡大に伴いコアとクラッド端との厚さ（ＯＣＴ）が小さくなり、光波の漏洩による過剰損失αｃが生じることが知られている。
　図６は、コア間クロストーク（ＸＴ）および過剰損失αｃを低減するための光ファイバ１５の設計例を説明する図である。横軸は第１クラッド領域１１の比屈折率差Δ１、第１縦軸はコア間隔ΛないしＯＣＴ、第２縦軸は第２クラッド領域１２の外径である。ＸＴおよび過剰損失は長波長ほど大きくなるため、Ｃ＋Ｌバンド全域の活用を考慮し、波長は１６２５ｎｍとした。実線はＸＴが－６４ｄＢ／ｋｍとなるコア間隔Λ（μｍ）、破線は過剰損失αｃが０．０１ｄＢ／ｋｍとなるＯＣＴである。つまり、実線より上の領域でＸＴが－６４ｄＢ／ｋｍ未満、破線より上の領域でαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍ未満となる。
　点線は、ＸＴが－６４ｄＢ／ｋｍ且つαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍを満たすための「必要なクラッド径」であり、４コア配置の場合、
必要なクラッド径＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
である。
　ここではａ２／ａ１＝３．０とし、Ａｅｆｆが１１０μｍ２、カットオフ波長λｃが１５３０ｎｍとなるようａ１およびΔ２を設定した。
　図６より、Δ１が大きくなることで光波の閉じ込めが弱くなり、所望のＸＴおよびαｃを得るために必要なコア間隔ΛおよびＯＣＴが大きくなることがわかる。図６の場合、クラッド径を１２５±１μｍとするためにはΔ１を－０．５２％とする必要がある（一点鎖線参照）。この時必要なコア間隔Λ、ＯＣＴはそれぞれ４２．５μｍ、３０μｍである。なお、図６で示されるコア間隔、ＯＣＴは所定のＸＴ、過剰損失を満たす最小限の値であり、これ以上の値を設定すればＸＴ、過剰損失はより小さい値となる。つまり、クラッド径を１２５±１μｍとするためにΔ１を－０．５２％未満とすれば、必要なクラッド径は１２５μｍ以下となり、ΛやＯＣＴの設計に余裕が生まれる。
　図７～図９は、
　カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、
　曲げ損失が波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍで０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、
　必要なクラッド径が１２５±１μｍ
となる光ファイバ１５の構造パラメータの一例を説明する図である。いずれの図面においても網掛けの領域で、前述の条件（ＸＴが－６４ｄＢ／ｋｍ以下且つαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍ以下）を同時に満足することができる。
　図７はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで８０μｍ２、ａ２／ａ１＝２．０の場合であり、
　図８はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで８０μｍ２、ａ２／ａ１＝３．０の場合であり、
　図９はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで１１０μｍ２、ａ２／ａ１＝３．０の場合である。
　図７～図９において、破線はカットオフ波長が１５３０ｎｍとなる条件（破線より上の領域でカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下）であり、点線は曲げ損失αｂが０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎとなる条件（点線より下の領域で曲げ損失αｂが０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下）である。
　図７～図９において、実線は波長１６２５ｎｍにおけるＸＴの条件であり、それぞれ実線より下の領域で－５４ｄＢ／ｋｍ以下、－５８ｄＢ／ｋｍ以下、－６１ｄＢ／ｋｍ以下、－６４ｄＢ／ｋｍ以下となる。
　全ての条件を満足する領域は実線、破線、及び点線に囲まれる領域であり、例えば－６４ｄＢ／ｋｍ以下のＸＴとする場合には図中の網掛けの領域となる。図７～図９より、Δ１の上限とΔ２の下限はＸＴとカットオフ波長の要求条件により決められ、Δ２の下限はΔ１に対して比較的変化が小さい。そのためΔ１の上限とΔ２の下限は実線と破線の交点により与えることができる。また、図７～図９より、設計可能な領域はａ２／ａ１が大きいほど、また必要なＡｅｆｆが小さいほど、緩和されることがわかる。
　したがってＡｅｆｆが８０μｍ２以上、カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、ＸＴが－６４ｄＢ／ｋｍ以下とする場合、図８が最も大きな領域となり、このとき
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 である。
　図７において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝２．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝８０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦－６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
Ａ１ａ（－０．８００，－０．３４０）
Ａ１ｂ（－０．７５０，－０．３５１）
Ａ１　（－０．６８２，－０．３７８）
で囲まれる範囲である。
　なお、ＸＴ≦－６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
Ａ２ａ（－０．８００，－０．３３５）
Ａ２ｂ（－０．７５０，－０．３４６）
Ａ２ｃ（－０．７００，－０．３６３）
Ａ２　（－０．６６８，－０．３８０）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
Ａ３ａ（－０．８００，－０．３３１）
Ａ３ｂ（－０．７５０，－０．３３９）
Ａ３ｃ（－０．７００，－０．３５５）
Ａ３ｄ（－０．６５０，－０．３８０）
Ａ３　（－０．６３９，－０．３８７）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
Ａ４ａ（－０．８００，－０．３２８）
Ａ４ｂ（－０．７５０，－０．３２３）
Ａ４ｃ（－０．７００，－０．３４９）
Ａ４ｄ（－０．６５０，－０．３７０）
Ａ４　（－０．６００，－０．４００）
で囲まれる範囲となる。
　図８において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝３．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝８０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦－６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
Ｂ１ａ（－０．７００，－０．２６６）
Ｂ１ｂ（－０．６７１，－０．２８６）
Ｂ１ｃ（－０．６１８，－０．３１３）
Ｂ１ｄ（－０．５８６，－０．３３８）
Ｂ１（－０．４９０，－０．３９６）
Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
で囲まれる範囲である。
　なお、ＸＴ≦－６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
Ｂ２ａ（－０．７００，－０．２５６）
Ｂ２ｂ（－０．６７１，－０．２７８）
Ｂ２ｃ（－０．６１８，－０．３０６）
Ｂ２ｄ（－０．５８６，－０．３２９）
Ｂ２　（－０．４８４，－０．３９６）
Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
Ｂ３ａ（－０．７００，－０．２４２）
Ｂ３ｂ（－０．６７１，－０．２６７）
Ｂ３ｃ（－０．６１８，－０．２９９）
Ｂ３ｄ（－０．５８６，－０．３１９）
Ｂ３　（－０．４７０，－０．３９６）
Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
Ｂ４ａ（－０．７００，－０．２３４）
Ｂ４ｂ（－０．６７１，－０．２５６）
Ｂ４ｃ（－０．６１８，－０．２７８）
Ｂ４ｄ（－０．５８６，－０．３１２）
Ｂ４　（－０．４５８，－０．３９６）
Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
で囲まれる範囲となる。
　図９において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝３．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝１１０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦－６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
Ｃ１ａ（－０．６００，－０．２５５）
Ｃ１ｂ（－０．５９０，－０．２６２）
Ｃ１ｃ（－０．５７０，－０．２７７）
Ｃ１（－０．５２８，－０．３０５）
Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
で囲まれる範囲である。
　なお、ＸＴ≦－６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
Ｃ２ａ（－０．６００，－０．２４７）
Ｃ２ｂ（－０．５９０，－０．２５４）
Ｃ２ｃ（－０．５７０，－０．２６９）
Ｃ２　（－０．５１３，－０．３０８）
Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
Ｃ３ａ（－０．６００，－０．２３４）
Ｃ３ｂ（－０．５９０，－０．２４２）
Ｃ３ｃ（－０．５７０，－０．２５７）
Ｃ３　（－０．４９５，－０．３１１）
Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦－５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
Ｃ４ａ（－０．６００，－０．２２０）
Ｃ４ｂ（－０．５９０，－０．２３３）
Ｃ４ｃ（－０．５７０，－０．２４９）
Ｃ４　（－０．４７９，－０．３１３）
Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
で囲まれる範囲となる。
　図１０及び図１１は、図７～図９のように作成したグラフのカットオフ波長λｃ（破線）ＸＴの条件（実線）との交点で与えられるΔ１の上限（図１０）およびΔ２の下限（図１１）のＸＴに対する依存性を説明する図である。ここでａ２／ａ１は３．０とした。図１０及び図１１より、Δ１の上限およびΔ２の下限は、ＸＴの要求条件に対して線形に変化することがわかる。Ａｅｆｆが８０μｍ２以上とすると、図１０及び図１１より
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 である。ここで図７と図８を比較すればａ２／ａ１が小さくなるとΔ１の上限はより小さく、Δ２の下限はより大きくなるため、ａ２／ａ１が３．０より小さい場合、数３で示したΔ１の上限及びΔ２の下限の範囲に含まれる。
　図１２～図１４は、図７～図９のように作成したグラフのカットオフ波長λｃ（破線）ＸＴの条件（実線）との交点で与えられるΔ１の上限（図１２）、Δ２の下限（図１３）及びΔ２の上限（図１４）のａ２／ａ１に対する依存性を説明する図である。各図で直線は、線形近似を行った結果である。
　ここではＸＴの要求条件を－６４ｄＢ／ｋｍとした。図１２～図１４よりΔ１の上限、Δ２の下限（Δ２＿ｍｉｎ）及びΔ２の上限（Δ２＿ｍａｘ）は、ａ２／ａ１に対して線形近似により比較的良く近似できることがわかる。図１２～図１４より
Ａｅｆｆ＝８０μｍ２に対し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 Ａｅｆｆ＝９０μｍ２に対し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 Ａｅｆｆ＝１００μｍ２に対し、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 である。
　数４～数６の係数の近似曲線をとると
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
 となる。
　数７を満たすパラメータ範囲で、標準的な１２５μｍクラッド径で４コア、かつ既存の光ファイバと同等の特性が得られる光ファイバを実現できる。
　図１５は、数７の設計範囲において設計した構造パラメータおよび光学特性である。設計例（１）および（２）の４コア光ファイバは、それぞれＡｅｆｆが８５μｍ２および１０２μｍ２であり、ＣバンドおよびＬバンドで単一モード動作が得られ、曲げ損失も従来のＳＭＦと同等以下である。
　図１６及び図１７は、図１５で示した設計例に対するＸＴ特性および過剰損失である。波長は１６２５ｎｍである。
　図１６はコア間隔とＸＴの関係を表す。－６４ｄＢ／ｋｍ以下のＸＴを得るためには、設計例（１）および設計例（２）に対し、それぞれ４１．６μｍ以下および４４μｍ以下のコア間隔が必要となる。
　図１７はＯＣＴと過剰損失αｃの関係を表す。０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の過剰損失とするためには、設計例（１）および設計例（２）に対し、それぞれ、２８．７μｍ以下および３０．９μｍ以下のＯＣＴとする必要がある。
　これらの結果より設計例（１）および設計例（２）の４コア光ファイバにおいて、最低限必要なクラッド径はそれぞれ１１６．２μｍ及び１２４．０μｍとなる。いずれの設計例でも標準的な１２５μｍのクラッド径で４つのコアを配置可能であることがわかる。
（実施例）
　図１８は、本実施例のマルチコア光ファイバの断面写真である。図１９には測定結果を示している。
　図１８の断面写真より、クラッド径が１２５μｍであり、４つのコアが配置されていることがわかる。
　また図１９より、各コアの屈折率分布は、
　コア半径が６μｍ、
　ａ２／ａ１が３、
　Δ１およびΔ２がそれぞれ－０．６％および－０．４％
であり、前述した構造条件を表す数式を満足することが確認できる。
　光学特性としてはＡｅｆｆが８０μｍ２以上、カットオフ波長は１４８０ｎｍ以下であった。
　伝送損失は、波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍでそれぞれ０．１８ｄＢ／ｋｍ以下および０．２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、長波長側での顕著な損失増が認められないことから、十分なＯＣＴが確保されていると考えられる。
　ＸＴは、波長１６２５ｎｍで－６６ｄＢ／ｋｍ以下であり、全通信波長帯で１００００ｋｍ以上の伝送距離に対応したＸＴ特性が得られている。
（設計方法）
　図２０は、マルチコア光ファイバの設計方法を表すフローチャートである。
　前記マルチコア光ファイバは、
　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
　当該設計方法は、
　実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップＳ０１と、
　第１ステップＳ０１で選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップＳ０２と、
　第２ステップＳ０２で取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップＳ０３と、
を行う。
　標準的な１２５μｍのクラッド径を有する４コア光ファイバを設計するとき、先ず初めにＡｅｆｆ、ＸＴ、曲げ損失、カットオフ波長に対する要求条件が設定される（ステップＳ００）。
　続いて、ステップＳ０１において、図３～図５に示すように、Ａｅｆｆの要求条件を満たすａ１とΔ１の組合せを選定する。そして、図１０及び図１１に示すように、所望のＸＴに対応するΔ１の条件を設定する。例えば、Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、第１ステップＳ０１では、数１及び数３を満たすａ１とΔ１の組み合わせを選定する。
　次に、ステップＳ０２において、例えば図６、図７～図９に示すように、先に選定したａ１とΔ１に対し曲げ損失及びＸＴの要求条件を満足するａ２とΔ２を選定する。具体的には、図７～図９から得られる図１２のグラフからａ２を、図１３及び図１４のグラフからΔ２を選定する。この時点でコア１０と第１クラッド領域１１のパラメータが得られる。例えば、ａ２／ａ１が３．０以下である場合、第２ステップＳ０２では、数３を満たすΔ２を選定する。この時点でａ１、ａ２、Δ１及びΔ２が揃うので、図６を用いてＸＴの要求条件と過剰損失を十分低減できるコア間隔とＯＣＴを求め、必要なクラッド径を求める。
　最後にステップＳ０３で、必要なクラッド径が１２５±１μｍまたはそれ以下であれば、設計が完了する。クラッド径がこれより大きい場合１２５±１μｍ以下となるように、コア及び第１クラッド領域のパラメータ選定をやり直す（ステップＳ０１から繰り返す）。
（光伝送方法）
　図２１は、上述したマルチコア光ファイバを用いた光伝送方法を説明する図である。本光伝送方法は、１０００ｋｍ以上のマルチコア光ファイバ１５を光伝送路とし、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの送信機２１から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの受信機２２で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
　光ファイバケーブル１００は、４コア光ファイバ１５を具備し、そのコア１０毎に送信側及び受信側にそれぞれ送信機２１及び受信機２２が接続される。光ファイバケーブル１００は上述の通り、クロストークが大きくとも－５４ｄＢ／ｋｍ以下であり、数千ｋｍ級の長距離伝送に適する。ここでケーブルの敷設にはファイバ間の接続点や光増幅器が入ることが想定されるが、数千ｋｍ級の伝送路ではファイバ中のクロストークが支配的となり、他の接続点や光コンポーネントでのクロストークの影響は十分小さいと考えられる。
　本光伝送方法は、通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、マルチコア光ファイバ１５に置換し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの送信機２１から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの受信機２２で前記信号光を受信することができる。
　光ファイバケーブルには標準クラッド径を採用したマルチコア光ファイバ１５を用いるため、既存の光ケーブル構造を流用することができ、好ましい。
　本発明は、光通信システムにおける光ファイバに利用できる。
１０：コア
１１：第１クラッド領域
１２：第２クラッド領域
２１：送信機
２２：受信機
１００：光ケーブル

Claims (16)

  1. 　マルチコア光ファイバであって、
    　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
    　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
    　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
    を有し、
    　前記第２クラッド領域の外径が１２５±１μｍであり、
    　波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
    　波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
    　カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
    ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
  2. 　前記コアと前記第１クラッド領域の間に、幅ｗの前記第２クラッド領域と同じ屈折率の領域を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
  3. 　前記幅ｗは、０μｍ＜ｗ≦１．３μｍであることを特徴とする請求項２に記載のマルチコア光ファイバ。
  4. 　前記Δ１と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ１を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  5. 　前記ａ１と前記Δ１との関係が数Ｃ２を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  6. 　前記Δ２と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  7. 　前記ａ１と前記ａ２の比ａ２／ａ１が１．０以上３．０以下であり、
    　前記Δ１、前記ａ２／ａ１、および波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ４を満たし、
    　前記Δ２、前記ａ２／ａ１、および前記Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ５を満たすこと
    を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  8. 　前記Δ１、前記Δ２が数Ｃ６を満たすことを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  9. 　マルチコア光ファイバであって、
    　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
    　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
    　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
    を有し、
    　ａ２／ａ１＝２．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
    　第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
    Ａ０　（－０．８００，－０．３９６）
    Ａ１ａ（－０．８００，－０．３４０）
    Ａ１ｂ（－０．７５０，－０．３５１）
    Ａ１　（－０．６８２，－０．３７８）
    で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
  10. 　マルチコア光ファイバであって、
    　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
    　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
    　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
    を有し、
    　ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
    　第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
    Ｂ０ａ（－０．７００，－０．３７６）
    Ｂ１ａ（－０．７００，－０．２６６）
    Ｂ１ｂ（－０．６７１，－０．２８６）
    Ｂ１ｃ（－０．６１８，－０．３１３）
    Ｂ１ｄ（－０．５８６，－０．３３８）
    Ｂ１（－０．４９０，－０．３９６）
    Ｂ０ｄ（－０．５８６，－０．４００）
    Ｂ０ｃ（－０．６１８，－０．３９１）
    Ｂ０ｂ（－０．６７１，－０．３７１）
    で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
  11. 　マルチコア光ファイバであって、
    　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
    　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
    　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
    を有し、
    　ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１００μｍ２であり、
    　第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
    Ｃ０ａ（－０．６００，－０．２７４）
    Ｃ１ａ（－０．６００，－０．２５５）
    Ｃ１ｂ（－０．５９０，－０．２６２）
    Ｃ１ｃ（－０．５７０，－０．２７７）
    Ｃ１（－０．５２８，－０．３０５）
    Ｃ０ｃ（－０．５７０，－０．２９７）
    Ｃ０ｂ（－０．５９０，－０．２８９）
    で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
  12. 　マルチコア光ファイバの設計方法であって、
    　前記マルチコア光ファイバは、
    　長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
    　前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
    　前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
    を有しており、
    　実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップと、
    　前記第１ステップで選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップと、
    　前記第２ステップで取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
    φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
    で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップと、
    を行うマルチコア光ファイバの設計方法。
  13. 　Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、
    　前記第１ステップでは、数Ｃ１及び数Ｃ２を満たす前記組み合わせを選定することを特徴とする請求項１２に記載の設計方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
  14. 　ａ２／ａ１が３．０以下である場合、
    　前記第２ステップでは、数Ｃ３を満たす前記Δ２を選定することを特徴とする請求項１３に記載の設計方法。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
  15. 　光伝送方法であって、
    　１０００ｋｍ以上の請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバを光伝送路とし、
    　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
    　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
    を特徴とする光伝送方法。
  16. 　光伝送方法であって、
    　通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバに置換し、
    　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
    　前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
    を特徴とする光伝送方法。
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