JP2023126651A - マルチコア光ファイバ - Google Patents
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Abstract
【課題】短距離光伝送において優れた経済合理性と高い互換性とを同時に実現するための構造を備えたMCFを提供する。【解決手段】当該MCFは、複数のコア部と、共通クラッドと、樹脂被覆と、を備える。各コア部は、コアと、内クラッドと、トレンチ層と、を有する。一直線上に配置された少なくとも4個のコア部は、コアと内クラッドとの比屈折率差が実質的に一致しており、4個のコア部のうち隣接する第1コア部と第2コア部の屈折率プロファイルは、内クラッドと共通クラッドとの屈折率の大小関係が逆になるように共通クラッドの屈折率に対して内クラッドの屈折率がオフセットされた形状を有する。【選択図】図3
Description
本開示は、マルチコア光ファイバに関するものである。
近年、長距離通信用の光伝送媒体として、複数のコアと、該複数のコアそれぞれを取り囲む共通クラッドと、を備えたマルチコア光ファイバ(Multi-Core optical Fiber:以下「MCF」と記す)の研究か盛んに行われている。
例えば、非特許文献1には、ファイバ断面において正方格子を構成するように配置された4個のトレンチアシスト型構造のコア(ITU-T G.652規格で規定されるコアと互換可能なコア:以下、「G.652互換コア」と記す)が外径125μmのクラッドに内蔵されたMCFが開示されている。非特許文献1によれば、このMCFは、OバンドからLバンドまでの波長範囲(1260以上1625nm以下)でITU-T G.652規格で規定されるファイバ(以下、「G.652ファイバ」と記す)と互換可能な光学特性を実現することが開示されている。
非特許文献2には、外径125μmのクラッドに8個のG.652互換コア(トレンチアシスト型構造を有する)が円環状に配置された状態でクラッドに内蔵されたMCFが開示されている。非特許文献2によれば、このMCFは、Oバンド(1260nm以上1360nm以下)に限ってG.652ファイバと互換可能な光学特性を実現するが開示されている。CバンドからLバンドまでの波長範囲(1530nm以上1625nm以下)では、コアの光が被覆に結合する場合や該被覆へ漏洩する場合があるため、伝送損失が高くなる。したがって、CバンドからLバンドまでの波長範囲において、非特許文献2に開示されたMCFは、G.652ファイバとの互換性はない。
非特許文献3には、円形クラッド中に一列に配列された4個のコアが内蔵された4コアファイバ(MCF)が開示されている。非特許文献3には、各コアの構造や特性の他、クラッド外径も開示されていないが、当該4コアファイバのクラッド外径が標準的な外径125μmより大きいことが示唆されている。また、非特許文献3のFig.1とFig.3の比較から,Fig.1のファイバのコアピッチは50μmと推測され、クラッド外径も200μm前後になると推測される。
非特許文献4には、外径125μmのクラッドに2個のステップインデックス型コアが内蔵された2コアファイバ(MCF)が開示されている。この2コアファイバでは、ファイバ断面において、2個のコアがクラッド中心から等距離になるように配置されている。また、各コアは、波長1310nmにおいて8.1μmのモードフィールド径(Mode FieldDiameter:以下、「MFD」と記す)と、1160nmのカットオフ波長を有する。非特許文献4によれば、このようなコア配置により、波長1310nm、1490nm、1550nmのそれぞれにおいて、伝送損失とクロストーク(以下、「XT」と記す)を十分抑制できることが開示されている。また、非特許文献4によれば、LCsimplexコネクタに当該2コアファイバを実装することで、LC duplexコネクタ相当のコア数をLC simplexコネクタで実現できることが開示されている。
非特許文献5には、外径125μmのクラッドに4個のステップインデックス型コアが内蔵された4コアファイバ(MCF)が開示されている。この4コアファイバは、4個のコアが一列に並んだ状態で近接配置された強結合型MCFである。すなわち、非特許文献5には、4個のコアの全てを一つの導波路とした伝搬モードを導波するファイバで,コア間のクロストークは抑制できない。
非特許文献6乃至8には、異種コア型MCFがそれぞれ開示されている。異種コア間において実効断面積(Effective Area)あるいはMFDを揃えるとともに、カットオフ波長は全コアで一定値以下になることを条件とした設計(または試作)が行われている。ただし、波長分散は無視されている。ただし、これら非特許文献6乃至8に開示されたコア構造では異種コア間の波長分散特性まで揃えることは難しい。
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発明者は、従来のMCFについて検討した結果、以下のような課題を発見した。
すなわち、上記非特許文献1乃至8に開示されているように、近年、MCFの研究が盛んに行われているが、通信用伝送媒体としての商用化には至っていない。これは、従来のMCFが,経済合理性と広い互換性の双方を同時に実現できていなかったためと考えられる。具体的に、従来のMCFでは、以下の条件(1)乃至(3)を同時に満たすことができない。また、電子回路間や半導体チップ-電子回路間等を接続し、データ通信を可能にする伝送路としての短距離インターコネクトを想定すると、以下の条件(1)乃至(3)とともにITU-T G.652規格に含まれる以下の条件(4)も満たすMCFの開発が望まれる。
(1)クラッド外径が125μmであること,あるいは,被覆径が250μm以下であること
(2)ファイバ断面において一本の直線上に中心が位置する4以上のコアを有すること
(3)少なくともOバンド(短距離光伝送で頻繁に用いられる1310nm波長帯であって、具体的には1260nm以上1360nm以下の波長帯)において、ITU-T G.652規格の汎用シングルモード光ファイバ(Single-Modeoptical Fiber:以下、「SMF」と記す)と互換可能なMFDとカットオフ波長を有すること
(4)零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(望ましくは1300nm以上1324nm以下)
(1)クラッド外径が125μmであること,あるいは,被覆径が250μm以下であること
(2)ファイバ断面において一本の直線上に中心が位置する4以上のコアを有すること
(3)少なくともOバンド(短距離光伝送で頻繁に用いられる1310nm波長帯であって、具体的には1260nm以上1360nm以下の波長帯)において、ITU-T G.652規格の汎用シングルモード光ファイバ(Single-Modeoptical Fiber:以下、「SMF」と記す)と互換可能なMFDとカットオフ波長を有すること
(4)零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(望ましくは1300nm以上1324nm以下)
上記条件(1)に関して言及すれば、一般に、コア間XTを抑えたMCFを実現するためには,コア間においてモードの電界分布の重なりを抑制する必要がある。このためには、(a)コア間隔を十分離すこと、(b)コア内への光の閉じ込めを十分強くすること、または、(c)これら両方を達成すること、が必要である。コア間隔を十分離すためには、コア数が多い場合にクラッド外径を大きくする必要があり、あるいは、クラッド外径が決められている場合にはクラッドに内蔵されるコアを一定数以下に抑える必要がある。コア内への光の閉じ込めを強めるためには、各コアのMFDを(ITU-T G.652規格よりも)小さくしなければならない。このため、限られた標準的な外径125μmのクラッド内に最外周コアの漏洩損失を抑えつつ、G.652ファイバと互換可能なMFDをもつ複数のコアを配置すると、内蔵可能なコア数が少なくなってしまう。
上記条件(2)は、MCFへの光の入出力を安価に実現可能な1次元配列のコア配置で、標準的な外径125μmのクラッド内により多くのコアを,光学特性の劣化を抑えつつ内蔵させるという要求に基づいている。なお、光学特性の劣化を抑制するためには、隣接コア間の間隔、および、最外周コアから被覆までの距離を一定以上に維持する必要がある。
上記条件(3)は、短距離伝送に適した光学特性である。長距離伝送においては、Cバンド(1530nm以上1565nm以下)での低損失、高波長分散、大Aeffを実現しつつ、できるだけ短いコア間隔でクロストークを抑える必要があり、ケーブルカットオフ波長は1260nmより大幅におおきく(例えば、1300nm以上、1400nm以上、または、1530nmより少し小さい程度)なっている。しかしながら、このような光ファイバは、一般的なシリカガラス製の光ファイバにおいて低波長分散が実現可能なOバンド(1260nm以上1360nm以下)を用いた短距離での伝送には適さない。加えて、上述のような光ファイバは、分散シフトファイバのようにCバンドが低波長分散になっているわけでもないため、シングルモードでの動作帯域では波長分散が大きい。
上記条件(4)に関して言及すれば、隣接するコア間で実効屈折率に十分な差を持たせればXTを効果的に抑制できることが知られている。しかしながら、隣接するコア間で実効屈折率に十分な差を持たせるためには、屈折率プロファイルに関してコア間で大きな差を持たせる必要がある。そのため、MFD、カットオフ波長、波長分散の全てに関して汎用SMFと互換可能な光学特性を維持しつつ十分なコア間実効屈折率差を実現したMCFは実現困難と考えられていた。
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、短距離光伝送において優れた経済合理性と高い互換性とを同時に実現するための構造を備えたMCFを提供することを目的としている。
本開示のマルチコア光ファイバ(MCF)は、当該MCFの中心軸に沿って伸びる複数のコア部と、共通クラッドと、樹脂被覆を備える。複数のコア部それぞれは、中心軸に沿って伸びるコアと、コアの外周を取り囲む内クラッドと、内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する。共通クラッドは、複数のコア部それぞれのトレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する。樹脂被覆は、共通クラッドの外周面を取り囲むとともに195μm以上250μm以下の外径を有する。また、本開示のマルチコア光ファイバは、中心軸に直交する、当該MCFの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含む。直線配列群を構成する4個のコア部は、少なくともコアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有する。更に、4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる。
本開示のMCFによれば、短距離光伝送において優れた経済合理性と高い互換性が同時に実現し得る。
まず、本開示のMCF(マルチコア光ファイバ)に必要な構造条件を確認するため、上記非特許文献1乃至8に記載されたMCFについて更に詳細に検討する。なお、上述のように、MCFは近年盛んに研究されているが、経済合理性や広い互換性が同時に実現できないため、通信用の伝送媒体としての商用化には至っていない。MCFの経済合理性を高めるためには,MCFのクラッド外径を従来の標準化された光ファイバと同等の125μmとすることが望ましく、コア数は少なくとも4個以上であることが望ましい。
上記非特許文献1および2のそれぞれでは、通信に適した光学特性を維持しつつより多くのコアを内蔵したMCFを実現するため、ファイバ断面において二次元的に配置された状態で複数のコアが外径125μmのクラッドに内蔵されたMCFが提案されている。しかしながら、このように二次元的にコアが配置されたMCFにおいては,SMFとの接続時のファンイン・ファンアウトに際して、三次元コア配列変換デバイスが必要になる。なお、「三次元コア配列変換デバイス」は、三次元的にコアが配線されたデバイスであって、MCFのコア配置から対応するSMFアレイやSMF束などのコア配列に変換するデバイスである。光送受信器において、シリコンフォトニクスの光集積回路の半導体基板などが利用されている。一例として、半導体基板の縁から基板平面に平行に光の入出力(エッジカップリング)を複数チャネルで行う場合、該基板の縁に一次元的に配置されたコアからMCFの二次元的に配置されたコアに、これらのチャネルの光を入出力する必要があるが、この場合、やはり三次元コア配列変換デバイスが必要になる。また,異なるコア配列のMCF同士を接続するためにも、三次元コア配列変換デバイスが必要になる。しかしながら、このような三次元コア配列変換デバイスは量産が難しく、現状では非常に高価であり、かつ、MCFの実用化の障害となっている。
また、上記非特許文献3では,4個のコア全てが一列に配置されたMCFが開示されている。当該MCFを用いれば、シリコンフォトニクス基板とのエッジカップリングも容易となる。具体的には、当該MCFは、125μmよりも大幅に太いクラッド外径を有することで、各コア間のXTを抑制と各コア個別での良好な光学特性の両立を実現している。しかしながら、クラッド外径が標準的な外径(125μm)を大きく超える光ファイバは、光ファイバ自体の製造コストが上昇してしまう。また、接続部品(コネクタのフェルールや、配列用のV溝基板)として標準的な寸法の製品を用いることができなくなる。このことは、これら接続部品のコストが上昇するので、やはりMCFの経済合理性が無くなってしまう。
上記非特許文献4には,クラッド外径が標準的な125μmであり、かつ、全てのコアが一列に配置されたMCFが開示されている。しかしながら、コア数はわずか2個であり、やはりMCFを用いることによる、光ファイバ一本当たりの空間チャネル数の増加の恩恵に乏しい(経済合理性が少ない)。
上記非特許文献5には、クラッド外径が標準的な125μmであり、かつ、4個のコア全てが一列に配置されたMCFが開示されている。しかしながら、当該MCFにおいては、コア同士が強く結合しており、コア間XTが極めて高い。すなわち、当該MCFによれば、各コアを独立した空間チャネルとして用いることはできない。4個のコアを一つの導波路とみなすと、4つのスーパーモードと呼ばれる空間モードが独立に導波しているが、各スーパーモードに個別に信号を入出力するデバイスの作成は容易ではない。したがって、上記非特許文献5のMCFも、やはりMCFを用いた光ファイバ伝送システムの経済合理性を損なってしまう。
そして、上記非特許文献6乃至8のそれぞれには、コアごとの屈折率プロファイルが異なる、異種コア型MCFが開示されている。異種コア型構造を採用することによりコア間において伝搬定数(あるいは実効屈折率)の大きな差が生じ、コア間の位相整合が抑制される(XTが抑制される)。一方で、XTの抑制に効果があるほどにコア間における実効屈折率の差を大きくすることは容易ではない。すなわち、コア間において様々な光学特性に差が生じてしまい、結果、コア間における信号光の伝送品質にも差が生じてしまう。なお、上記非特許文献6乃至8のMCFは、主に長距離光伝送への適用が想定されていることもあり、長距離光伝送において非常に重要なパラメータである実効断面積(伝搬光の電界分布で決まる)を揃えるとともにカットオフ波長を全コアで一定値以下にすることで、使用波長帯域におけるシングルモード動作を担保している。一方で、長距離光伝送では波長分散は無視されている(デジタル信号処理によって補償できるため)。開示されたコア構造では、波長分散特性まで異種コア間で揃えることはできないと考えられる。
伝搬光の電界分布で決まる実効断面積やMFDを異種コア間で揃え、かつ、異種コア間の波長分散も揃えるのは、現状において極めて困難である。加えて、コア間XTを抑えるために十分にコア内への光の閉じ込めを強めつつ、コア間において伝搬定数に差を持たせることは、これまで不可能であった。
なお、コア間(あるいはモード間)のファイバ長さ当たりのパワー結合係数は以下のように求めることができる。前提として、2個のコア(モード)を有するMCFであって該MCF内での伝送損失は無視できるものとする。一方のコア(モード)mと他方のコア(モード)nの間のパワー結合係数をh、一方のコア(モード)m中の光強度をIm、他方のコア(モード)n中の光強度をIn、ファイバ長手方向位置をzとする。このとき、以下の式(1):
で表される関係が成り立つ。一方のコア(モード)mと他方のコア(モード)nの間のパワー結合係数hは,2個のコア間でのクロストークあるいはパワー結合が十分小さく、MCFの一方の端部に位置する一方のコア(モード)mのみに光を入射したときの、MCFの他方の端部における一方のコア(モード)mからの出力光強度をI1、他方のコア(モード)nからの出力光強度I2をとし,MCF長をLzとすると、以下の式(2):
により求めることができる。
で表される関係が成り立つ。一方のコア(モード)mと他方のコア(モード)nの間のパワー結合係数hは,2個のコア間でのクロストークあるいはパワー結合が十分小さく、MCFの一方の端部に位置する一方のコア(モード)mのみに光を入射したときの、MCFの他方の端部における一方のコア(モード)mからの出力光強度をI1、他方のコア(モード)nからの出力光強度I2をとし,MCF長をLzとすると、以下の式(2):
により求めることができる。
特に、短距離インターコネクトへの適用を想定すれば、信号処理による信号波形歪の補償を極力抑えることで電力消費の少ない光伝送を行うことが望まれる。このとき、使用波長帯において、波長分散(の絶対値)が十分抑えられており、また、コア間でばらつきが少ないことが望まれる。短距離光伝送によく利用される波長1310nm帯(1260nm以上1360nm以下)における波長分散の絶対値が小さくなるように、ITU-T G.652規格では、零分散波長が1300以上1324nm以下の範囲に収まることが求められている。このことから、
(1)コア間においてXTを十分抑制できる伝搬定数差を持つ異種コア型MCFであること
(2)短距離光伝送に利用される波長1310nmにおいて、全てのコアのMFDが8.6±0.6から9.5±0.6μmまでの範囲に収まり、ケーブルカットオフ波長が1260nm以下であり、また、零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(より好ましくは1300nm以上1324nm以下の範囲に収まること)
なる構造条件が導かれる。ただし、上述のような仕様を満たすMCFは、これまで知られておらず、その実現は困難であると当業者にとっての技術的常識であることが先行文献からも明らかである。
(1)コア間においてXTを十分抑制できる伝搬定数差を持つ異種コア型MCFであること
(2)短距離光伝送に利用される波長1310nmにおいて、全てのコアのMFDが8.6±0.6から9.5±0.6μmまでの範囲に収まり、ケーブルカットオフ波長が1260nm以下であり、また、零分散波長が24nm幅の波長帯に収まること(より好ましくは1300nm以上1324nm以下の範囲に収まること)
なる構造条件が導かれる。ただし、上述のような仕様を満たすMCFは、これまで知られておらず、その実現は困難であると当業者にとっての技術的常識であることが先行文献からも明らかである。
[本開示の実施形態の説明]
本開示は、上述の詳細な検討結果に基づいて、4個以上の多数のコア(ファイバ断面において一列に配置された少なくとも4個コアを含む)が外径124μm以上181μm以下のクラッドに内蔵された、短距離光伝送に適したMCFを提案する。なお、本開示のMCFは、Oバンド(1260nm以上1360nm以下)を利用した短距離光伝送を想定し、Cバンドなどを利用する長距離光伝送のみで発生する光学特性の劣化を許容する。一方、本開示のMCFは、隣接するコアが異なる屈折率プロファイルを有するに差異を持たせることで、Oバンドを信号伝送に用いる短距離光伝送に十分適した光学特性を実現する。
本開示は、上述の詳細な検討結果に基づいて、4個以上の多数のコア(ファイバ断面において一列に配置された少なくとも4個コアを含む)が外径124μm以上181μm以下のクラッドに内蔵された、短距離光伝送に適したMCFを提案する。なお、本開示のMCFは、Oバンド(1260nm以上1360nm以下)を利用した短距離光伝送を想定し、Cバンドなどを利用する長距離光伝送のみで発生する光学特性の劣化を許容する。一方、本開示のMCFは、隣接するコアが異なる屈折率プロファイルを有するに差異を持たせることで、Oバンドを信号伝送に用いる短距離光伝送に十分適した光学特性を実現する。
より詳細には、本開示のMCFの一例は、上述のMFD、カットオフ波長および波長分散それぞれの要求特性を実現する。更に、一例に係るMCFは、クラッド外径が標準的な125±1μmであり、かつ、ファイバ断面で4個以上のコアが一列に配置され、波長1310nm帯における短距離光伝送に適したMCFである。
また、本開示のMCFの他の例も、上記MFD、カットオフ波長および波長分散それぞれの要求特性を実現する。更に、他の例に係るMCFは、クラッド外径が標準的な180μm以下であり、かつ、ファイバ断面で12個以上のコアが正方格子状に配置され、波長1260nm以上1625nm以下における短距離光伝送に適したMCFである。
以下、本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
(1) 本開示のマルチコア光ファイバ(MCF)は、その一態様として、当該MCFの中心軸に沿って伸びる複数のコア部と、共通クラッドと、樹脂被覆を備える。複数のコア部それぞれは、中心軸に沿って伸びるコアと、コアの外周を取り囲む内クラッドと、内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する。このように、複数のコア部それぞれは、光閉じ込め効果の高いトレンチアシスト型構造を有する。共通クラッドは、汎用SMFのクラッド外径との整合を考慮し、複数のコア部それぞれのトレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する。樹脂被覆は、共通クラッドの外周面を取り囲むとともに195μm以上250μm以下の外径を有する。また、本開示のマルチコア光ファイバは、中心軸に直交する、当該MCFの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含む。直線配列群を構成する4個のコア部は、少なくともコアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有する。更に、4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる。すなわち、隣接する第1コア部と第2コア部は、異なる構造を有する。また、一例として、直線配列群が4個のコア部で構成される場合、上述の第1コア部に相当するコア部と、上述の第2コア部に相当するコア部とが上記直線に沿って交互に配置される。ここで、「コアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイル」とは、コアと内クラッドとの比屈折率差の差異が、0.02%以下であるような屈折率プロファイルを意味する。
(1) 本開示のマルチコア光ファイバ(MCF)は、その一態様として、当該MCFの中心軸に沿って伸びる複数のコア部と、共通クラッドと、樹脂被覆を備える。複数のコア部それぞれは、中心軸に沿って伸びるコアと、コアの外周を取り囲む内クラッドと、内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する。このように、複数のコア部それぞれは、光閉じ込め効果の高いトレンチアシスト型構造を有する。共通クラッドは、汎用SMFのクラッド外径との整合を考慮し、複数のコア部それぞれのトレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する。樹脂被覆は、共通クラッドの外周面を取り囲むとともに195μm以上250μm以下の外径を有する。また、本開示のマルチコア光ファイバは、中心軸に直交する、当該MCFの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含む。直線配列群を構成する4個のコア部は、少なくともコアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有する。更に、4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる。すなわち、隣接する第1コア部と第2コア部は、異なる構造を有する。また、一例として、直線配列群が4個のコア部で構成される場合、上述の第1コア部に相当するコア部と、上述の第2コア部に相当するコア部とが上記直線に沿って交互に配置される。ここで、「コアと内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイル」とは、コアと内クラッドとの比屈折率差の差異が、0.02%以下であるような屈折率プロファイルを意味する。
(2) 本開示の一態様として、当該MCFでは、1310nm波長帯(1260nm以上1360nm以下)における全てのコア部の光学特性が揃っているのが好ましい。具体的には、少なくとも4個のコア部それぞれは、波長1310nmにおいて8.0μm以上10.1μm以下のMFDと、1260nm以下のケーブルカットオフ波長と、1310nm波長帯において0.5dB/km以下の伝送損失と、を有するのが好ましい。1310nm波長帯における伝送損失としては、0.4dB/km以下がより好ましい。この場合、樹脂被覆への漏洩損失LLも波長1310nm付近では十分に小さくなる。4個のコア部それぞれの零分散波長のバラツキに関して、最大零分散波長と最小零分散波長との差は24nm以下であるのが好ましい。また、7cm以上14cm以下の半径または14cm以上20cm以下の半径で当該MCFを曲げた状態で、第1コア部におけるコアと第2コア部におけるコアとの間のクロストーク(コア間XT)は、0.01/km以下であるのが好ましい。このようなXT値は、短距離光伝送において隣接するコア間のXTとしては十分に低い。
(3) 本開示の一態様として、第1コア部の構造パラメータとして、コア、内クラッドおよびトレンチ層の外径をそれぞれ2a1[μm]、2b1[μm]および2c1[μm]とする。更に、第1コア部の追加の構造パラメータとして、共通クラッドの屈折率を基準としたコア、内クラッドおよびトレンチ層の比屈折率差をそれぞれΔco,1[%]、Δic,1[%]、Δt,1[%]とする。一方、第2コア部の構造パラメータとして、コア、内クラッドおよびトレンチ層の外径をそれぞれ2a2[μm]、2b2[μm]および2c2[μm]とする。更に、第2コア部の追加の構造パラメータとして、共通クラッドの屈折率を基準としたコア、内クラッドおよびトレンチ層の比屈折率差をそれぞれΔco,2[%]、Δic,2[%]、Δt,2[%]とする。このとき、第1コア部および第2コア部は、
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 - Δic,1≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 - Δic,2≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
-0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。加えて、コア間XTの抑制と樹脂被覆側への漏洩損失LLの抑制を担保するため、第1コア部および第2コア部の配置条件を示す。すなわち、第1コア部のコア中心と第2コア部のコア中心との間隔をΛ[μm]とするとき、第1コア部および第2コア部は、
0.001Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。なお、本開示の一態様として、第1コア部および第2コア部は、
0.002Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たしてもよい。隣接する第1コア部と第2コア部との間において、それぞれのトレンチ層は接触していてもよい(連結していてもよい)。
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 - Δic,1≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 - Δic,2≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
-0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。加えて、コア間XTの抑制と樹脂被覆側への漏洩損失LLの抑制を担保するため、第1コア部および第2コア部の配置条件を示す。すなわち、第1コア部のコア中心と第2コア部のコア中心との間隔をΛ[μm]とするとき、第1コア部および第2コア部は、
0.001Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たすのが好ましい。なお、本開示の一態様として、第1コア部および第2コア部は、
0.002Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たしてもよい。隣接する第1コア部と第2コア部との間において、それぞれのトレンチ層は接触していてもよい(連結していてもよい)。
(4) 本開示の一態様として、第1コア部および第2コア部は、
Δt,1 ≦ -0.5%
Δt,2 ≦ -0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たしてもよい。
Δt,1 ≦ -0.5%
Δt,2 ≦ -0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たしてもよい。
(5) 本開示の一態様として、当該MCFは、1300nm以上1324nm以下の零分散波長を有するのが好ましい。本開示の一態様として、当該MCFは、零分散波長において0.092ps/(nm2・km)以下の分散スロープを有するのが好ましい。本開示の一態様として、5mm以上の曲率半径で曲げられた当該MCFの光学特性として、または、3mm以上の曲率半径で曲げられた当該MCFの光学特性として、当該MCFは、波長1310nmにおいて0.25dB/turn以下の曲げ損失を有するのが好ましい。更に、本開示の一態様として、共通クラッドは、124μm以上126μm以下の外径を有するのが好ましい。このとき、第1コア部のコア中心と第2コア部のコア中心との間隔Λ[μm]は、
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
なる条件を満たすのが好ましい。更に、間隔Λ[μm]は、
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たしてもよい。
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
なる条件を満たすのが好ましい。更に、間隔Λ[μm]は、
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たしてもよい。
(6) 本開示の一態様として、第1コア部のトレンチ層の外周面と第2コア部のトレンチ層の外周面との最短距離を間隔w[μm]とするか、または、式「Λ-(c1+c2)」で与えられる値を間隔w[μm]とする。このとき、間隔w[μm]と間隔Λ[μm]は、
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3-0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ -1.46w+27.8
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3-0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ -1.46w+27.8
なる関係を満たすのが好ましい。また、第1および第2コア部のトレンチ層の外周面間を最短距離で結ぶ第1線分の中点と、第1および第2コア部のコア中心同士を結ぶ第2線分の中点と、のズレ量d[μm]は以下の式(3):
で与えられる。このとき、ズレ量d[μm]は、
d ≦ -(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ-(79.360w+271.139)
d ≦ -0.246Λ-0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w-12.539
なる関係を満たすのが好ましい。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
で与えられる。このとき、ズレ量d[μm]は、
d ≦ -(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ-(79.360w+271.139)
d ≦ -0.246Λ-0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w-12.539
なる関係を満たすのが好ましい。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
(7) 本開示の一態様として、当該MCFの断面上において、上述の直線配列群を含む複数のコア部は、中心軸(当該MCFの中心軸)と断面との交点を通る基準直線を対称軸としてそれぞれのコア中心の位置が線対称となるように、配置されているのが好ましい。本実施形態の一態様として、当該MCFの断面上において、上述の直線配列群を含む複数のコア部は、中心軸(当該MCFの中心軸)と断面との交点を回転中心としてそれぞれのコア中心の位置が2回以上の回転対称性を有するように、配置されてもよい。本開示の一態様として、当該MCFは、共通クラッドの屈折率とは異なる屈折率を有するマーカーを有してもよい。この場合、マーカーは、複数のコア部におけるコア中心位置の対称性(線対称性、回転対称性等)を崩す位置に配置される。このようなマーカーの存在が、第1および第2コア部の識別を可能にする。更に、本開示の一態様として、第1コア部におけるトレンチ層の外側半径(c1)は、第2コア部におけるトレンチ層の外側半径(c2)と異なってもよい。この場合も、4個のコア部の配列方向に沿った当該MCFの屈折率プロファイルは、当該MCFの断面上における屈折率プロファイルの対称性(線対称性、回転対称性等)が崩れており、第1および第2コア部の識別が可能になる。
以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
[本開示の実施形態の詳細]
本開示に係るMCF(マルチコア光ファイバ)の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
本開示に係るMCF(マルチコア光ファイバ)の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
(第1実施形態)
図1は、本開示の第1実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。図2は、図1に示された4個のコア部(直線配列群G0)の一部であって互いに隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bそれぞれの断面構造および配置関係を説明するための図である。また、図3は、図1の直線L0に沿った当該MCFの屈折率プロファイルである。なお、図3では、共通クラッド200の屈折率レベルLVcladが示されている。
図1は、本開示の第1実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。図2は、図1に示された4個のコア部(直線配列群G0)の一部であって互いに隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bそれぞれの断面構造および配置関係を説明するための図である。また、図3は、図1の直線L0に沿った当該MCFの屈折率プロファイルである。なお、図3では、共通クラッド200の屈折率レベルLVcladが示されている。
図1に示された例では、第1実施形態のMCF10Aは、当該MCF10Aの中心軸AXに沿ってそれぞれ伸びる4個のコア部と、該4個のコア部それぞれを取り囲む共通クラッド200と、共通クラッド200の外周面を取り囲む樹脂被覆300と、を備える。4個のコア部は、構造の異なる2種類のコア部(第1コア部100Aと第2コア部100B)で構成されており、これら第1コア部100Aと第2コア部100Bが直線L0に沿って交互に配置されている。すなわち、第1コア部100Aのコア中心AX1と第2コア部100Bのコア中心AX2は、いずれも直線L0上に位置している。このようにコア中心AX1、AX2が直線L0上に配置された少なくとも4個のコア部(第1コア部100A、第2コア部100B)により直線配列群G0が構成されている。
共通クラッド200は、124μm以上181μm以下の外径を有する。なお、各コア部から樹脂被覆300への漏洩損失LLの増加を抑制するため、共通クラッド200の断面内における直線配列群G0の適正位置を決定するため、OCT(Outer Cladding Thickness)が設定されている。なお、本明細書において、「OCT」は、中心軸AXから最も離れた位置にあるコア部のコア中心から共通クラッド200の外周面までの最短距離である。また、共通クラッド200の外周に設けられた樹脂被覆は、195μm以上250μm以下の外径を有する。ただし、樹脂被覆300は単一層で構成される必要はない。図1の例では、樹脂被覆300は、共通クラッド200の外周面を取り囲む内側被覆310と、該内側被覆310の外周面を取り囲む外側被覆320により、構成されている。汎用SMFのクラッド外径との整合を考慮すると、共通クラッド200の外径は124~126μmであることが望ましい。このとき、樹脂被覆300の外径は最小195μmまでは、光学特性や製造性に支障なく実現できるので望ましい。また、汎用SMFの樹脂被覆外径との整合を考慮すると、樹脂被覆300の外径は250μm程度であることが望ましい.このとき、共通クラッド200の外径は最大179~181μmまでは、光学特性や製造性に支障なく実現できるので望ましい。
図1に示された4個のコア部の一部であって互いに隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bとの断面構造と配置関係の例が図2に示されている。図2に示されたように、第1コア部100Aはトレンチアシスト型構造を有し、該トレンチアシスト型構造は、外径2a1を有するとともにコア中心AX1を含むコア110Aと、外径2b1を有するとともにコア110Aの屈折率よりも低い屈折率を有する内クラッド120Aと、外径2c1を有するとともに内クラッド120Aの屈折率よりも低い屈折率を有するトレンチ層130Aと、により構成されている。一方、第2コア部100Bもトレンチアシスト型構造を有し、該トレンチアシスト型構造は、外径2a2を有するとともにコア中心AX2を含むコア110Bと、外径2b2を有するとともにコア110Bの屈折率よりも低い屈折率を有する内クラッド120Bと、外径2c2を有するとともに内クラッド120Bの屈折率よりも低い屈折率を有するトレンチ層130Bと、により構成されている。第1コア部100Aにおけるトレンチ層130Aの外側半径(c1)は、第2コア部100Bにおけるトレンチ層130Bの外側半径(c2)と異なってもよい。また、これら隣接するトレンチ層130A、130Bはオーバーラップしてもよい。
更に、図2に示されたように、隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bの位置関係は、トレンチ層130Aとトレンチ層130Bとの間の最短距離w[μm]と、コア中心AX1とコア中心AX2との中心間距離である間隔Λ[μm]により決定される。具体的には、共通クラッド200が124μm以上126μm以下の外径を有する場合、間隔Λ[μm]は、
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
または
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たす。
22.5μm≦ Λ ≦ 27.8μm
または
23μm≦ Λ ≦ 25μm
なる条件を満たす。
また、第1コア部100Aのトレンチ層130Aの外周面と第2コア部100Bのトレンチ層130Bの外周面との最短距離を間隔w[μm]とするか、または、式「Λ-(c1+c2)」で与えられる値を間隔w[μm]とするとき、間隔w[μm]と間隔Λ[μm]は、
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3-0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ -1.46w+27.8
なる関係を満たす。加えて、第1および第2コア部100A、100Bのトレンチ層130A、130Bの外周面間を最短距離で結ぶ第1線分の中点と、第1および第2コア部100A、100Bのコア中心AX1、AX2同士を結ぶ第2線分の中点と、のズレ量d[μm]が上記式(3)で与えられた場合、該ズレ量d[μm]は、
d ≦ -(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ-(79.360w+271.139)
d ≦ -0.246Λ-0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w-12.539
なる関係を満たしている。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
0μm≦ w ≦ 2.49μm
0.0133w3-0.129w2+0.885w+22.5 ≦ Λ ≦ -1.46w+27.8
なる関係を満たす。加えて、第1および第2コア部100A、100Bのトレンチ層130A、130Bの外周面間を最短距離で結ぶ第1線分の中点と、第1および第2コア部100A、100Bのコア中心AX1、AX2同士を結ぶ第2線分の中点と、のズレ量d[μm]が上記式(3)で与えられた場合、該ズレ量d[μm]は、
d ≦ -(0.104w+0.324)Λ2+(5.721w+19.220)Λ-(79.360w+271.139)
d ≦ -0.246Λ-0.501w+6.471
d ≧0.439Λ+0.501w-12.539
なる関係を満たしている。なお、第1コア部と第2コア部の位置関係において、第1線分の中点が第2線分の中点よりも第1コア部側に位置する場合、ズレ量d[μm]はマイナスの値となる。
この第1実施形態に係るMCF10Aの断面において、当該MCF10Aの直線L0(図1および図2参照)に沿った屈折率プロファイル、特に、第1コア部100A(コア中心AX1を含む)と第2コア部100B(コア中心AX2を含む)が交互に配置された直線配列群G0の屈折率プロファイルが、図3に示されている。図3に示されたように、第1コア部100Aを構成するコア110A、内クラッド120Aおよびトレンチ層130Aの外径は、それぞれ2a1[μm]、2b1[μm]および2c1[μm]である。また、第1コア部100Aを構成するコア110A、内クラッド120Aおよびトレンチ層130Aの比屈折率差(共通クラッド200の屈折率を基準とした比屈折率差Δであって、図3中には、共通クラッド200の屈折率レベルLVcladが示されている)は、それぞれΔco,1[%]、Δic,1[%]、Δt,1[%]である。第2コア部100Bを構成するコア110B、内クラッド120Bおよびトレンチ層130Bの外径は、それぞれ2a2[μm]、2b2[μm]および2c2[μm]である。また、第2コア部100Bを構成するコア110B、内クラッド120Bおよびトレンチ層130Bの比屈折率差(共通クラッド200の屈折率を基準とした比屈折率差Δ)は、それぞれΔco,2[%]、Δic,2[%]、Δt,2[%]である。
なお、本明細書において、共通クラッド200の屈折率n0を基準とした、屈折率n1を有する任意のガラス領域(例えばコア110A、110B等)の比屈折率差Δ[%]は、
Δ=100(n1 2-n0 2)/2n0 2
なる式で与えられる。したがって、共通クラッド200の屈折率よりも高い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は正の値となり、共通クラッド200の屈折率よりも低い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は負の値となる。また、共通クラッド200以外の任意のガラス領域間の比屈折率差は、共通クラッド200の屈折率を基準とした一方のガラス領域の比屈折率差と、共通クラッド200の屈折率を基準とした他方のガラス領域の比屈折率差との差の絶対値で与えられるものとする。
Δ=100(n1 2-n0 2)/2n0 2
なる式で与えられる。したがって、共通クラッド200の屈折率よりも高い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は正の値となり、共通クラッド200の屈折率よりも低い屈折率を有するガラス領域の比屈折率差は負の値となる。また、共通クラッド200以外の任意のガラス領域間の比屈折率差は、共通クラッド200の屈折率を基準とした一方のガラス領域の比屈折率差と、共通クラッド200の屈折率を基準とした他方のガラス領域の比屈折率差との差の絶対値で与えられるものとする。
図3に示されたように、直線配列群G0を構成する4個のコア部それぞれの屈折率プロファイルは、少なくとも、第1コア部100Aに相当するコア部における比屈折率差(Δco,1-Δic,1)と第2コア部100Bに相当するコア部における比屈折率差(Δco,2-Δic,2)とが実質的に一致するよう設計されている。特に、コア中心AX1を含む第1コア部100Aの屈折率プロファイルは、内クラッド120Aの屈折率が共通クラッド200の屈折率よりも高く設定されている。一方、コア中心AX2を含む第2コア部100Bの屈折率プロファイルは、内クラッド120Bの屈折率が共通クラッド200の屈折率よりも低く設定されている(第1コア部100Aとは大小関係が逆)。このような異なる屈折率プロファイルを有する第1コア部100Aと第2コア部100Bが直線L0に沿って交互に配置されることにより、屈折率プロファイルのオフセット構造が実現される。
より具体的に第1コア部100Aの屈折率プロファイルの構造と第2コア部100Bの屈折率プロファイルの構造を比較すると、本実施形態では、第1コア部100Aおよび第2コア部100Bは、
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 - Δic,1≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 - Δic,2≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
-0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たしている。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。また、第1コア部100Aおよび第2コア部100Bは、
0.001Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
または、
0.002Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たしている。
Δco,1 > Δic,1> Δt,1
Δco,2 > Δic,2> Δt,2
0.32% ≦ Δco,1 - Δic,1≦ 0.40%
0.32% ≦ Δco,2 - Δic,2≦ 0.40%
Δt,1≦ 0%
Δt,2 < 0%
Δic,1 ≦ 0.10%
-0.10% ≦ Δic,2
なる関係を満たしている。より好ましくは、
Δic,2 < 0% < Δic,1
である。また、第1コア部100Aおよび第2コア部100Bは、
0.001Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.001Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
または、
0.002Λ ≦ Δco,1 - Δco,2
0.002Λ ≦ Δic,1 - Δic,2
なる関係を満たしている。
更に、第1コア部100Aおよび第2コア部100Bは、
Δt,1 ≦ -0.5%
Δt,2 ≦ -0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たすのが好ましい。
Δt,1 ≦ -0.5%
Δt,2 ≦ -0.5%
0.34≦ a1/b1≦ 0.42
0.34≦ a2/b2≦ 0.42
なる関係を満たすのが好ましい。
(第2実施形態)
図4は、本開示の第2実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図4に示された第2実施形態に係るMCF10Bは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図4は、本開示の第2実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図4に示された第2実施形態に係るMCF10Bは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図4に示された第2実施形態に係るMCF10Bは、12個のコア部と、該12個のコア部それぞれを取り囲む共通クラッド200と、共通クラッド200の外周面を取り囲む樹脂被覆300と、を備える。樹脂被覆300は、共通クラッド200の外周面を取り囲む内側被覆310と、内側被覆310の外周面を取り囲む外側被覆320により構成されている。ただし、樹脂被覆300は、単一層で構成されていてもよい。12個のコア部は、上述の第1コア部100Aに相当するグループと、上述の第2コア部100Bに相当するグループから構成され、正方格子を構成するよう配置されている。また、この第2実施形態では、当該MCF10Bの断面(中心軸AXと直交する面)上において、12個のコア部が、4本の直線L1、L2、L3、L4に沿って配置されている。なお、直線L1と直線L2は互いに平行であり、直線L3と直線L4も互いに平行である。また、2本の直線L1、L2に対して、2本の直線L3、L4は直交している。
直線L1上には、直線配列群G1を構成する4個のコア部が、第1コア部100Aと第2コア部100Bが交互に並ぶように配置されている。直線L2上には、直線配列群G2を構成する4個のコア部が、第1コア部100Aと第2コア部100Bが交互に並ぶように配置されている。直線L3上には、直線配列群G3を構成する4個のコア部が、第1コア部100Aと第2コア部100Bが交互に並ぶように配置されている。直線L4上には、直線配列群G4を構成する4個のコア部が、第1コア部100Aと第2コア部100Bが交互に並ぶように配置されている。
図4に示された例では、4個の直線配列群G1乃至G4を含む12個のコア部は、当該MCF10Bの中心軸AXと交差する基準直線を対称軸としてそれぞれのコア中心AX1、AX2の位置が線対称となるように、配置されている。また、12個のコア部は、当該MCF10Bの中心軸AXを回転中心としてそれぞれのコア中心AX1、AX2の位置が2回以上の回転対称性を有するように、配置されている。このように線対称性や回転対称性を有するコア部配置では、第1コア部100Aと第2コア部100Bの識別が難しくなる。そこで、この第2実施形態では、共通クラッド200の屈折率とは異なる屈折率を有するマーカー400が設けられている。マーカー400は、12個のコア部におけるコア中心AX1、AX2の配置の対称性を崩す位置に配置される。このマーカー400が、第1コア部100Aと第2コア部100Bの識別を可能にする。
(第3実施形態)
図5は、本開示の第3実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図5に示された第3実施形態に係るMCF10Cは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図5は、本開示の第3実施形態に係るMCFの断面構造を示す図である。なお、図5に示された第3実施形態に係るMCF10Cは、上述の第1実施形態に係るMCF10Aと比較して、共通クラッド200内に設けられるコア部の数および配列構造が異なるが、第1実施形態に係るMCF10Aと同様の技術的効果が得られる。
図5に示された第3実施形態に係るMCF10Cは、8個のコア部と、該8個のコア部それぞれを取り囲む共通クラッド200と、共通クラッド200の外周面を取り囲む樹脂被覆300と、を備える。樹脂被覆300は、共通クラッド200の外周面を取り囲む内側被覆310と、内側被覆310の外周面を取り囲む外側被覆320により構成されている。ただし、樹脂被覆300は、単一層で構成されていてもよい。8個のコア部は、上述の第1コア部100Aに相当するグループと、上述の第2コア部100Bに相当するグループから構成されている。また、この第3実施形態では、当該MCF10Cの断面(中心軸AXと直交する面)上において、4個のコア部が、直線L0(当該MCF10Cの中心軸AXと交差する直線)に沿って配置されている。直線L0上におけるコア部の配列は、上述の第1実施形態と同様である。すなわち、直線L0上には、直線配列群G0を構成する4個のコア部が、第1コア部100Aと第2コア部100Bが交互に並ぶように配置されている。
また、図5に示された例では、直線配列群G0を含む8個のコア部は、当該MCF10Cの中心軸AXと交差する基準直線を対称軸としてそれぞれのコア中心AX1、AX2の位置が線対称となるように、配置されている。また、8個のコア部は、当該MCF10Bの中心軸AXを回転中心としてそれぞれのコア中心AX1、AX2の位置が2回以上の回転対称性を有するように、配置されている。なお、この第3実施形態においても、上述の第2実施形態と同様にマーカー400が配置されてもよい。
(測定結果)
図6は、測定用に用意された複数サンプルの構造パラメータを示す表である。図7は、図6に示された各サンプルの測定結果を示す表である。
図6は、測定用に用意された複数サンプルの構造パラメータを示す表である。図7は、図6に示された各サンプルの測定結果を示す表である。
用意されたサンプル#1は、第1実施形態(図1)と同様に、直線配列群G0(4個のコア部が一列(直列)に配置された配列構成要素)を含むサンプルであり、共通クラッド200の外径(以下、単に「クラッド外径」と記す)は125μmである。サンプル#2も、第1実施形態(図1)と同様に、直線配列群G0を含むサンプルであり、クラッド外径は125μmである。サンプル#3も、第1実施形態(図1)と同様に、直線配列群G0を含むサンプルであり、クラッド外径は125μmである。サンプル#4は、第2実施形態(図4)と同様に、4個の直線配列群G1乃至G4(12個のコア部が正方格子を構成するよう配置された配列構成要素)を含むサンプルであり、クラッド外径は180μmである。
なお、図6には、サンプル#1乃至#4それぞれにおける第1コア部100Aの構造パラメータとして、共通クラッド200の屈折率(図3には、共通クラッド200の屈折率レベルLVcladが示されている)を基準としたコア110Aの比屈折率差Δco,1[%]、内クラッド120Aの比屈折率差Δic,1[%]、トレンチ層130Aの比屈折率差Δt,1[%]、コア110Aの半径a1[μm]、内クラッド120Aの外側半径b1[μm]およびトレンチ層130Aの外側半径c1[μm]が示されている。また、図6には、サンプル#1乃至#4それぞれにおける第2コア部100Bの構造パラメータとして、共通クラッド200の屈折率を基準値したコア110Bの比屈折率差Δco,2[%]、内クラッド120Bの比屈折率差Δic,2[%]、トレンチ層130Bの比屈折率差Δt,2[%]、コア110Bの半径a2[μm]、内クラッド120Bの外側半径b2[μm]およびトレンチ層130Bの外側半径c2[μm]が示されている。なお、図6の表中、「OCT」は、MCFの中心軸AXから最も離れたコア部のコア中心から共通クラッド200の外周面までの最短距離である。
図7は、図6に示されたサンプル#1乃至#4それぞれの測定結果を示す表である。図7の表には、第1コア部100A、第2コア部100Bそれぞれの、ケーブルカットオフ波長λcc[μm]、零分散波長λ0[μm]、λ0における分散スロープ(零分散スロープ)S0[ps/(nm2・km)]、MFD[μm]、および漏洩損失LL[dB/km]が示されている。また、表中の「コア間XT」は、隣接する第1コア部100Aと第2コア部100Bとの間のクロストークを意味する。なお、MFDは、波長1310nmでの値である。漏洩損失LLとコア間XTは、サンプル#1からサンプル#3では波長1310nmでの値が示されており、サンプル#4では波長1625nmでの値が示されている。コア間XTは、ファイバ曲げ半径0.14mでの値である。
近年導入されつつある低伝送損失の汎用SMFにおいては、波長1310nmで約0.3dB/kmの伝送損失が実現されている。このことから、MCFにおいて波長1310nmで0.4dB/km以下の伝送損失を実現するためには、波長1310nmにおける被覆への漏洩損失LLが0.1dB/km以下であることが好ましい。一般的な汎用SMFの伝送損失は、波長1310nmにおいて0.32dB/km以上0.35dB/km以下なので、MCFにおいて波長1310nmで0.4dB/km以下の伝送損失を実現するためには、波長1310nmにおける被覆への漏洩損失LLが0.08dB/km以下であることが好ましく、0.05dB/km以下であることが更に好ましい。図7から分かるように、このような要求仕様は本実施形態により満たされる。
なお、図7に示された測定結果からも分かるように、上述の構造条件を第1コア部100Aおよび第2コア部100Bが満たすことにより、上述の第1乃至第3実施形態に係るMCF10A乃至10Cは、好ましい光学特性として、波長1310nmにおいて8.0μm以上10.1μm以下のMFDと、1260nm以下のケーブルカットオフ波長と、1260nm以上1360nm以下の波長帯において0.5dB/km以下(好ましくは0.4dB/km以下)の伝送損失と、を実現することが可能になる。また、直線配列群G0を構成する4個のコア部(または、直線配列群G1乃至G4を構成する12個のコア部)の零分散波長において、最大零分散波長と最小零分散波長との差(波長幅)を24nm以下に調整することが可能になる。7cm以上14cm以下の曲げ半径または14cm以上20cm以下の曲げ半径で当該MCF10A乃至10Cを曲げた状態で、第1コア部100Aにおけるコア110Aと第2コア部100Bにおけるコア110Bとの間のXTは、0.01/km以下となる。当該MCF10A乃至10Cの零分散波長は、1300nm以上1324nm以下の範囲に収めることも可能になる。また、このような零分散波長における当該MCF10A乃至10Cの分散スロープは、0.092ps/(nm2・km)以下となる。更に、5mm以上(好ましくは3mm以上)の曲率半径で曲げられた当該MCF10A乃至10Cの曲げ損失を、波長1310nmにおいて0.25dB/turn以下に調整することも可能になる。
次に、本開示のMCF10A乃至10Cにおける光学特性の適正範囲の根拠について説明する。図8は、ファイバ径(共通クラッドの外径)の異なる複数サンプルについて、ファイバ曲げ半径[μm]と累積破断確率(1turnの曲げで10年経過後を想定して計算された破断確率)との関係を示すグラフである。なお、図8において、グラフG810は、250μmのクラッド外径(上記ファイバ径に相当する共通クラッド200の外径)を有するサンプルの測定値、グラフG820は、225μmのクラッド外径を有するサンプルの測定値、グラフG830は、200μmのクラッド外径を有するサンプルの測定値、グラフG840は、175μmのクラッド外径を有するサンプルの測定値、グラフG850は、150μmのクラッド外径を有するサンプルの測定値、グラフG860は、125μmのクラッド外径を有するサンプルの測定値、をそれぞれ示す。
クラッド外径が125±1μmであることにより、従来用いられている汎用SMFと同一のコネクタ用フェルールなどの周辺部品を用いることが可能になる。クラッド外径が125±1μm以上180±1μm以下であることにより、従来の汎用SMFと同等の樹脂被覆外径(250μm前後)での被覆が可能になり、従来用いられているケーブル化技術を用いることができる。このことは、伝送システムの低コスト化の面で好ましい。また、図8に示されたように、ファイバ曲げ時の破断確率は、ファイバ曲げの曲率半径が小さくなるにつれて増加するが、クラッド外径が太くなるにつれて破断確率が急上昇する閾値的曲率半径が大きくなっていく。クラッド外径が125±1μm或いは更に細いことで、上記閾値的曲率半径を5mm未満に抑えることができるので好ましい。
波長1310nmにおける伝送損失が0.5dBdB/km、好ましくは0.4dB/km以下であることで、現在広く用いられているITU-T G.652規格やG.657規格に準拠するシングルコアSMFに対して、伝送損失の大きな増加がない。
また、漏洩損失LLの影響を受けていないコアの伝送損失をコア本来の伝送損失とすると、波長1310nmにおけるコア本来の伝送損失は、純シリカコアでは約0.3dB/kmを実現可能である。GeO2添加コアでは0.32dB/km以上0.35dB/km以下を実現可能である。そのため、本開示のMCFにおいて、波長1310nmにおいて、「コア本来の伝送損失」に「漏洩損失LL」を加えた「伝送損失」は、0.5dB/km、更には0.4dB/km以下であるのが好ましい。Oバンド全域において、この「伝送損失」が0.4dB/km以下であることが更に好ましい。
波長1310nmにおけるMFDが8.0μm以上10.1μm以下であることで、従来の汎用SMFを前提としたシステムや部品との接続損失を低減できる。また、ある程度の軸ずれが生じても接続損失を小さく抑えることができる。
波長1310nmにおいて、曲率半径Rが5mm以上または3mm以上での曲げ損失が0.25dB/turn以下であるのが好ましい。この場合、ハイパフォーマンスコンピューティングやデータセンターなどでの光インターコネクト配線としての利用において、小さな曲率半径のファイバ曲げが付与された場合でも、大きな伝送損失増加を抑制することができる。なお、波長1310nmにおいて、曲率半径Rが3mmでの曲げ損失が0.10dB/turn以下であることで、より厳しい条件下でも、伝送損失増加をより抑制することができる。
零分散波長が1300nm以上1324nm以下であることで、短距離光伝送に利用されるOバンドでの波長分散を小さく抑えることができる。これにより、送受信機における波長分散補償のコスト(価格や消費電力のコスト)を抑えることができる。
ケーブルカットオフ波長が1260nm以下であることで、短距離光伝送に利用されるOバンドでのシングルモード動作を担保することができる。2mカットオフ波長が1260nm以下であると、更に好ましい。
波長1310nmにおいて、隣接するコア間におけるXTが0.001/km以下であることで、隣接するコア間で逆伝搬方向に信号光を伝送する場合に、コア間XTにより生じる雑音を十分小さく抑えることができる。また、隣接するコア間におけるXTが0.001/km以下であることで、全てのコアで同一伝搬方向に信号光を伝送する場合でも、コア間XTにより生じる雑音を十分小さく抑えることができる。
上述のように4個以上のコアのうちコア中心から樹脂被覆までの距離が最も短いコアでは、波長1550nmまたは波長1625nmにおける伝送損失が0.4dB/kmより大きい。ITU-T G.652規格やG.657規格に準拠しない大きな値に敢えて設定することで、より小さなOCTが実現される。この場合、最外周コアを被覆に近づけることが可能になるため、外径が125μm前後のクラッド内により多くのコアを直列配置された状態で詰め込むことが可能になる。また、外径が125μm前後のクラッド内により大きなMFDを有するコアを詰め込むことも可能になる。更には、コア間XTや間隔Λ(隣接するコア間の中心間距離)のバラツキに対する製造上の設計マージンも広がる。
零分散波長における波長分散スロープが0.092ps/(nm2・km)以下であることで、高速光伝送時に高次の波長分散による信号波形の歪みが抑圧され得る。また、波長分割多重伝送のためにOバンド内の広い波長範囲を利用する場合にも、使用帯域内の波長分散の最大値を抑えられる(信号波形の歪が抑圧され得る)。
本開示のMCFは、クラッド内中に空孔が存在しない全固体型ファイバであることが好ましい。空孔を有するMCFの場合、空孔に水などの異物が侵入し、コアの伝送特性に影響を与えることがある。この影響を抑えるため、ファイバ端面において空孔を塞ぐ処理を行わなければならず、空孔は、ファイバ接続や、ファイバへのコネクタ取り付けのコストを増加させる要因となる。また、ファイバ線引き中に、空孔内の気圧を微細に制御する必要があるため(空孔径の制御を行って、コアの光学特性を所望の値にする必要がある)、空孔は、製造コストの増加要因ともなる。
10A、10B、10C…MCF、100A…第1コア部、100B…第2コア部、110A、110B…コア、120A、120B…内クラッド、130A、130B…トレンチ層、200…共通クラッド、300…樹脂被覆、310…内側被覆、320…外側被覆、400…マーカー、G0、G1、G2、G3、G4…直線配列群。
Claims (5)
- 中心軸に沿って伸びる複数のコア部であって、それぞれが、前記中心軸に沿って伸びるコアと、前記コアの外周を取り囲む内クラッドと、前記内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する複数のコア部と、
前記複数のコア部それぞれの前記トレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する共通クラッドと、
前記共通クラッドの外周面を取り囲む樹脂被覆と、
を備え、
前記中心軸に直交する、当該マルチコア光ファイバの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含み、
前記直線配列群を構成する前記4個のコア部は、少なくとも前記コアと前記内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有し、
前記4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、前記共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なる、
マルチコア光ファイバ。 - 中心軸に沿って伸びる複数のコア部であって、それぞれが、前記中心軸に沿って伸びるコアと、前記コアの外周を取り囲む内クラッドと、前記内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する複数のコア部と、
前記複数のコア部それぞれの前記トレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する共通クラッドと、
前記共通クラッドの外周面を取り囲む樹脂被覆と、
を備え、
前記中心軸に直交する、当該マルチコア光ファイバの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含み、
前記直線配列群を構成する前記4個のコア部は、少なくとも前記コアと前記内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有し、
前記4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、前記共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なり、
当該マルチコア光ファイバの前記断面上において、前記直線配列群を含む前記複数のコア部は、前記中心軸と前記断面との交点を通る基準直線を対称軸としてそれぞれの前記コア中心の位置が線対称となるように、配置され、
前記第1コア部における前記トレンチ層の外側半径は、前記第2コア部における前記トレンチ層の外側半径と異なる、
マルチコア光ファイバ。 - 中心軸に沿って伸びる複数のコア部であって、それぞれが、前記中心軸に沿って伸びるコアと、前記コアの外周を取り囲む内クラッドと、前記内クラッドの外周面を取り囲むトレンチ層と、を有する複数のコア部と、
前記複数のコア部それぞれの前記トレンチ層の外周面を取り囲むとともに124μm以上181μm以下の外径を有する共通クラッドと、
前記共通クラッドの外周面を取り囲む樹脂被覆と、
を備え、
前記中心軸に直交する、当該マルチコア光ファイバの断面上で規定される直線上にそれぞれのコア中心が位置する少なくとも4個のコア部により構成される直線配列群を含み、
前記直線配列群を構成する前記4個のコア部は、少なくとも前記コアと前記内クラッドとの比屈折率差が等しい屈折率プロファイルをそれぞれ有し、
前記4個のコア部のうち、それぞれのコア中心の間隔がΛ[μm]で、互いに隣接する第1コア部と第2コア部それぞれのコアの、前記共通クラッドの屈折率を基準とした比屈折率差の差が0.001Λ[%]以上異なり、
当該マルチコア光ファイバの前記断面上において、前記直線配列群を含む前記複数のコア部は、前記中心軸と前記断面との交点を回転中心としてそれぞれの前記コア中心の位置が2回以上の回転対称性を有するように、配置され、
前記第1コア部における前記トレンチ層の外側半径は、前記第2コア部における前記トレンチ層の外側半径と異なる、
マルチコア光ファイバ。 - 前記樹脂被覆は、単一層で構成されている、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。 - 前記樹脂被覆は、前記共通クラッドの外周面を取り囲む内側被覆と、前記内側被覆の外周面を取り囲む外側被覆により構成されている、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
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