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JP2022542439A - 応力によって誘発される複屈折を伴う高楕円率コアファイバの偏光維持 - Google Patents

応力によって誘発される複屈折を伴う高楕円率コアファイバの偏光維持 Download PDF

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JP2022542439A JP2022506412A JP2022506412A JP2022542439A JP 2022542439 A JP2022542439 A JP 2022542439A JP 2022506412 A JP2022506412 A JP 2022506412A JP 2022506412 A JP2022506412 A JP 2022506412A JP 2022542439 A JP2022542439 A JP 2022542439A
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Abstract

光ファイバは、楕円の断面を有するコアと、円形の断面を有するクラッドとを含む。コアは２～４０の楕円率を有する。コア及びクラッドは共通の中心軸線を有しており、コアはクラッドによって囲まれている。クラッドの屈折率とコアの屈折率との差が、１×１０－２～１．５×１０－１の間である。トレンチが、コアとクラッドの間に位置している。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。

Description

関連出願への相互参照
本願は、２０２０年７月３０日に出願された、“POLARIZATION-MAINTAINING HIGHLY ELLIPTICAL CORE FIBER WITH
STRESS-INDUCED BIREFRINGENCE”という表題の米国特許出願第１６／９４３，７１３号、及び２０１９年７月３１日に出願された、“POLARIZATION-MAINTAINING HIGHLY ELLIPTICAL CORE FIBER WITH
STRESS-INDUCED BIREFRINGENCE”に対して優先権の利益を主張するものであり、これら両文献は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、光ファイバ通信の分野、特に楕円コアの光ファイバに関する。
インターネットトラフィック及びクラウドコンピューティングの需要によって、現在の光通信インフラストラクチャに高い需要が課されている。特に、データセンタで見受けられるような短距離の相互接続には、高帯域幅のリンクが必要である。少数モードファイバ（ＦＭＦ）を介したモード分割多重化（ＭＤＭ）は、これらのデータトラフィックの需要を満たすための有望なアプローチである。ＭＤＭシステムでは、空間モード同士の間のクロストークは、信号品質に対する最も重大な障害のうちの１つである。
現在のＭＤＭシステムでは、チャネルクロストークを補償し、受信機側で情報データを受け取るために、多入力多出力（ＭＩＭＯ）デジタル信号処理（ＤＳＰ）が一般に必要とされる。この完全ＭＩＭＯアプローチの欠点は、その複雑さである。モード間群遅延差（differential modal group delay）を最小化することによって複雑さをある程度軽減することができるが、それでも大量の計算リソース及び消費電力が必要になる。
ＤＳＰの複雑さを軽減するために、ＦＭＦにおける様々な設計的戦略が提案されている。１つのアプローチは、ＭＩＭＯ ＤＳＰ構成要素の複雑さを軽減するために、空間モード同士の間の実効屈折率差δｎｅｆｆを増やすことである。
部分的ＭＩＭＯ－ＤＳＰアプローチは、システムの複雑さを軽減し得るが、依然としてＭＩＭＯフリーの設計にすることが望ましい。これを実現するために、いくつかのソリューションでは、楕円リングコアファイバ（ＥＲＣＦ）、ＰＡＮＤＡリングコアファイバ、又は内部エアホールのあるＥＲＣＦを使用して、空間モードの偏波縮退（polarization degeneracy）を低減する偏波保持（ＰＭ： polarization－maintaining）ＦＭＦ設計を提案している。これらのファイバ設計は、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率差を高めることを目的としている。しかしながら、これらのソリューションには、モードの数が制限されるという欠点に悩まされる。
従って、従来技術の１つ又は複数の制限を受けない光ファイバが必要である。
この背景情報は、出願人が本発明に関連する可能性があると信じる情報を明らかにするために提供される。前述した情報のいずれかが本発明に対する先行技術を構成することを必ずしも認めることを意図しておらず、またそのように解釈すべきではない。
本発明の実施形態の目的は、ＭＤＭ通信システムで使用するための改良した光ファイバを提供することである。
本開示の一態様は、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む光ファイバを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、クラッドがコアを囲んでいる。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、クラッドの屈折率とコアの屈折率との差が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチを有する光ファイバを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアのそれぞれが２つの直交する直線偏光を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアが、１×１０－４より大きい、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率分離を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、実効屈折率分離が、光ファイバの製造中に誘発される熱応力及びコアの楕円の形状によって引き起こされる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされている光ファイバを含む。
本開示の一態様は、入力信号及び第１のポンプ光源からの出力を受け取る第１のＷＤＭ（波長分割多重）カプラを含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）を含む。光ファイバが、第１のＷＤＭカプラからの出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。ＯＦＡは、光ファイバの出力及び第２のポンプ光源の出力を受け取る第２のＷＤＭカプラも含む。第２のＷＤＭカプラは、増幅した光信号を出力する。
本開示の一態様は、コア及びクラッドが共通の中心軸線を有するＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされているＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバがコアとクラッドとの間に位置するトレンチを含むＯＦＡを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能なり、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になるＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバを製造するための方法を含む。この方法は、内側コア及び外側クラッドを含む断面を有する円柱形のプリフォームを準備するステップであって、内側コアは円形プロファイルを有する、準備するステップと；円柱形のプリフォームの長さに沿って円柱形のプリフォームの２つの対向する側面を切り取って、切り取られたプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面を有する切り取られたプリフォームを生成するステップと；切り取られたプリフォームが円形プロファイルになり、切り取られたプリフォームの内側コアが楕円プロファイルになるまで、切り取られたプリフォームを加熱するステップと；切り取られたプリフォームを引っ張って、楕円プロファイルを含むコアを有する光ファイバを形成するステップであって、コアは、２～４０の楕円率を有しており、クラッドは、円形の断面を有しており、コアはクラッドによって囲まれる、形成するステップと；を含む。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分を含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在し、コアをクラッドから分離させる。
本開示の一態様は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して製造される円柱形のプリフォームを含む。
本開示の別の態様では、プリフォームは、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分をさらに含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在し、コアをクラッドから分離させる。
本開示の別の態様では、楕円プロファイルは、加熱中の表面張力及び材料の流れによって形成される。
実施形態について、それら実施形態を実施することができる本発明の態様と併せて上で説明してきた。当業者は、実施形態が、説明している態様と併せて実施され得るが、その態様の他の実施形態と一緒に実施してもよいことを理解するだろう。実施形態が互いに排他的である場合、又はそうでなければ互いに互換性がない場合に、それは当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態は、１つの態様に関連して説明し得るが、当業者に明らかであるように、他の態様にも適用可能であり得る。
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面と組み合わせて考慮する際に、以下の詳細な説明から明らかになろう。
一実施形態による光ファイバの断面図である。 一実施形態による、光ファイバのｘ軸に沿った屈折率プロファイルを示す図である。 光ファイバの断面図と、ファイバ延伸プロセス中にコア／クラッド境界の法線方向に沿ってコア内に誘発される圧縮熱応力とを示す図である。 別の実施形態による光ファイバの断面図である。 一実施形態による、光ファイバのｘ軸に沿った屈折率プロファイルを示す図である。 ＷＤＭとＭＤＭとを組み合わせた光通信システムを示す図である。 一実施形態による、光ファイバへのデータのモード多重化を示す図である。 一実施形態による、光ファイバへのデータのモード逆多重化を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用する光ファイバ増幅器を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用する光ファイバ感知機器を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭ送信機を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭ受信機を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭトランシーバを示す図である。 一実施形態による、ＨＥＣＦを製造する方法を示す図である。 一実施形態による、ＨＥＣＦを製造する方法のフローチャートである。 添付の図面全体を通して、同様の特徴が同様の参照符号によって特定されることに留意されたい。
本発明の実施形態は、偏波保持性の高楕円コアファイバ（ＨＥＣＦ：highly elliptical core fiber）を含む。高楕円のコア形状と、ファイバ製造中に誘発される熱応力とを組み合わせることにより、複屈折の値が１×１０－４より高くなり、モード結合が減少し、次に、このファイバがＭＩＭＯフリーＭＤＭ伝送システムでの使用に適したものになる。
図１は、本発明の第１の実施形態による、高楕円（高度に楕円の）コアファイバ（ＨＥＣＦ）１００の断面図を示している。光ファイバは、典型的に、業界標準である直径１２５μｍ（マイクロメートル）のクラッド１０２を含む。トレンチ１０６によって囲まれた中実のコア１０４が、ファイバの中心にある。図１に示していないが、殆どの実施形態において、クラッドは、当技術分野で知られているように、バッファ（buffer：緩衝層）によりさらに囲まれており、次にジャケットによって覆われる。
コア１０４の断面プロファイルは、楕円の形状である。コアの断面１０４は、ｘ軸１１０及びｙ軸１０８を有する。一実施形態では、コア１０４は、ｘ軸１１０に沿って３８．５μｍ２０２及びｙ軸１０８に沿って６．１μｍのおよその断面寸法を有する。短いｙ軸１０８に沿った寸法は、シングルモード動作、ＴＥｍ，ｎ／ＴＭｍ，ｎモードの場合はｎ＝１を可能にするように選択される。ｘ軸１１０の寸法は、複数の空間モードがｘ軸１１０の一次元アレイに分散されるのを可能にするように選択される。他の実施形態では、コアの楕円率ηは、ｙ方向の断面長に対するｘ方向の断面長の比として規定され、２～４０の間である。当業者は、ｘ軸１１０が楕円コアの主軸とも呼ばれ得る一方、ｙ軸１０８が楕円コアの短軸と呼ばれ得ることを理解するだろう。主軸がもはや水平でなくなるようにファイバを回転させても、Ｘ軸及びＹ軸の位置合わせが変わるとは見なされない。当業者は、楕円率ηが、ｙ軸１０８に沿ったコアの幅に対するｘ軸１１０に沿ったコアの幅の比として考えられ得ることも理解するだろう。
コア１０４は、ｘ軸１１０の長さがｙ軸の長さよりも長く、従って、ｘ軸１１０が楕円の主軸を形成し、ｙ軸１０８が楕円の短軸を形成するように、楕円シリンダ（cylinder：円柱）と考えることができる。ｘ軸１１０及びｙ軸１０８は直角に交差し、ｘ軸１１０及びｙ軸１０８の交点は、楕円の断面の中心を規定する。コア１０４は、コア１０４の各楕円の断面の中心を通って延びる、長手方向軸線としても知られる中心軸線を有する楕円シリンダの形状を有する。クラッド１０２は、中心を含む円形の断面を有すると見ることができ、中心軸線がクラッド１０２の各円形の断面の中心を通って延びる円筒形を有する。コア１０４及びクラッド１０２は、コア１０４がクラッド１０２内で中心となるように、共通の中心軸線を有する。従って、ＨＥＣＦは、クラッド１０２及びコア１０４が共通の中心軸線を共有するように形成される。
光ファイバは、主にＳｉＯ２から構成されるシリカガラス材料を使用して製造され、クラッド１０２は、実質的に純粋なシリカガラス材料から構成される。コア１０４は、ＳｉＯ２材料にＧｅＯ２をドープすることによって製造される。いくつかの実施形態では、コア１０４は、７．３モル％のＧｅＯ２がドープされたＳｉＯ２から構成される。
トレンチ１０６は、コア１０４を取り囲み、いくつかの実施形態では、約４．７μｍの幅２０６である。トレンチは、Ｆ、フッ素がドープされたＳｉＯ２で作製される。いくつかの実施形態では、トレンチは２モル％のＦでドープされる。ＨＥＣＦが経験する曲げ損失は、楕円率が増加するにつれて増加するが、トレンチは、光ファイバの高次モードの曲げ損失を低減するのに役立つ。
図２は、光ファイバ１００のｘ軸１１０に沿った屈折率プロファイルを示している。コア１０４、トレンチ１０６、及びクラッド１０２は、それぞれの材料によって決定される異なる屈折率を有する。一実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差、Δｎ２０４は、約１．１×１０－２である。実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差は、１×１０－２＜＝Δｎ＜＝１．５×１０－１の範囲内にある。一実施形態では、トレンチ１０６とクラッド１０２との間の屈折率の差、－Δｎｔｒｅｎｃｈ２０８は、約５．７×１０－３である。
高楕円コアの幾何学的形状は、光ファイバに幾何学的形状によって増強された複屈折をもたらす。この複屈折の原因は、コアの幾何学的構造に関連しており、コアの楕円率が高いほど、複屈折の値が高くなる。
図３を参照すると、光ファイバの製造中に、不定の圧縮熱応力３０２が、主にｙ軸１０８方向に沿ってコア１０４に誘発される。ファイバ延伸及びアニール（annealing：熱処理）プロセス中に、コア１０４及びクラッド層１０２の異なる熱膨張係数のためにファイバに応力がかかる。異なる量の応力が、そのコア構造の非対称性によって、長いｘ軸１１０及び短いｙ軸１０８に沿って加えられる。この応力の増加に伴い、等方性ガラスは異方性になり始め、その結果、主応力、ｘ及びｙ応力方向に沿って屈折率が変化する。熱応力は、同じ空間モードの２つの偏光の間の実効屈折率差（δｎｅｆｆ）を増加させる効果がある。
本発明の一実施形態による光ファイバは、１０個のＭＤＭチャネルを得るために、２倍の偏波縮退を伴う５つの空間モードグループに関するデータを送信することができる。サポートされるモードは、偏光状態に応じて（それぞれ、ｘ軸又はｙ軸に沿って）ＴＥ１ｎ及びＴＭ１ｎとラベル付けされる。特に、下付き文字「１」は短軸（ｙ軸）に沿ったシングルモード動作を示す一方、「ｎ」は長軸（ｘ軸）に沿ったモードプロファイルの暗線の数を示す整数である。
製造中に生成される熱応力と組み合わされたコアの楕円の形状は、比較的大きな複屈折を生成するので、モード間実効屈折率分離δｎｅｆｆは１×１０－４よりも大きくなる。これにより、ＨＥＣＦ内のモード結合が減少するので、ファイバモードが約１ｋｍ（キロメートル）のファイバ長まで大きなクロストークなしに伝搬できるようになる。これにより、ＭＩＭＯ ＤＳＰを必要としない伝送システムを設計することができる。
いくつかの実施形態では、光学活性（optical active：旋光性）ファイバを生成するために、コアに、エルビウム及び／又はイッテルビウム等の希土類イオンをドープすることができる。
図４は、代替構造を有する別の実施形態による光ファイバ４００を示している。図１に示される実施形態と比較して、この実施形態は、クラッド１０２及びコア１０４を含むが、コアとクラッドとの間のトレンチ１０６を欠いている。トレンチ１０６は、ファイバ内の高次モードの曲げ損失を低減するのに役立つ。しかしながら、いくつかの実施形態では、屈折率差２０４、Δｎを約１．５×１０－１に増加させることによって、曲げ損失を低減することもできる。
図５は、光ファイバ４００のｘ軸１１０に沿った屈折率プロファイルを示している。コア１０４及びクラッド１０２は、それぞれの材料によって決定される異なる屈折率を有する。一実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差、Δｎ２０４は、約１．１×１０－２である。
図６は、本発明の実施形態を組み込んだシステムを示している。本発明は、ＭＩＭＯフリーのモード分割多重化システムで使用することができる。ＷＤＭ送信機６０２からの出力は、ＷＤＭカプラ６０４に入力され、単一の出力ファイバ内に多重化される。次に、ＷＤＭカプラ６０４からの各出力は、モードマルチプレクサ６０６によって多重化され、ＨＥＣＦ６０８で対応するモードに変換される。ＨＥＣＦ６０８を通した伝送後に、ファイバモードはモードデマルチプレクサ６１０によって受信及び分離され、続いて複数のＷＤＭカプラ６１２によって波長チャネルが分離され、最終的に受信機６１４によって検出される。ファイバ内部のモード同士の間のクロストークが低いため、ＭＩＭＯ ＤＳＰは必要ない。
図７は、ＨＥＣＦ７０２を利用するモード分割マルチプレクサの実施形態を示している。異なるモードＴＥ１１、ＴＥ１２、・・・、ＴＥ１ｎの光入力は、溶融ファイバモードカプラ７０４を使用してＨＥＣＦ７０２に多重化され得る。
図８は、ＨＥＣＦ８０２を利用するモード分割デマルチプレクサの実施形態を示している。溶融ファイバモードカプラ８０４は、ＴＥ１１、ＴＥ１２、・・・、ＴＥ１ｎから信号を受け取るために、所定のモードの光を通過させて光ファイバ８０６に出力する。
図９は、一実施形態によるＨＥＣＦ９０２を含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）９００を示している。ＨＥＣＦ９０２は、エルビウム等の希土類イオンがドープされ、２つのＷＤＭカプラ９０４を接続するコアを有する。各ＷＤＭカプラは、ポンプダイオード９０８の出力を受け取る。入力９０６の光パワーは、ＯＦＡとファイバ９１０の出力とによって増幅される。
図１０は、別の実施形態による感知システム１０００を示している。ＨＥＣＦ１００２は、感知素子１００４を通過する。信号源及びデータ取得モジュールは、デバイス１００６内で同じ場所に配置される。いくつかの実施形態では、感知素子１００４は、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）である。光信号源１００６からの光が感知素子１００４を通過するときに、所定のファイバモードの光は、信号源に逆反射され、データ取得モジュール１００６によって受け取られる。
図１１は、統合したモード分割多重化モジュールを含む光送信機１１００を示している。送信機は、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。送信機１１００は、それ自体でパッケージ化されるか、又は受信機と統合してトランシーバを形成することができる。いくつかの実施形態では、ダイオード又はレーザであり得る光源１１０２は、連続的な波長又はモードで出力する。データは、変調器１１０４によって光源１１０２に適用され、次に、変調器１１０４は、ＨＥＣＦ１１０８上で送信される他の変調された光源と多重化される。いくつかの実施形態では、光源及び変調器は、一緒に統合され得る。
図１２は、統合したモード分割逆多重化モジュールを含む光受信機１２００を示している。受信機は、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。受信機１１００は、それ自体でパッケージ化されるか、又は送信機１１００と統合してトランシーバを形成することができる。モード多重化データは、ＨＥＣＦ１１０８から受信され、モードデマルチプレクサ１２０６においてそのモードに分割される。次に、各モードの光は、ＰＩＮダイオード又はＡＰＤであり得る光検出器１２０２で受信される。
図１３は、統合したモード分割マルチプレクサ／デマルチプレクサモジュールを含む光トランシーバ１３００を示している。トランシーバは、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。トランシーバ１３００は、送信機１１００及び受信機１２００の機能を組み合わせる。いくつかの実施形態では、ダイオード又はレーザであり得る光源１１０２は、連続的な波長又はモードで出力する。データは、変調器１１０４によって光源１１０２に適用され、サーキュレータ１３１２を通過し、次にＨＥＣＦ１１０８上で送信される他の変調された光源と多重化される。いくつかの実施形態では、光源及び変調器は一緒に統合され得る。受け取った光は、モードＭＵＸ／ＤｅＭＵＸ１３１０を通過してサーキュレータ１３１２に入り、サーキュレータ１３１２は、データを受け取るために、受け取った逆多重化した光を、ＰＩＮダイオード又はＡＰＤであり得る光検出器１２０２に送る。
図１４に示されるように、ＨＥＣＦ１４００は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して調製されたプリフォームから製造され得る。プリフォームは円柱形であり、同軸の内側コア１０４及び外側クラッド１０２を含む。内側コア１０４は、円形の断面を有する。対向する長手方向の側面１４０２、１４０４は、プリフォームから切り取られて、２つの対向する平坦な平行な側面１４０６１４０８をもたらす。次に、切り取られたプリフォームは、表面張力及び材料の流れのために平坦な表面が消えるように加熱される。その結果、円形コア１０４は、加熱プロセス中に楕円になる。楕円のコアを含む切り取られたプリフォームを引っ張って光ファイバを形成する。得られた光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコア１０４と、円形の断面を有するクラッド１０２とを含む。コア１０４及びクラッド１０２は、コア１０４がクラッド１０２によって囲まれた状態で共通の中心軸線を有する。プリフォームは、ＭＣＶＤによって製造されたので、コアを取り囲むトレンチ１０６を含むことができた。
当業者は、必ずしも互いに整列しているわけではないが（例えば、長手方向の側面を形成せずに）、全体として、加熱によって誘発された再形成の結果として上記の楕円のコアで生じる複数の切り取りを行うことが可能であり得ることを理解するだろう。
図１５は、図１４に示されるようなＨＥＣＦを製造する方法１５００を示すフローチャートである。ステップ１５０２において、内側コア１０４及び外側クラッド１０２を有する円柱形のプリフォームが形成される。内側コア１０４は、円形の断面プロファイルを有する。円柱形のプリフォームは、ＭＣＶＤプロセスを使用して形成することができる。ステップ１５０４において、円柱形のプリフォームの２つの対向する側面１４０２、１４０４は、円柱形のプリフォームの長さに沿って切り取られ、円柱形のプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面１４０６１４０８を有する切り取られたプリフォームを生成する。様々な実施形態では、プリフォームの切り取りは、内側コア１０４の切り取りを回避する方法で行われる。ステップ１５０６において、切り取られたプリフォームは加熱される。加熱によって軟化する切り取られたプリフォームの外面の表面張力により、プリフォームの外面が再び円形になるまで切り取られたプリフォームを変形させることができる。表面張力はプリフォーム全体に歪みを引き起こすため、切り取られたプリフォームが外側の円形プロファイルをとるときに、内側コア１０４が歪んで、コア１０４のプロファイルが楕円になる。前述したように、この一般的に楕円のコアは、２～４０の間の楕円率を有する。楕円のコアを囲んだ（又は包んだ）後の外側のクラッドは、略円形の断面を有する。ステップ１５０８において、切り取られ加熱されたプリフォームを引っ張って、光ファイバが形成される。いくつかの実施形態では、コア１０４及びクラッド１０２は、一般に同軸であり、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む光ファイバを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、クラッドの屈折率とコアの屈折率との差が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチを有する光ファイバを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアのそれぞれが２つの直交する直線偏光を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアが、１×１０－４より大きい、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率分離を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、実効屈折率分離が、光ファイバの製造中に誘発される熱応力及びコアの楕円の形状によって引き起こされる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされている光ファイバを含む。
本開示の一態様は、入力信号及び第１のポンプ光源からの出力を受け取る第１のＷＤＲＤカプラを含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）を含む。光ファイバは、第１のＷＤＭカプラからの出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。ＯＦＡは、光ファイバの出力と第２のポンプ光源の出力とを受け取る第２のＷＤＭカプラも含む。第２のＷＤＭカプラは、増幅した光信号を出力する。
本開示の一態様は、コア及びクラッドが共通の中心軸線を有するＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされているＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバがコアとクラッドとの間に位置するトレンチを含むＯＦＡを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能なり、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になるＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光モードの光透過を検出する光センサを含む。光センサは、光ファイバに沿って配置された複数の感知素子を含む。光ファイバは、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドを含む。コアはクラッドによって囲まれている。光ファイバは、複数のベクトルモードを含む入力信号を受け取る。複数の感知素子のそれぞれは、複数のベクトルモードのうちの１つを反射する。データ取得モジュールは、複数の感知素子のうちの１つによって反射された複数のベクトルモードのうちの１つを受け取る。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、光送信機モジュールを含む。モジュールは、複数の光源を含む。複数の光源のそれぞれは、複数のベクトルモードのうちの１つで一定の光信号を出力する。複数の光変調器は、一定の光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号を出力する。モードマルチプレクサは、変調した光信号のそれぞれを受信して、モード多重化光出力を生成する。光ファイバは、モード多重化光出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、コアは、クラッドによって囲まれている。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、光ファイバを含む光受信機モジュールを含む。光ファイバは、モード多重化光信号を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバはクラッドも含む。コアはクラッドによって囲まれている。光受信機モジュールはまた、光ファイバからモード多重化光信号を受信し、複数の変調した光信号を出力するモードデマルチプレクサを含む。複数の変調した光信号のそれぞれには、複数のベクトルモードのうちの１つでの光が含まれる。複数の光検出器はそれぞれ、複数の変調した光信号のうちの１つを受け取る。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、送信経路及び受信経路を含む光トランシーバを含む。送信経路は、複数のベクトルモードのうちの１つで一定の光信号を出力する複数の光源を含む。複数の光変調器は、一定の光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号を出力する。複数のサーキュレータは、変調した光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号のうちの１つを出力する。モードマルチプレクサは、複数のサーキュレータから変調した光信号のそれぞれを受信して、モード多重化光出力を生成する。光ファイバは、モード多重化光出力を受け取る。光ファイバは、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、コアはクラッドによって囲まれている。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは共通の中心軸線を有する。
受信経路には、光ファイバからモード多重化光信号を受信し、受信した複数の変調光信号を出力するモードデマルチプレクサが含まれる。受信した複数の変調光信号のそれぞれには、複数のベクトルモードのうちの１つでの光が含まれる。複数の光検出器はそれぞれ、複数のサーキュレータを介して、受信した複数の変調光信号のうちの１つを受け取る。
本開示の一態様は、光ファイバを製造するための方法を含む。この方法は、内側コア及び外側クラッドを含む断面を有する円柱形のプリフォームを準備するステップであって、内側コアは円形プロファイルを有する、準備するステップと；円柱形のプリフォームの長さに沿って円柱形のプリフォームの２つの対向する側面を切り取って、切り取られたプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面を有する切り取られたプリフォームを生成するステップと；切り取られたプリフォームが円形プロファイルになり、切り取られたプリフォームの内側コアが楕円プロファイルになるまで、切り取られたプリフォームを加熱するステップと；切り取られたプリフォームを引っ張って、楕円プロファイルを含むコアを有する光ファイバを形成するステップであって、コアは２～４０の楕円率を有しており、クラッドは円形の断面を有しており、コアはクラッドによって囲まれている、形成するステップと；を含む。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分を含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在しており、コアをクラッドから分離させる。
本開示の一態様は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して製造される円柱形のプリフォームを含む。
本開示の別の態様では、プリフォームは、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分をさらに含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在しており、コアをクラッドから分離させる。
本開示の別の態様では、楕円プロファイルは、加熱中の表面張力及び材料の流れによって形成される。
別段の規定がない限り、本明細書で使用される全ての技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
本発明について、その特定の特徴及び実施形態を参照して説明してきたが、本発明から逸脱することなく、様々な修正及び組合せを行うことができることは明らかである。従って、明細書及び図面は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の例示として単に見なすべきであり、本発明の範囲内にある全ての修正、変形、組合せ、又は同等物を網羅すると考えられる。
本発明は、光ファイバ通信の分野、特に楕円コアの光ファイバに関する。
インターネットトラフィック及びクラウドコンピューティングの需要によって、現在の光通信インフラストラクチャに高い需要が課されている。特に、データセンタで見受けられるような短距離の相互接続には、高帯域幅のリンクが必要である。少数モードファイバ（ＦＭＦ）を介したモード分割多重化（ＭＤＭ）は、これらのデータトラフィックの需要を満たすための有望なアプローチである。ＭＤＭシステムでは、空間モード同士の間のクロストークは、信号品質に対する最も重大な障害のうちの１つである。
現在のＭＤＭシステムでは、チャネルクロストークを補償し、受信機側で情報データを受け取るために、多入力多出力（ＭＩＭＯ）デジタル信号処理（ＤＳＰ）が一般に必要とされる。この完全ＭＩＭＯアプローチの欠点は、その複雑さである。モード間群遅延差（differential modal group delay）を最小化することによって複雑さをある程度軽減することができるが、それでも大量の計算リソース及び消費電力が必要になる。
ＤＳＰの複雑さを軽減するために、ＦＭＦにおける様々な設計的戦略が提案されている。１つのアプローチは、ＭＩＭＯ ＤＳＰ構成要素の複雑さを軽減するために、空間モード同士の間の実効屈折率差δｎｅｆｆを増やすことである。
部分的ＭＩＭＯ－ＤＳＰアプローチは、システムの複雑さを軽減し得るが、依然としてＭＩＭＯフリーの設計にすることが望ましい。これを実現するために、いくつかのソリューションでは、楕円リングコアファイバ（ＥＲＣＦ）、ＰＡＮＤＡリングコアファイバ、又は内部エアホールのあるＥＲＣＦを使用して、空間モードの偏波縮退（polarization degeneracy）を低減する偏波保持（ＰＭ： polarization-maintaining）ＦＭＦ設計を提案している。これらのファイバ設計は、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率差を高めることを目的としている。しかしながら、これらのソリューションには、モードの数が制限されるという欠点に悩まされる。
従って、従来技術の１つ又は複数の制限を受けない光ファイバが必要である。
この背景情報は、出願人が本発明に関連する可能性があると信じる情報を明らかにするために提供される。前述した情報のいずれかが本発明に対する先行技術を構成することを必ずしも認めることを意図しておらず、またそのように解釈すべきではない。
本発明の実施形態の目的は、ＭＤＭ通信システムで使用するための改良した光ファイバを提供することである。
本開示の一態様は、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む光ファイバを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、クラッドがコアを囲んでいる。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、クラッドの屈折率とコアの屈折率との差が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチを有する光ファイバを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアのそれぞれが２つの直交する直線偏光を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアが、１×１０－４より大きい、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率分離を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、実効屈折率分離が、光ファイバの製造中に誘発される熱応力及びコアの楕円の形状によって引き起こされる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされている光ファイバを含む。
本開示の一態様は、入力信号及び第１のポンプ光源からの出力を受け取る第１のＷＤＭ（波長分割多重）カプラを含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）を含む。光ファイバが、第１のＷＤＭカプラからの出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。ＯＦＡは、光ファイバの出力及び第２のポンプ光源の出力を受け取る第２のＷＤＭカプラも含む。第２のＷＤＭカプラは、増幅した光信号を出力する。
本開示の一態様は、コア及びクラッドが共通の中心軸線を有するＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされているＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバがコアとクラッドとの間に位置するトレンチを含むＯＦＡを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能なり、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になるＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバを製造するための方法を含む。この方法は、内側コア及び外側クラッドを含む断面を有する円柱形のプリフォームを準備するステップであって、内側コアは円形プロファイルを有する、準備するステップと；円柱形のプリフォームの長さに沿って円柱形のプリフォームの２つの対向する側面を切り取って、切り取られたプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面を有する切り取られたプリフォームを生成するステップと；切り取られたプリフォームが円形プロファイルになり、切り取られたプリフォームの内側コアが楕円プロファイルになるまで、切り取られたプリフォームを加熱するステップと；切り取られたプリフォームを引っ張って、楕円プロファイルを含むコアを有する光ファイバを形成するステップであって、コアは、２～４０の楕円率を有しており、クラッドは、円形の断面を有しており、コアはクラッドによって囲まれる、形成するステップと；を含む。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分を含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在し、コアをクラッドから分離させる。
本開示の一態様は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して製造される円柱形のプリフォームを含む。
本開示の別の態様では、プリフォームは、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分をさらに含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在し、コアをクラッドから分離させる。
本開示の別の態様では、楕円プロファイルは、加熱中の表面張力及び材料の流れによって形成される。
実施形態について、それら実施形態を実施することができる本発明の態様と併せて上で説明してきた。当業者は、実施形態が、説明している態様と併せて実施され得るが、その態様の他の実施形態と一緒に実施してもよいことを理解するだろう。実施形態が互いに排他的である場合、又はそうでなければ互いに互換性がない場合に、それは当業者には明らかであろう。いくつかの実施形態は、１つの態様に関連して説明し得るが、当業者に明らかであるように、他の態様にも適用可能であり得る。
本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面と組み合わせて考慮する際に、以下の詳細な説明から明らかになろう。
一実施形態による光ファイバの断面図である。 一実施形態による、光ファイバのｘ軸に沿った屈折率プロファイルを示す図である。 光ファイバの断面図と、ファイバ延伸プロセス中にコア／クラッド境界の法線方向に沿ってコア内に誘発される圧縮熱応力とを示す図である。 別の実施形態による光ファイバの断面図である。 一実施形態による、光ファイバのｘ軸に沿った屈折率プロファイルを示す図である。 ＷＤＭとＭＤＭとを組み合わせた光通信システムを示す図である。 一実施形態による、光ファイバへのデータのモード多重化を示す図である。 一実施形態による、光ファイバへのデータのモード逆多重化を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用する光ファイバ増幅器を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用する光ファイバ感知機器を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭ送信機を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭ受信機を示す図である。 一実施形態による、光ファイバを利用するＭＤＭトランシーバを示す図である。 一実施形態による、ＨＥＣＦを製造する方法を示す図である。 一実施形態による、ＨＥＣＦを製造する方法のフローチャートである。 添付の図面全体を通して、同様の特徴が同様の参照符号によって特定されることに留意されたい。
本発明の実施形態は、偏波保持性の高楕円コアファイバ（ＨＥＣＦ：highly elliptical core fiber）を含む。高楕円のコア形状と、ファイバ製造中に誘発される熱応力とを組み合わせることにより、複屈折の値が１×１０－４より高くなり、モード結合が減少し、次に、このファイバがＭＩＭＯフリーＭＤＭ伝送システムでの使用に適したものになる。
図１は、本発明の第１の実施形態による、高楕円（高度に楕円の）コアファイバ（ＨＥＣＦ）１００の断面図を示している。光ファイバは、典型的に、業界標準である直径１２５μｍ（マイクロメートル）のクラッド１０２を含む。トレンチ１０６によって囲まれた中実のコア１０４が、ファイバの中心にある。図１に示していないが、殆どの実施形態において、クラッドは、当技術分野で知られているように、バッファ（buffer：緩衝層）によりさらに囲まれており、次にジャケットによって覆われる。
コア１０４の断面プロファイルは、楕円の形状である。コアの断面１０４は、ｘ軸１１０及びｙ軸１０８を有する。一実施形態では、コア１０４は、ｘ軸１１０に沿って３８．５μｍ２０２及びｙ軸１０８に沿って６．１μｍのおよその断面寸法を有する。短いｙ軸１０８に沿った寸法は、シングルモード動作、ＴＥｍ，ｎ／ＴＭｍ，ｎモードの場合はｎ＝１を可能にするように選択される。ｘ軸１１０の寸法は、複数の空間モードがｘ軸１１０の一次元アレイに分散されるのを可能にするように選択される。他の実施形態では、コアの楕円率ηは、ｙ方向の断面長に対するｘ方向の断面長の比として規定され、２～４０の間である。当業者は、ｘ軸１１０が楕円コアの主軸とも呼ばれ得る一方、ｙ軸１０８が楕円コアの短軸と呼ばれ得ることを理解するだろう。主軸がもはや水平でなくなるようにファイバを回転させても、Ｘ軸及びＹ軸の位置合わせが変わるとは見なされない。当業者は、楕円率ηが、ｙ軸１０８に沿ったコアの幅に対するｘ軸１１０に沿ったコアの幅の比として考えられ得ることも理解するだろう。
コア１０４は、ｘ軸１１０の長さがｙ軸の長さよりも長く、従って、ｘ軸１１０が楕円の主軸を形成し、ｙ軸１０８が楕円の短軸を形成するように、楕円シリンダ（cylinder：円柱）と考えることができる。ｘ軸１１０及びｙ軸１０８は直角に交差し、ｘ軸１１０及びｙ軸１０８の交点は、楕円の断面の中心を規定する。コア１０４は、コア１０４の各楕円の断面の中心を通って延びる、長手方向軸線としても知られる中心軸線を有する楕円シリンダの形状を有する。クラッド１０２は、中心を含む円形の断面を有すると見ることができ、中心軸線がクラッド１０２の各円形の断面の中心を通って延びる円筒形を有する。コア１０４及びクラッド１０２は、コア１０４がクラッド１０２内で中心となるように、共通の中心軸線を有する。従って、ＨＥＣＦは、クラッド１０２及びコア１０４が共通の中心軸線を共有するように形成される。
光ファイバは、主にＳｉＯ２から構成されるシリカガラス材料を使用して製造され、クラッド１０２は、実質的に純粋なシリカガラス材料から構成される。コア１０４は、ＳｉＯ２材料にＧｅＯ２をドープすることによって製造される。いくつかの実施形態では、コア１０４は、７．３モル％のＧｅＯ２がドープされたＳｉＯ２から構成される。
トレンチ１０６は、コア１０４を取り囲み、いくつかの実施形態では、約４．７μｍの幅２０６である。トレンチは、Ｆ、フッ素がドープされたＳｉＯ２で作製される。いくつかの実施形態では、トレンチは２モル％のＦでドープされる。ＨＥＣＦが経験する曲げ損失は、楕円率が増加するにつれて増加するが、トレンチは、光ファイバの高次モードの曲げ損失を低減するのに役立つ。
図２は、光ファイバ１００のｘ軸１１０に沿った屈折率プロファイルを示している。コア１０４、トレンチ１０６、及びクラッド１０２は、それぞれの材料によって決定される異なる屈折率を有する。一実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差、Δｎ２０４は、約１．１×１０－２である。実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差は、１×１０－２＜＝Δｎ＜＝１．５×１０－１の範囲内にある。一実施形態では、トレンチ１０６とクラッド１０２との間の屈折率の差、－Δｎｔｒｅｎｃｈ２０８は、約５．７×１０－３である。
高楕円コアの幾何学的形状は、光ファイバに幾何学的形状によって増強された複屈折をもたらす。この複屈折の原因は、コアの幾何学的構造に関連しており、コアの楕円率が高いほど、複屈折の値が高くなる。
図３を参照すると、光ファイバの製造中に、不定の圧縮熱応力３０２が、主にｙ軸１０８方向に沿ってコア１０４に誘発される。ファイバ延伸及びアニール（annealing：熱処理）プロセス中に、コア１０４及びクラッド層１０２の異なる熱膨張係数のためにファイバに応力がかかる。異なる量の応力が、そのコア構造の非対称性によって、長いｘ軸１１０及び短いｙ軸１０８に沿って加えられる。この応力の増加に伴い、等方性ガラスは異方性になり始め、その結果、主応力、ｘ及びｙ応力方向に沿って屈折率が変化する。熱応力は、同じ空間モードの２つの偏光の間の実効屈折率差（δｎｅｆｆ）を増加させる効果がある。
本発明の一実施形態による光ファイバは、１０個のＭＤＭチャネルを得るために、２倍の偏波縮退を伴う５つの空間モードグループに関するデータを送信することができる。サポートされるモードは、偏光状態に応じて（それぞれ、ｘ軸又はｙ軸に沿って）ＴＥ１ｎ及びＴＭ１ｎとラベル付けされる。特に、下付き文字「１」は短軸（ｙ軸）に沿ったシングルモード動作を示す一方、「ｎ」は長軸（ｘ軸）に沿ったモードプロファイルの暗線の数を示す整数である。
製造中に生成される熱応力と組み合わされたコアの楕円の形状は、比較的大きな複屈折を生成するので、モード間実効屈折率分離δｎｅｆｆは１×１０－４よりも大きくなる。これにより、ＨＥＣＦ内のモード結合が減少するので、ファイバモードが約１ｋｍ（キロメートル）のファイバ長まで大きなクロストークなしに伝搬できるようになる。これにより、ＭＩＭＯ ＤＳＰを必要としない伝送システムを設計することができる。
いくつかの実施形態では、光学活性（optical active：旋光性）ファイバを生成するために、コアに、エルビウム及び／又はイッテルビウム等の希土類イオンをドープすることができる。
図４は、代替構造を有する別の実施形態による光ファイバ４００を示している。図１に示される実施形態と比較して、この実施形態は、クラッド１０２及びコア１０４を含むが、コアとクラッドとの間のトレンチ１０６を欠いている。トレンチ１０６は、ファイバ内の高次モードの曲げ損失を低減するのに役立つ。しかしながら、いくつかの実施形態では、屈折率差２０４、Δｎを約１．５×１０－１に増加させることによって、曲げ損失を低減することもできる。
図５は、光ファイバ４００のｘ軸１１０に沿った屈折率プロファイルを示している。コア１０４及びクラッド１０２は、それぞれの材料によって決定される異なる屈折率を有する。一実施形態では、コア１０４とクラッド１０２との間の屈折率の差、Δｎ２０４は、約１．１×１０－２である。
図６は、本発明の実施形態を組み込んだシステムを示している。本発明は、ＭＩＭＯフリーのモード分割多重化システムで使用することができる。ＷＤＭ送信機６０２からの出力は、ＷＤＭカプラ６０４に入力され、単一の出力ファイバ内に多重化される。次に、ＷＤＭカプラ６０４からの各出力は、モードマルチプレクサ６０６によって多重化され、ＨＥＣＦ６０８で対応するモードに変換される。ＨＥＣＦ６０８を通した伝送後に、ファイバモードはモードデマルチプレクサ６１０によって受信及び分離され、続いて複数のＷＤＭカプラ６１２によって波長チャネルが分離され、最終的に受信機６１４によって検出される。ファイバ内部のモード同士の間のクロストークが低いため、ＭＩＭＯ ＤＳＰは必要ない。
図７は、ＨＥＣＦ７０２を利用するモード分割マルチプレクサの実施形態を示している。異なるモードＴＥ１１、ＴＥ１２、・・・、ＴＥ１ｎの光入力は、溶融ファイバモードカプラ７０４を使用してＨＥＣＦ７０２に多重化され得る。
図８は、ＨＥＣＦ８０２を利用するモード分割デマルチプレクサの実施形態を示している。溶融ファイバモードカプラ８０４は、ＴＥ１１、ＴＥ１２、・・・、ＴＥ１ｎから信号を受け取るために、所定のモードの光を通過させて光ファイバ８０６に出力する。
図９は、一実施形態によるＨＥＣＦ９０２を含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）９００を示している。ＨＥＣＦ９０２は、エルビウム等の希土類イオンがドープされ、２つのＷＤＭカプラ９０４を接続するコアを有する。各ＷＤＭカプラは、ポンプダイオード９０８の出力を受け取る。入力９０６の光パワーは、ＯＦＡとファイバ９１０の出力とによって増幅される。
図１０は、別の実施形態による感知システム１０００を示している。ＨＥＣＦ１００２は、感知素子１００４を通過する。信号源及びデータ取得モジュールは、デバイス１００６内で同じ場所に配置される。いくつかの実施形態では、感知素子１００４は、ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）である。光信号源１００６からの光が感知素子１００４を通過するときに、所定のファイバモードの光は、信号源に逆反射され、データ取得モジュール１００６によって受け取られる。
図１１は、統合したモード分割多重化モジュールを含む光送信機１１００を示している。送信機は、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。送信機１１００は、それ自体でパッケージ化されるか、又は受信機と統合してトランシーバを形成することができる。いくつかの実施形態では、ダイオード又はレーザであり得る光源１１０２は、連続的な波長又はモードで出力する。データは、変調器１１０４によって光源１１０２に適用され、次に、変調器１１０４は、ＨＥＣＦ１１０８上で送信される他の変調された光源と多重化される。いくつかの実施形態では、光源及び変調器は、一緒に統合され得る。
図１２は、統合したモード分割逆多重化モジュールを含む光受信機１２００を示している。受信機は、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。受信機１１００は、それ自体でパッケージ化されるか、又は送信機１１００と統合してトランシーバを形成することができる。モード多重化データは、ＨＥＣＦ１１０８から受信され、モードデマルチプレクサ１２０６においてそのモードに分割される。次に、各モードの光は、ＰＩＮダイオード又はＡＰＤであり得る光検出器１２０２で受信される。
図１３は、統合したモード分割マルチプレクサ／デマルチプレクサモジュールを含む光トランシーバ１３００を示している。トランシーバは、典型的に、光伝送機器に容易に統合できるようにハウジングに含まれている。トランシーバ１３００は、送信機１１００及び受信機１２００の機能を組み合わせる。いくつかの実施形態では、ダイオード又はレーザであり得る光源１１０２は、連続的な波長又はモードで出力する。データは、変調器１１０４によって光源１１０２に適用され、サーキュレータ１３１２を通過し、次にＨＥＣＦ１１０８上で送信される他の変調された光源と多重化される。いくつかの実施形態では、光源及び変調器は一緒に統合され得る。受け取った光は、モードＭＵＸ／ＤｅＭＵＸ１３１０を通過してサーキュレータ１３１２に入り、サーキュレータ１３１２は、データを受け取るために、受け取った逆多重化した光を、ＰＩＮダイオード又はＡＰＤであり得る光検出器１２０２に送る。
図１４に示されるように、ＨＥＣＦ１４００は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して調製されたプリフォームから製造され得る。プリフォームは円柱形であり、同軸の内側コア１０４及び外側クラッド１０２を含む。内側コア１０４は、円形の断面を有する。対向する長手方向の側面１４０２、１４０４は、プリフォームから切り取られて、２つの対向する平坦な平行な側面１４０６１４０８をもたらす。次に、切り取られたプリフォームは、表面張力及び材料の流れのために平坦な表面が消えるように加熱される。その結果、円形コア１０４は、加熱プロセス中に楕円になる。楕円のコアを含む切り取られたプリフォームを引っ張って光ファイバを形成する。得られた光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコア１０４と、円形の断面を有するクラッド１０２とを含む。コア１０４及びクラッド１０２は、コア１０４がクラッド１０２によって囲まれた状態で共通の中心軸線を有する。プリフォームは、ＭＣＶＤによって製造されたので、コアを取り囲むトレンチ１０６を含むことができた。
当業者は、必ずしも互いに整列しているわけではないが（例えば、長手方向の側面を形成せずに）、全体として、加熱によって誘発された再形成の結果として上記の楕円のコアで生じる複数の切り取りを行うことが可能であり得ることを理解するだろう。
図１５は、図１４に示されるようなＨＥＣＦを製造する方法１５００を示すフローチャートである。ステップ１５０２において、内側コア１０４及び外側クラッド１０２を有する円柱形のプリフォームが形成される。内側コア１０４は、円形の断面プロファイルを有する。円柱形のプリフォームは、ＭＣＶＤプロセスを使用して形成することができる。ステップ１５０４において、円柱形のプリフォームの２つの対向する側面１４０２、１４０４は、円柱形のプリフォームの長さに沿って切り取られ、円柱形のプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面１４０６１４０８を有する切り取られたプリフォームを生成する。様々な実施形態では、プリフォームの切り取りは、内側コア１０４の切り取りを回避する方法で行われる。ステップ１５０６において、切り取られたプリフォームは加熱される。加熱によって軟化する切り取られたプリフォームの外面の表面張力により、プリフォームの外面が再び円形になるまで切り取られたプリフォームを変形させることができる。表面張力はプリフォーム全体に歪みを引き起こすため、切り取られたプリフォームが外側の円形プロファイルをとるときに、内側コア１０４が歪んで、コア１０４のプロファイルが楕円になる。前述したように、この一般的に楕円のコアは、２～４０の間の楕円率を有する。楕円のコアを囲んだ（又は包んだ）後の外側のクラッドは、略円形の断面を有する。ステップ１５０８において、切り取られ加熱されたプリフォームを引っ張って、光ファイバが形成される。いくつかの実施形態では、コア１０４及びクラッド１０２は、一般に同軸であり、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む光ファイバを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。
本開示の一態様は、共通の中心軸線を有するコア及びクラッドを含む。
本開示の一態様は、クラッドの屈折率とコアの屈折率との差が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアの屈折率に対するクラッドの屈折率の比が１×１０－２～１．５×１０－１の間である光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチを有する光ファイバを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアのそれぞれが２つの直交する直線偏光を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、複数のモードペアが、１×１０－４より大きい、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率分離を有する光ファイバを含む。
本開示の一態様は、実効屈折率分離が、光ファイバの製造中に誘発される熱応力及びコアの楕円の形状によって引き起こされる光ファイバを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされている光ファイバを含む。
本開示の一態様は、入力信号及び第１のポンプ光源からの出力を受け取る第１のＷＤＲＤカプラを含む光ファイバ増幅器（ＯＦＡ）を含む。光ファイバは、第１のＷＤＭカプラからの出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、コアを囲む、円形の断面を有するクラッドも含む。ＯＦＡは、光ファイバの出力と第２のポンプ光源の出力とを受け取る第２のＷＤＭカプラも含む。第２のＷＤＭカプラは、増幅した光信号を出力する。
本開示の一態様は、コア及びクラッドが共通の中心軸線を有するＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、コアが希土類イオンでドープされているＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光ファイバがコアとクラッドとの間に位置するトレンチを含むＯＦＡを含む。トレンチは、均一な幅を有しており、コアを取り囲んでいる。トレンチの屈折率は、クラッドの屈折率よりも低い。
本開示の一態様は、ｙ軸に沿ったコアの幅によってシングルモード伝送が可能なり、ｘ軸に沿ったコアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になるＯＦＡを含む。
本開示の一態様は、光モードの光透過を検出する光センサを含む。光センサは、光ファイバに沿って配置された複数の感知素子を含む。光ファイバは、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドを含む。コアはクラッドによって囲まれている。光ファイバは、複数のベクトルモードを含む入力信号を受け取る。複数の感知素子のそれぞれは、複数のベクトルモードのうちの１つを反射する。データ取得モジュールは、複数の感知素子のうちの１つによって反射された複数のベクトルモードのうちの１つを受け取る。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、光送信機モジュールを含む。モジュールは、複数の光源を含む。複数の光源のそれぞれは、複数のベクトルモードのうちの１つで一定の光信号を出力する。複数の光変調器は、一定の光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号を出力する。モードマルチプレクサは、変調した光信号のそれぞれを受信して、モード多重化光出力を生成する。光ファイバは、モード多重化光出力を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、コアは、クラッドによって囲まれている。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、光ファイバを含む光受信機モジュールを含む。光ファイバは、モード多重化光信号を受け取る。光ファイバは、２～４０の間の楕円率を有する楕円の断面を有するコアを含む。光ファイバはクラッドも含む。コアはクラッドによって囲まれている。光受信機モジュールはまた、光ファイバからモード多重化光信号を受信し、複数の変調した光信号を出力するモードデマルチプレクサを含む。複数の変調した光信号のそれぞれには、複数のベクトルモードのうちの１つでの光が含まれる。複数の光検出器はそれぞれ、複数の変調した光信号のうちの１つを受け取る。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、送信経路及び受信経路を含む光トランシーバを含む。送信経路は、複数のベクトルモードのうちの１つで一定の光信号を出力する複数の光源を含む。複数の光変調器は、一定の光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号を出力する。複数のサーキュレータは、変調した光信号のうちの１つを受信し、変調した光信号のうちの１つを出力する。モードマルチプレクサは、複数のサーキュレータから変調した光信号のそれぞれを受信して、モード多重化光出力を生成する。光ファイバは、モード多重化光出力を受け取る。光ファイバは、楕円の断面及び２～４０の間の楕円率を有するコアを含む。光ファイバは、円形の断面を有するクラッドも含み、コアはクラッドによって囲まれている。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは共通の中心軸線を有する。
受信経路には、光ファイバからモード多重化光信号を受信し、受信した複数の変調光信号を出力するモードデマルチプレクサが含まれる。受信した複数の変調光信号のそれぞれには、複数のベクトルモードのうちの１つでの光が含まれる。複数の光検出器はそれぞれ、複数のサーキュレータを介して、受信した複数の変調光信号のうちの１つを受け取る。
本開示の一態様は、光ファイバを製造するための方法を含む。この方法は、内側コア及び外側クラッドを含む断面を有する円柱形のプリフォームを準備するステップであって、内側コアは円形プロファイルを有する、準備するステップと；円柱形のプリフォームの長さに沿って円柱形のプリフォームの２つの対向する側面を切り取って、切り取られたプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面を有する切り取られたプリフォームを生成するステップと；切り取られたプリフォームが円形プロファイルになり、切り取られたプリフォームの内側コアが楕円プロファイルになるまで、切り取られたプリフォームを加熱するステップと；切り取られたプリフォームを引っ張って、楕円プロファイルを含むコアを有する光ファイバを形成するステップであって、コアは２～４０の楕円率を有しており、クラッドは円形の断面を有しており、コアはクラッドによって囲まれている、形成するステップと；を含む。いくつかの実施形態では、コア及びクラッドは、共通の中心軸線を有する。
本開示の一態様は、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分を含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在しており、コアをクラッドから分離させる。
本開示の一態様は、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して製造される円柱形のプリフォームを含む。
本開示の別の態様では、プリフォームは、コアとクラッドとの間に位置するトレンチ部分をさらに含む。トレンチ部分は、光ファイバ内に存在しており、コアをクラッドから分離させる。
本開示の別の態様では、楕円プロファイルは、加熱中の表面張力及び材料の流れによって形成される。
別段の規定がない限り、本明細書で使用される全ての技術的用語及び科学的用語は、本発明が属する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
本発明について、その特定の特徴及び実施形態を参照して説明してきたが、本発明から逸脱することなく、様々な修正及び組合せを行うことができることは明らかである。従って、明細書及び図面は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の例示として単に見なすべきであり、本発明の範囲内にある全ての修正、変形、組合せ、又は同等物を網羅すると考えられる。

Claims (20)

  1. 光ファイバ：であって、当該光ファイバは、
    楕円の断面を有するコアであって、２～４０の間の楕円率を有するコアと、
    該コアを囲む、円形の断面を有するクラッドと、を含む、
    光ファイバ。
  2. 前記コア及び前記クラッドは、共通の中心軸線を有する、請求項１に記載の光ファイバ。
  3. 前記クラッドの屈折率と前記コアの屈折率との差が１×１０－２～１．５×１０－１の間である、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
  4. 前記コアと前記クラッドとの間に位置するトレンチをさらに含み、該トレンチは、均一な幅を有しており、前記コアを取り囲み、前記トレンチの屈折率は前記クラッドの前記屈折率よりも低い、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  5. ｙ軸に沿った前記コアの幅によってシングルモード伝送が可能になる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  6. ｘ軸に沿った前記コアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  7. 前記複数のモードペアのそれぞれが、２つの直交する直線偏光から構成される、請求項６に記載の光ファイバ。
  8. 前記複数のモードペアは、１×１０－４より大きい、隣接するベクトルモードの間の実効屈折率分離を有する、請求項６又は７に記載の光ファイバ。
  9. 前記実効屈折率分離は、当該光ファイバの製造中に誘発される熱応力及び前記コアの前記楕円の形状によって引き起こされる、請求項７に記載の光ファイバ。
  10. 前記コアは、希土類イオンでドープされている、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
  11. 光ファイバ増幅器であって、当該光ファイバ増幅器は、
    入力信号及び第１のポンプ光源からの出力を受け取る第１のＷＤＭカプラと、
    該第１のＷＤＭカプラからの出力を受け取る光ファイバであって、楕円の断面を有しており、２～４０の間の楕円率を有するコアと、該コアを囲む、円形の断面を有するクラッドとを含む光ファイバと、
    前記光ファイバの前記出力及び第２のポンプ光源の出力を受け取る第２のＷＤＭカプラであって、増幅した光信号を出力する第２のＷＤＭカプラと、を含む、
    光ファイバ増幅器。
  12. 前記コア及び前記クラッドは、共通の中心軸線を有する、請求項１１に記載の光ファイバ増幅器。
  13. 前記コアは、希土類イオンでドープされている、請求項１１又は１２に記載の光ファイバ増幅器。
  14. 前記光ファイバは、前記コアと前記クラッドとの間に位置するトレンチをさらに含み、該トレンチは、均一な幅を有しており、前記コアを取り囲んでおり、前記トレンチの屈折率は、前記クラッドの前記屈折率よりも低い、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の光ファイバ増幅器。
  15. ｙ軸に沿った前記コアの幅によってシングルモード伝送が可能になり、ｘ軸に沿った前記コアの幅によって複数のモードペアの伝送が可能になる、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の光ファイバ増幅器。
  16. 光ファイバを製造するための方法であって、当該方法は、
    内側コア及び外側クラッドを含む断面を有する円柱形のプリフォームを準備するステップであって、前記内側コアは円形プロファイルを有する、準備するステップと、
    前記円柱形のプリフォームの長さに沿って前記円柱形のプリフォームの２つの対向する側面を切り取って、切り取られたプリフォームの長手方向軸線に沿って対向する平行な表面を有する前記切り取られたプリフォームを生成するステップと、
    切り取られたプリフォームが円形プロファイルになり、前記切り取られたプリフォームの内側コアが楕円プロファイルになるまで、前記切り取られたプリフォームを加熱するステップと、
    前記切り取られたプリフォームを引っ張って前記光ファイバを形成するステップであって、該光ファイバは、楕円プロファイルを有しており、２～４０の楕円率を有するコアと、円形の断面を有するクラッドとを含み、前記コアは前記クラッドによって囲まれている、形成するステップと、を含む、
    方法。
  17. 前記円柱形のプリフォームは、前記コアと前記クラッドとの間に位置するトレンチ部分をさらに含み、該トレンチ部分は、前記光ファイバ内に存在しており、前記コアを前記クラッドから分離させる、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記円柱形のプリフォームは、ＭＣＶＡ（modified chemical vapor deposition）プロセスを使用して製造される、請求項１６又は１７に記載の方法。
  19. 加熱中の表面張力及び材料の流れによって前記楕円プロファイルが形成される、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記コア及び前記クラッドは、共通の中心軸線を有する、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載の方法。

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