WO2022049735A1 - マルチコア光ファイバ - Google Patents

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隆 松井
和秀 中島
泰志 坂本
悠途 寒河江
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—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
    • G02B6/03638—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
    • 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 multi-core optical fiber having a plurality of cores.
  • Optical transceivers are rapidly becoming faster and smaller, and parallel transmission using multiple optical channels is being used.
  • a multi-core optical fiber tape core wire is used, but a narrow pitch tape core wire using a small diameter optical fiber is being studied for higher density.
  • MCF multi-core optical fiber
  • Laser arrays and photodetector arrays of optical transceivers are becoming denser on the order of several tens of ⁇ m due to advanced technologies such as silicon photonics, but there is a limit to the reduction in diameter of optical fibers, and optical connection with optical fibers is optical. You will need a converter.
  • the multi-core optical fiber can arrange cores at intervals of several tens of ⁇ m, it can be directly connected to a high-density laser array or photodetector array, and high-density and low-loss optical wiring can be performed.
  • a general multi-core optical fiber has cores arranged in a hexagonal dense manner, and the arrangement is different from that of a laser or a photodetector array in an optical transceiver.
  • an optical converter was required.
  • the multi-core optical fiber of Non-Patent Document 2 has a problem that the diameter of the clad region becomes very large because it has a sufficient core spacing, and peripheral technology such as an existing cable cannot be diverted.
  • the multi-core optical fiber of Non-Patent Document 3 is optimized for use at a wavelength of 1.31 ⁇ m, and has poor compatibility with existing optical fibers, such as increased loss especially on the long wavelength side, and the used wavelength band is limited. There was a problem such as there.
  • the beam diameter is sufficiently small as shown in Non-Patent Document 4.
  • the multi-core optical fibers described in Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1, 2 and 3 have a large mode field diameter with respect to the laser beam diameter, and a spot size converter is required to obtain good coupling characteristics. Therefore, there were problems in reducing loss and increasing the density.
  • a group of N core regions (N is a positive integer of 2 or more) arranged linearly in the cross section is M (M is a positive integer of 1 or more).
  • a clad region that surrounds the plurality of core regions and has a lower refractive index than the plurality of core regions.
  • the covering area surrounding the clad area and the covering area It is a multi-core optical fiber equipped with The plurality of core regions are arranged line-symmetrically with respect to two virtual lines orthogonal to each other at the center of the clad region.
  • the diameter of the clad region is 180 ⁇ m or less, and the clad region has a diameter of 180 ⁇ m or less.
  • FIGS. 1A and 1B Schematic diagrams showing the cross-sectional structure of the multi-core optical fiber of the present disclosure are shown in FIGS. 1A and 1B.
  • 11 is a core region
  • 12 is a clad region
  • 13 is a covering region.
  • the multi-core optical fiber includes a core region 11, a clad region 12, and a covering region 13.
  • the clad region 12 surrounds the core region 11 and has a lower refractive index than the core region 11.
  • the covering region 13 surrounds the clad region 12.
  • the multi-core optical fiber includes one group of N core regions (N is a positive integer of 2 or more) on a straight line passing through the center of the clad region in the cross section.
  • FIG. 1B includes M groups of N core regions (M is a positive integer of 1 or more) arranged linearly in the cross section of the multi-core optical fiber.
  • the two alternate long and short dash lines are two virtual lines orthogonal to each other at the center of the clad region.
  • Each of the plurality of core regions is arranged line-symmetrically with respect to the two virtual lines.
  • the laser array and photodetector array are arranged linearly, or the linear array is arranged in layers.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure can be directly connected to a laser array or a photodetector array.
  • the diameter of the covering region is 235 ⁇ m or more and 265 ⁇ m or less, and the diameter of the clad is 180 ⁇ m or less.
  • the standard becomes the same as that of the existing optical fiber, and the multi-core optical fiber of the present disclosure can be applied to the existing optical cable.
  • the coating thickness may be at least 27.5 ⁇ m or more.
  • the diameter of the clad region may be 180 ⁇ m or less.
  • the diameter of the clad region is 125 ⁇ 1 ⁇ m, it is equivalent to the diameter of the clad region of the existing optical fiber, which is more preferable.
  • the diameter of the covering region may be 180 ⁇ m or more and 220 ⁇ m or less as described above, in addition to the general 235 ⁇ m or more and 265 ⁇ m or less.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure has excellent connectivity with a laser array or a photodetector array, and can provide a high-density multi-core optical fiber.
  • FIGS. 2A and 2B The refractive index distribution of the core region of the multi-core optical fiber of the present disclosure is shown in FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 2A is a step index type refractive index distribution, which has a central core having a radius a and a specific refractive index difference ⁇ .
  • the structure of the multi-core optical fiber shown in FIG. 2A is excellent in the manufacturability and stability of the optical fiber.
  • FIG. 2B is a trench-type refractive index distribution, and has a trench having a width d and a specific refractive index difference ⁇ t lower than that of a clad region at a position a1 away from the center around a central core having a radius a.
  • the structure of the multi-core optical fiber shown in FIG. 2B is excellent in the effect of confining light, and enables reduction of XT (Crosstalk) and high-density core arrangement in the multi-core optical fiber.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure can be wired in the same manner as the conventional optical fiber.
  • FIG. 3 shows the relationship between the mode field diameter (MFD: Mode Field Diameter) of the multi-core optical fiber of the present disclosure and the core region.
  • MFD Mode Field Diameter
  • the horizontal axis is the MFD at a wavelength of 1.31 ⁇ m
  • the vertical axis is the clad thickness (OCT: Outer Cladding Stickness) or the distance between the centers of the core region (core spacing ⁇ ).
  • OCT refers to the shortest distance from the center of the core region closest to the clad region to the clad region.
  • the refractive index distribution of each core is a step index type, and the core structure is set so that the cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m or less.
  • the solid line is an OCT for each MFD in which the confinement loss is 0.01 dB / km or less at a wavelength of 1.625 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows the relationship between the core spacing and the XT of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis represents the distance between the centers of the core regions (core spacing ⁇ ), and the vertical axis represents XT.
  • the core structure is a step index type
  • the MFD is 8.6 ⁇ m at a wavelength of 1.31 ⁇ m
  • the cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m or less.
  • the solid line, broken line, and dotted line in the figure have wavelengths of 1.625, 1.55, and 1.31 ⁇ m, respectively.
  • the XT has a wavelength of 1.625 ⁇ m and is -11 dB / km or more and -6 dB / km or more, respectively.
  • IM-DD Intensity Modulation-Direct Detection
  • a lower XT can be obtained on the wavelength side shorter than 1.625 ⁇ m, and for example, at wavelengths of 1.31 and 1.55 ⁇ m, the influence of XT can be ignored even at a transmission distance of several km or more. ..
  • FIG. 5 shows the relationship between the MFD and the core region of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis is the MFD at a wavelength of 1.31 ⁇ m
  • the vertical axis is the clad thickness (OCT) or the center-to-center distance of the core region (core spacing ⁇ ).
  • the refractive index distribution of each core is a trench type, and the core structure is set so that the cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m or less.
  • a1 / a was 2.5
  • d / a was 1, and ⁇ t was ⁇ 0.7%.
  • the solid line is the clad thickness (OCT) for each MFD in which the confinement loss is 0.01 dB / km or less at a wavelength of 1.625 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows the relationship between the core spacing and the XT of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis represents the distance between the centers of the core region (core spacing ⁇ ), and the vertical axis represents XT.
  • the core structure is a trench type
  • the MFD is 8.6 ⁇ m at a wavelength of 1.31 ⁇ m
  • the cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m or less.
  • the XT has a wavelength of 1.625 ⁇ m and is ⁇ 45 dB / km or more and ⁇ 39 dB / km or more, respectively. Considering that a lower XT can be obtained on the shorter wavelength side than the wavelength of 1.625 ⁇ m, when the trench type is used, the influence of the XT can be ignored even at a transmission distance of 10 km or more.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure has excellent connectivity with a laser array or a photodetector array, and can provide a high-density multi-core optical fiber. Further, by using the multi-core optical fiber of the present disclosure, low-loss optical interconnection can be realized.
  • the core structure of the multi-core optical fiber of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the horizontal axis is the core radius a
  • the vertical axis is the specific refractive index difference ⁇ between the core and the clad region.
  • the refractive index distribution of the core region of the multi-core optical fiber of the present disclosure shown in the third embodiment is a step index type.
  • Non-Patent Document 4 if the MFD of the optical fiber is about 4 ⁇ m or less, highly efficient coupling with the laser array is possible.
  • the solid line has a core structure having a wavelength of 1.31 ⁇ m and an MFD of 4 ⁇ m, and the MFD is 4 ⁇ m or less in the upper left region from the solid line.
  • the broken line has a core structure in which the cutoff wavelength is 1.26 ⁇ m, and single mode operation can be obtained in the communication wavelength band (wavelength 1.26 ⁇ m or more, 1.625 ⁇ m or less) in the region lower left than the broken line. Therefore, the MFD can be set to 4 ⁇ m or less in the upper left region surrounded by the solid line and the broken line, and the single mode operation in the above communication wavelength band can be obtained.
  • it is the area inside the polygon surrounded by the ⁇ mark (black circle mark) in FIG.
  • the coupling efficiency with the laser array can be improved. ..
  • FIG. 8 shows the relationship between the clad thickness and the confinement loss of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis is the clad thickness (OCT), and the vertical axis is the confinement loss.
  • the confinement loss becomes smaller as the wavelength becomes shorter, a low confinement loss can be obtained in all communication wavelength bands under the above conditions. Further, the smaller the MFD, the smaller the confinement loss. Therefore, by setting the OCT to 18 ⁇ m or more, when the MFD is less than 4 ⁇ m, a confinement loss equal to or less than that in FIG. 8 can be obtained.
  • FIG. 9 shows the relationship between the core spacing and the XT of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis represents the distance between the centers of the core region (core spacing ⁇ ), and the vertical axis represents XT.
  • the core structure and wavelength were the same as in FIG.
  • the XT decreases linearly as the core spacing increases.
  • the XT is preferably -30 dB / km or less, and the core spacing is about 16 ⁇ m from FIG. It is necessary to be above.
  • the XT decreases as the wavelength becomes shorter, a smaller XT is required in the communication wavelength band.
  • the MFD the smaller the interference between the cores and the smaller the XT. Therefore, if the core spacing is 16 ⁇ m or more, the XT characteristics equal to or less than those in FIG. 9 can be obtained when the MFD is 4 ⁇ m or less. Further, if the core spacing is 20 ⁇ m or more, the influence of XT can be ignored even if the core spacing is 1 km or less.
  • the diameter of the smallest clad region with respect to the number M of the core region group of the multi-core optical fiber of the present disclosure is shown in FIG. From FIGS. 8 and 9, the OCT and core spacing ⁇ were set to 18 ⁇ m and 20 ⁇ m, respectively.
  • the core spacing ⁇ , OCT and the diameter D of the clad region have the following relationship with respect to the number N of the core regions and the number M of the group of the core regions in FIGS. 1A and 1B.
  • N and M are arbitrary numbers, OCT and ⁇ must be in the range of 18 ⁇ m and 20 ⁇ m or more, respectively, and D must be 180 ⁇ m or less.
  • D 125 ⁇ 1 ⁇ m
  • the diameter of the clad region is the same as that of the existing optical fiber, which is more preferable.
  • N 4.
  • M 7 or less
  • the diameter of the clad region is 180 ⁇ m or less.
  • FIG. 11 shows the diameter of the smallest clad region with respect to the number N of the linearly arranged cores of the multi-core optical fiber of the present disclosure.
  • the horizontal axis is the number N of the cores arranged in a straight line
  • the vertical axis is the diameter of the required clad region to be the minimum.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure has excellent connectivity with a laser array or a photodetector array, and can provide a high-density multi-core optical fiber. Further, by using the multi-core optical fiber of the present disclosure, low-loss optical interconnection can be realized.
  • This disclosure can be applied to the information and communication industry.

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Abstract

本開示は、断面内に直線状に配置されたＮ個（Ｎは２以上の正整数）のコア領域の群をＭ個（Ｍは１以上の正整数）と、前記複数のコア領域を取り囲み、屈折率が前記複数のコア領域よりも低いクラッド領域と、前記クラッド領域を取り囲む被覆領域と、を備えるマルチコア光ファイバであって、前記クラッド領域の中心で直交する２本の仮想線に対して、前記複数のコア領域がそれぞれ線対称に配置され、前記クラッド領域の直径が１８０μｍ以下であり、前記被覆領域の直径が２３５μｍ以上、２６５μｍ以下であることを特徴とするマルチコア光ファイバである。

Description

マルチコア光ファイバ
　本開示は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバに関する。
　光トランシーバの高速化、小型化が急速に進んでおり、複数の光チャネルを使った並列伝送が利用されている。一般的には、多心の光ファイバテープ心線が利用されるが、より高密度化のために細径の光ファイバを用いた狭ピッチテープ心線が検討されている。
　また更なる高密度化に向け、１心の光ファイバの中に複数のコアを持つマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）の適用も検討されている。光トランシーバ―のレーザーアレイ、フォトディテクタアレイはシリコンフォトニクス等の先進技術により数十μｍオーダーの高密度化が進んでいるが、光ファイバの細径化には限界があり、光ファイバとの接続に光学変換器が必要となる。一方、マルチコア光ファイバは数十μｍ間隔でコアを配置できるため、高密度なレーザーアレイやフォトディテクタアレイとの直接接続が可能となり、高密度・低損失な光配線ができる。
特許６５６０８０６号公報 特開２０２０－１１５１９１公開公報
Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ、ｅｔ　ａｌ．、"Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｉｎ　１２５μｍ　ｃｌａｄｄｉｎｇ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｆｕｌｌ　ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ　ｔｏ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ＳＭＦ"、ｉｎ　Ｐｒｏｃ．　ＥＣＯＣ、　Ｖａｌｅｎｃｉａ、Ｓｐａｉｎ、Ｓｅｐ．２０１５、Ｗｅ．４．３． Ｍ．－Ｊ．，　Ｌｉ、ｅｔ　ａｌ．、"Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ　ｆｏｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"、ｉｎ　Ｐｒｏｃ．ＯＥＣＣ、Ｂｕｓａｎ、Ｋｏｒｅａ、Ｊｕｌｙ　２０１２、５Ｅ４－２． Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉ　ｅｔ　ａｌ．、 "Ｅｎｄ－ｔｏ－Ｅｎｄ　Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｒｅ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｋ　Ｅｎａｂｌｅｄ　ｂｙ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｇｒａｔｉｎｇ　Ｃｏｕｐｌｅｒ　Ａｒｒａｙ"、ｉｎ　Ｐｒｏｃ．ＥＣＯＣ、Ｇｏｔｈｅｎｂｕｒｇ、Ｓｗｅｄｅｎ、Ｓｅｐ．２０１７． ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｆｕｊｉｋｕｒａ．ｃｏ．ｊｐ／ｒｄ／ｇｉｈｏｕ／ｂａｃｋｎｕｍｂｅｒ／ｐａｇｅｓ／__ｉｃｓＦｉｌｅｓ／ａｆｉｅｌｄｆｉｌｅ／２０１７／０６／０６／１３０＿Ｒ２．ｐｄｆ
　しかしながら、特許文献１、２、非特許文献１で開示されているように、一般的なマルチコア光ファイバは六方細密状にコアが配置され、光トランシーバ―内のレーザーやフォトディテクタアレイと配置が異なり、光学変換器が必要となるといった課題があった。非特許文献２のマルチコア光ファイバは、十分なコア間隔を有するためにクラッド領域の直径が非常に大きくなり、既存のケーブル等の周辺技術が流用できないという課題があった。非特許文献３のマルチコア光ファイバは波長１．３１μｍでの利用に最適化されており、特に長波長側では損失が増大するなど、既存の光ファイバとの互換性に乏しく使用波長帯に制限があるといった課題があった。
　さらにレーザーアレイとの直接結合を考慮する場合、非特許文献４に示されるようにビーム径が十分小さいことが好ましい。しかし、特許文献１、２、非特許文献１、２、３に記載のマルチコア光ファイバはレーザーのビーム径に対してモードフィールド径が大きく、良好な結合特性を得るためにスポットサイズ変換器が必要となり、損失低減や高密度化において課題があった。
　そこで、本開示は、レーザーアレイやフォトディテクタアレイとの接続性に優れ、高密度なマルチコア光ファイバを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示は、
　断面内に直線状に配置されたＮ個（Ｎは２以上の正整数）のコア領域の群をＭ個（Ｍは１以上の正整数）と、
　前記複数のコア領域を取り囲み、屈折率が前記複数のコア領域よりも低いクラッド領域と、
　前記クラッド領域を取り囲む被覆領域と、
　を備えるマルチコア光ファイバであって、
　前記クラッド領域の中心で直交する２本の仮想線に対して、前記複数のコア領域がそれぞれ線対称に配置され、
　前記クラッド領域の直径が１８０μｍ以下であり、
　前記被覆領域の直径が２３５μｍ以上、２６５μｍ以下であることを特徴とするマルチコア光ファイバである。
　本開示によれば、レーザーアレイやフォトディテクタアレイとの接続性に優れ、高密度なマルチコア光ファイバを提供することができる。
マルチコア光ファイバの断面構造を表す模式図である。 マルチコア光ファイバの断面構造を表す模式図である。 マルチコア光ファイバのコア領域の屈折率分布を示す図である。 マルチコア光ファイバのコア領域の屈折率分布を示す図である。 マルチコア光ファイバのＭＦＤとコア領域の関係を示す図である。 マルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を示す図である。 マルチコア光ファイバのＭＦＤとコア領域の関係を示す図である。 マルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を示す図である。 マルチコア光ファイバのコア構造を説明する図である。 マルチコア光ファイバのクラッド厚と閉込め損失の関係を表す図である。 マルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を示す図である。 マルチコア光ファイバのコア領域の群の数Ｍに対する最小のクラッドの直径を示す図である。 マルチコア光ファイバの直線状に配置されたコアの数Ｎに対する最小のクラッドの直径を示す図である。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。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。
（実施形態１）
　本開示のマルチコア光ファイバの断面構造を表す模式図を図１Ａ及び図１Ｂに示す。図１Ａ、図１Ｂにおいて、１１はコア領域、１２はクラッド領域、１３は被覆領域である。
　図１Ａ、図１Ｂにおいて、マルチコア光ファイバは、コア領域１１、クラッド領域１２、被覆領域１３を備える。クラッド領域１２は、コア領域１１を取り囲み、屈折率がコア領域１１よりも低い。被覆領域１３は、クラッド領域１２を取り囲む。
　図１Ａにおいて、マルチコア光ファイバは、断面内に、クラッド領域の中心を通る直線上にＮ個（Ｎは２以上の正整数）のコア領域の群を１個備えている。図１Ｂはマルチコア光ファイバの断面内に直線状に配置されたＮ個のコア領域の群をＭ個（Ｍは１以上の正整数）備えている。図１Ａ、図１Ｂにおいて、２本の１点鎖線は、クラッド領域の中心で直交する２本の仮想線である。いずれの複数のコア領域も、２本の仮想線に対して線対称に配置されている。
　レーザーアレイやフォトディテクタアレイは直線状に配置され、又は、直線状のアレイが層状に配置される。図１Ａや図１Ｂのコア配置とすることで、本開示のマルチコア光ファイバをレーザーアレイやフォトディテクタアレイと直接接続することができる。
　被覆領域の直径は２３５μｍ以上、２６５μｍ以下であり、クラッドの直径は１８０μｍ以下である。被覆領域の直径を２３５μｍ以上、２６５μｍ以下とすることにより、既存の光ファイバと同じ規格となり、本開示のマルチコア光ファイバを既存の光ケーブルに適用することができる。また、クラッド領域の直径１２５μｍに対し、被覆領域の直径が１８０μｍ以上、２２０μｍ以下の光ファイバがあることを考慮すると、被覆の厚さは少なくとも２７．５μｍ以上あればよい。一方、本開示の光ファイバの被覆領域の直径の下限が２３５μｍであることを考慮すると、被覆の厚さを２７．５μｍ以上とするためには、クラッド領域の直径を１８０μｍ以下とすればよい。
　また、クラッド領域の直径が１２５±１μｍであれば、既存の光ファイバのクラッド領域の直径と同等となり、より好ましい。このとき被覆領域の直径は一般的な２３５μｍ以上、２６５μｍ以下に加え、上述のとおり１８０μｍ以上、２２０μｍ以下であってもよい。
　以上説明したように、本開示のマルチコア光ファイバは、レーザーアレイやフォトディテクタアレイとの接続性に優れ、高密度なマルチコア光ファイバを提供することができる。
（実施形態２）
　本開示のマルチコア光ファイバのコア領域の屈折率分布を図２Ａ、図２Ｂに示す。図２Ａはステップインデックス型の屈折率分布であり、半径ａ、比屈折率差Δの中心コアを有する。図２Ａに示すマルチコア光ファイバの構造は、光ファイバの製造性、安定性に優れる。図２Ｂはトレンチ型の屈折率分布であり、半径ａの中心コアの周囲に中心からａ１離れた位置に、幅ｄ、クラッド領域よりも比屈折率差Δｔ低いトレンチを有する。図２Ｂに示すマルチコア光ファイバの構造は、光の閉込め効果に優れ、マルチコア光ファイバにおけるＸＴ（ＣｒｏｓｓＴａｌｋ）低減や高密度なコア配置が可能となる。
　図２Ａ、図２Ｂに示すような、各コアの光学特性が既存の光ファイバと互換であれば、本開示のマルチコア光ファイバを従来の光ファイバと同じように配線することができる。
　本開示のマルチコア光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ：Ｍｏｄｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｄｉａｍｅｔｅｒ）とコア領域の関係を図３に示す。図３において、横軸は波長１．３１μｍにおけるＭＦＤであり、縦軸はクラッド厚（ＯＣＴ：Ｏｕｔｅｒ　Ｃｌａｄｄｉｎｇ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）、又は、コア領域の中心間距離（コア間隔Λ）である。ＯＣＴは、最もクラッド領域に近いコア領域の中心からクラッド領域までの最短距離をいう。ここで、各コアの屈折率分布はステップインデックス型とし、カットオフ波長が１．２６μｍ以下となるようにコア構造を設定している。実線は各ＭＦＤに対する、閉込め損失が波長１．６２５μｍで０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となるＯＣＴである。
　ＯＣＴが実線以上の値であれば、通信波長帯全域で過剰損失を十分抑制できる。破線および点線はＯＣＴの条件を満たすときのＮ＝４に対し、それぞれＭ＝１及びＭ＝２のコア配置をクラッド領域の直径１８０μｍ以下で実現するために必要なコア間隔である。汎用的なシングルモード光ファイバのＭＦＤが波長１．３１μｍで８．６μｍから９．２μｍであることから、シングルモード光ファイバとの接続性を考慮し、ＭＦＤを８．６μｍ以上とすると、図３より、Ｍ＝１に対して、コア領域の中心間距離が３６．２μｍ以下、Ｍ＝２に対してコア領域の中心間距離が３４．５μｍ以下である必要があることが分かる。
　本開示のマルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を図４に示す。図４において、横軸はコア領域の中心間距離（コア間隔Λ）、縦軸はＸＴを表す。ここで、コア構造はステップインデックス型とし、波長１．３１μｍにおいてＭＦＤを８．６μｍ、カットオフ波長１．２６μｍ以下とした。図の実線、破線、点線はそれぞれ波長１．６２５、１．５５、１．３１μｍである。
　図３よりコア領域の中心間距離を３６．２μｍ、３４．５μｍｍ以下とする場合、ＸＴは波長１．６２５μｍでそれぞれ－１１ｄＢ／ｋｍ以上、－６ｄＢ／ｋｍ以上となる。ＩＭ－ＤＤ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）方式で、－１５ｄＢ程度のＸＴが許容されることを考慮すると、フルバンドでＭ＝１、２に対してそれぞれ最大３００ｍ、１００ｍ程度の伝送距離に適用できることが分かる。ここで、図４に示したように１．６２５μｍより短波長側では、より低いＸＴが得られ、例えば、波長１．３１、１．５５μｍでは数ｋｍ以上の伝送距離でもＸＴの影響を無視できる。
　本開示のマルチコア光ファイバのＭＦＤとコア領域の関係を図５に示す。図５において、横軸は波長１．３１μｍにおけるＭＦＤであり、縦軸はクラッド厚（ＯＣＴ）、又は、コア領域の中心間距離（コア間隔Λ）である。ここで、各コアの屈折率分布はトレンチ型とし、カットオフ波長が１．２６μｍ以下となるようにコア構造を設定している。図２Ｂにおけるａ１／ａを２．５、ｄ／ａを１、Δｔを－０．７%とした。実線は各ＭＦＤに対する、閉込め損失が波長１．６２５μｍで０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となるクラッド厚（ＯＣＴ）である。
　ＯＣＴが実線以上の値であれば、通信波長帯全域で過剰損失を十分抑制できる。破線および点線はＯＣＴの条件を満たすときの、Ｎ＝４に対し、それぞれＭ＝１及びＭ＝２のコア配置をクラッド領域の直径１８０μｍ以下で実現するために必要なコア領域の中心間距離（コア間隔Λ）である。図５より、Ｍ＝１に対して、コア領域の中心間距離（コア間隔Λ）が３８．５μｍ以下、Ｍ＝２に対して、コア領域の中心間距離（コア間隔Λ）が３６．５μｍ以下である必要があることが分かる。
　本開示のマルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を図６に示す。図６において、横軸はコア領域の中心間距離（コア間隔Λ）、縦軸はＸＴを表す。ここでコア構造は、トレンチ型とし、波長１．３１μｍにおいてＭＦＤ８．６μｍ、カットオフ波長を１．２６μｍ以下とした。
　図５よりコア領域の中心間距離を３８．５μｍ以下、３６．５μｍ以下とする場合、ＸＴは波長１．６２５μｍで、それぞれ－４５ｄＢ／ｋｍ以上、－３９ｄＢ／ｋｍ以上となる。波長１．６２５μｍより短波長側では、より低いＸＴが得られることを考慮すると、トレンチ型を用いる場合、１０ｋｍ以上の伝送距離でもＸＴの影響が無視できる。
　以上説明したように、本開示のマルチコア光ファイバは、レーザーアレイやフォトディテクタアレイとの接続性に優れ、高密度なマルチコア光ファイバを提供することができる。また、本開示のマルチコア光ファイバを利用すると、低損失な光インターコネクションが実現できる。
（実施形態３）
　本開示のマルチコア光ファイバのコア構造を図７で説明する。図７において、横軸はコア半径ａ、縦軸はコアとクラッド領域の比屈折率差Δである。実施形態３に示す本開示のマルチコア光ファイバのコア領域の屈折率分布はステップインデックス型である。
　ボード内など数十ｃｍ程度の比較的短尺な光インターコネクションでは、レーザーアレイと配線用光ファイバとを直接接続し、配線することが想定される。非特許文献４によれば、光ファイバのＭＦＤが４μｍ程度、またはそれ以下であれば、レーザーアレイと高効率な結合が可能となる。
　図７において、実線は波長１．３１μｍでＭＦＤが４μｍとなるコア構造であり、実線より左上の領域で、ＭＦＤは４μｍ以下となる。破線はカットオフ波長が１．２６μｍとなるコア構造であり、破線より左下の領域で通信波長帯（波長１．２６μｍ以上、１．６２５μｍ以下）においてシングルモード動作が得られる。したがって、実線と破線で囲まれる左上の領域でＭＦＤを４μｍ以下にでき、かつ上記通信波長帯におけるシングルモード動作が得られる。詳細には図７の●印（黒丸印）で囲まれる多角形の内側の領域となる。
　つまり、コア構造を図７の実線及び破線で囲まれる図中左上の領域、特に、ａが１．９μｍ以下、Δが１．８％以上とすると、レーザーアレイとの結合効率を高めることができる。
　本開示のマルチコア光ファイバのクラッド厚と閉込め損失の関係を図８に表す。横軸はクラッド厚（ＯＣＴ）、縦軸は閉込め損失である。コア構造はＭＦＤが４μｍとなるａ＝１．９μｍ、Δ＝１．８％とし、波長は１．６２５μｍとした。図８より、ＯＣＴの増加に応じて閉込め損失が減少することがわかる。ここで閉込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下であれば、光ファイバ固有の損失に比べて十分小さいと考えられる。従って、図８よりＯＣＴが１８μｍ以上である必要がある。ここで閉込め損失は短波長ほど小さくなるため、上記の条件により全通信波長帯で低い閉込め損失が得られる。また、ＭＦＤが小さいほど、閉込め損失が小さくなるため、ＯＣＴを１８μｍ以上とすることで、ＭＦＤが４μｍ未満のとき、図８と同等以下の閉込め損失が得られる。
　本開示のマルチコア光ファイバのコア間隔とＸＴの関係を図９に示す。図９において、横軸はコア領域の中心間距離（コア間隔Λ）、縦軸はＸＴを表す。コア構造および波長は図８と同様とした。
　ＸＴはコア間隔の拡大によって線形に減少する。ここで本開示の光ファイバを用いた光インターコネクションの伝送距離は、ボード内で数十ｃｍ程度を想定すると、ＸＴは－３０ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましく、図９よりコア間隔は約１６μｍ以上であることが必要となる。ここでＸＴは短波長ほど減少するため、通信波長帯ではより小さいＸＴが要求される。また、ＭＦＤが小さいほど、コア間の干渉が小さくなりＸＴも小さくなるため、コア間隔を１６μｍ以上とすれば、ＭＦＤが４μｍ以下のとき、図９と同等以下のＸＴ特性が得られる。また、コア間隔を２０μｍ以上とすれば、１ｋｍ以下でもＸＴの影響を無視できる。
　本開示のマルチコア光ファイバのコア領域の群の数Ｍに対する最小のクラッド領域の直径を図１０に示す。図８および図９より、ＯＣＴとコア間隔Λをそれぞれ１８μｍ、２０μｍとした。ここで、コア間隔Λ、ＯＣＴとクラッド領域の直径Ｄは、図１Ａ、図１Ｂのコア領域の数Ｎとコア領域の群の数Ｍに対して、以下の関係となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　Ｎ及びＭを任意の数としたとき、ＯＣＴ及びΛをそれぞれ１８μｍ、２０μｍ以上の範囲で、Ｄが１８０μｍ以下である必要がある。なお、Ｄが１２５±１μｍであれば、既存の光ファイバと同じクラッド領域の直径となり、より好ましい。ここで図１０ではＮ＝４とした。このときＭは７以下でクラッド領域の直径が１８０μｍ以下となることがわかる。さらにＭが４以下であれば、クラッド領域の直径１２５μｍでＮ＝４のコア領域を配置できることが分かる。
　本開示のマルチコア光ファイバの直線状に配置されたコアの数Ｎに対する最小のクラッド領域の直径を図１１に示す。図１１において、横軸は、直線状に配置されたコアの数Ｎであり、縦軸は最小となる必要クラッド領域の直径である。
　図１１において、ＯＣＴとコア間隔Λは図１０と同様とし、Ｍ＝１とした。図１１より、Ｍ＝１のとき、Ｄが１８０μｍ以下で、最大８個のコアが直線上に配置できることが分かる。また、Ｄが１２５μｍの場合、最大５個のコアを直線上に配置できることが分かる。
　以上説明したように、本開示のマルチコア光ファイバは、レーザーアレイやフォトディテクタアレイとの接続性に優れ、高密度なマルチコア光ファイバを提供することができる。また、本開示のマルチコア光ファイバを利用すると、低損失な光インターコネクションが実現できる。
　本開示は情報通信産業に適用することができる。
１１：コア領域
１２：クラッド領域
１３：被覆領域

Claims (8)

  1. 　断面内に直線状に配置されたＮ個（Ｎは２以上の正整数）のコア領域の群をＭ個（Ｍは１以上の正整数）と、
    　前記複数のコア領域を取り囲み、屈折率が前記複数のコア領域よりも低いクラッド領域と、
    　前記クラッド領域を取り囲む被覆領域と、
    　を備えるマルチコア光ファイバであって、
    　前記クラッド領域の中心で直交する２本の仮想線に対して、前記複数のコア領域がそれぞれ線対称に配置され、
    　前記クラッド領域の直径が１８０μｍ以下であり、
    　前記被覆領域の直径が２３５μｍ以上、２６５μｍ以下であることを特徴とするマルチコア光ファイバ。
  2. 　前記複数のコア領域の屈折率分布がステップインデックス型であり、
    　前記Ｎが４、かつ前記Ｍが１であり、
    　前記複数のコア領域の中心間距離が３６．２μm以下であり、
    　波長１．３１μmにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上、９．２μm以下であり、
    　カットオフ波長が１．２６μm以下、
    であることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ。
  3. 　前記複数のコア領域の屈折率分布がステップインデックス型であり、
    　前記Ｎが４、かつ前記Ｍが２であり、
    　前記複数のコア領域の中心間距離が３４．５μm以下であり、
    　波長１．３１μmにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上、９．２μm以下であり、
    　カットオフ波長が１．２６μm以下、
    であることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ。
  4. 　前記複数のコア領域の屈折率分布がトレンチ型であり、
    　前記Ｎが４、かつ前記Ｍが１であり、
    　前記複数のコア領域の中心間距離が３８．５μm以下であり、
    　波長１．３１μmにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上、９．２μm以下であり、
    　カットオフ波長が１．２６μm以下、
    であることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ。
  5. 　前記複数のコア領域の屈折率分布がトレンチ型であり、
    　前記Ｎが４、かつ前記Ｍが２であり、
    　前記複数のコア領域の中心間距離が３６．５μm以下であり、
    　波長１．３１μmにおけるモードフィールド径が８．６μｍ以上、９．２μm以下であり、
    　カットオフ波長が１．２６μm以下、
    であることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ。
  6. 　前記複数のコア領域の屈折率分布がステップインデックス型であり、
    　前記複数のコア領域のコア半径が１．９μm以下、かつ前記複数のコア領域の前記クラッド領域に対する比屈折率差が１．８％以上であり、
    　前記複数のコア領域の中で前記クラッド領域の端に最も近いコア領域の中心から前記クラッド領域の端までの最短距離（ＯＣＴ）が１８μm以上であり、
    　前記複数のコア領域の中心間距離（Λ）が１６μm以上であり、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     であることを特徴とする、請求項1に記載の光ファイバ。
  7. 　前記Ｎが４、かつ前記Ｍが７以下であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
  8. 　前記Ｍが１、かつ前記Ｎが８以下であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
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