(57)【要約】      （修正有）【課題】クロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる光ファイバおよびこれを用いた光システムを提供すること。【解決手段】光ファイバ１０は、第１コア部１と、第２コア部３と、第１コア部および第２コア部を囲むように形成された、少なくとも第２コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部４と、第１コア部を囲むように形成された、第１コア部の最大屈折率およびクラッド部の屈折率よりも低い平均屈折率を有する光閉じ込め層２と、を備え、第１コア部が第１波長を有する光給電用の第１光をマルチモード伝送するように構成されており、第２コア部が第２波長を有し第１光よりもパワーが小さい第２光を伝送するように構成されている。【選択図】図１
2020095128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コア部と、
第２コア部と、
前記第１コア部および前記第２コア部を囲むように形成された、少なくとも前記第２コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部と、
前記第１コア部を囲むように形成された、前記第１コア部の最大屈折率および前記クラッド部の屈折率よりも低い平均屈折率を有する光閉じ込め層と、
を備え、前記第１コア部が第１波長を有する光給電用の第１光をマルチモード伝送するように構成されており、前記第２コア部が第２波長を有し前記第１光よりもパワーが小さい第２光を伝送するように構成されている
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記第２光は通信用の信号光であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記第２コア部が前記第２光をシングルモード伝送するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記第１波長と前記第２波長とが互いに異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記光閉じ込め層はリング状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記第２コア部は、前記光閉じ込め層内に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記第２コア部は、前記光閉じ込め層に一部が重畳するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記第２コア部は、前記光閉じ込め層の外側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項９】
複数の前記第２コア部を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
複数の前記光閉じ込め層を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記光閉じ込め層はフッ素を添加したガラスからなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記光閉じ込め層はリング状の間隙からなり、前記間隙の内部と外部とを連結する支持柱をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記支持柱は、前記第１コア部に対して前記第２コア部とは反対側に配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
前記支持柱は、前記支持柱と前記第１コア部と前記第２コア部とが直線的に並ばないように配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記支持柱は２の倍数本形成されていることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１６】
前記第１コア部は中心軸が当該光ファイバの中心軸と略一致するように配置されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一つに記載の光ファイバと、
前記第１コア部に前記第１光を入力させ、前記第２コア部に前記第２光を入力させる光入力部と、
を備えることを特徴とする光システム。
【請求項１８】
前記光入力部は、前記第１光および前記第２光を前記光ファイバに入力させる光ファイババンドルを備えることを特徴とする請求項１７に記載の光システム。
【請求項１９】
前記光入力部は、前記第１光および前記第２光を前記光ファイバに入力させる空間光学系を備えることを特徴とする請求項１７に記載の光システム。
【請求項２０】
前記第１光はレーザ光および太陽光の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一つに記載の光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよび光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバによって通信用の信号光と給電用の光エネルギーとを同時に伝送する技術が開示されている。たとえば、特許文献１では、双方向通信用の２本の光ファイバの一方を信号光伝送に用い、もう一方を光エネルギー伝送に用いるシステムが開示されている。また、特許文献２では、マルチコアファイバの通信用コアを信号光伝送に用い、エネルギー伝送用コアを光エネルギー伝送に用いて同時伝送を行う技術が開示されている。また、非特許文献１では、ダブルクラッドファイバを用いて同時伝送を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０１３３１１号公報
【特許文献２】特開平８−３３１０６１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】上山  他、「ダブルクラッド光ファイバを用いた多チャネル信号・電力同時伝送」信学技報,  vol.  118,  no.  202,  OFT2018-7,  pp.  5-9,  2018年8月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術では、信号光伝送用と光エネルギー伝送用とで別々の光ファイバを準備しなければならないので、新たに光ファイバを敷設してシステムを構築する場合には、敷設スペースやコスト等の問題が生じ得る。特許文献１の技術では、１本のマルチコアファイバで同時伝送を行うことができるが、光エネルギー伝送用コアのコア径が非常に大きいため、通信用コアとの間でのクロストークが問題となり得る。クロストークは伝送される光エネルギーおよび信号光の強度の低下の原因となる。また、非特許文献１の技術では、ダブルクラッドファイバにおける信号光伝送領域と光エネルギー伝送領域とは本質的に重畳しているので、クロストークがより一層問題となり得る。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、クロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる光ファイバおよびこれを用いた光システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバは、第１コア部と、第２コア部と、前記第１コア部および前記第２コア部を囲むように形成された、少なくとも前記第２コア部の最大屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド部と、前記第１コア部を囲むように形成された、前記第１コア部の最大屈折率および前記クラッド部の屈折率よりも低い平均屈折率を有する光閉じ込め層と、を備え、前記第１コア部が第１波長を有する光給電用の第１光をマルチモード伝送するように構成されており、前記第２コア部が第２波長を有し前記第１光よりもパワーが小さい第２光を伝送するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第２光は通信用の信号光であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第２コア部が前記第２光をシングルモード伝送するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第１波長と前記第２波長とが互いに異なることを特徴とする。
【００１１】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記光閉じ込め層はリング状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第２コア部は、前記光閉じ込め層内に配置されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第２コア部は、前記光閉じ込め層に一部が重畳するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第２コア部は、前記光閉じ込め層の外側に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の一態様に係る光ファイバは、複数の前記第２コア部を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の一態様に係る光ファイバは、複数の前記光閉じ込め層を備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記光閉じ込め層はフッ素を添加したガラスからなることを特徴とする。
【００１８】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記光閉じ込め層はリング状の間隙からなり、前記間隙の内部と外部とを連結する支持柱をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記支持柱は、前記第１コア部に対して前記第２コア部とは反対側に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記支持柱は、前記支持柱と前記第１コア部と前記第２コア部とが直線的に並ばないように配置されている。
【００２１】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記支持柱は２の倍数本形成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の一態様に係る光ファイバは、前記第１コア部は中心軸が当該光ファイバの中心軸と略一致するように配置されている。
【００２３】
本発明の一態様に係る光システムは、前記光ファイバと、前記第１コア部に前記第１光を入力させ、前記第２コア部に前記第２光を入力させる光入力部と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の一態様に係る光システムは、前記光入力部は、前記第１光および前記第２光を前記光ファイバに入力させる光ファイババンドルを備えることを特徴とする。
【００２５】
本発明の一態様に係る光システムは、前記光入力部は、前記第１光および前記第２光を前記光ファイバに入力させる空間光学系を備えることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一態様に係る光システムは、前記第１光はレーザ光および太陽光の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれは、クロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる光ファイバを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態１に係る光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】図２は、実施形態２に係る光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。
【図３】図３は、実施形態３、４、５に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施形態６、７に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施形態８、９に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施形態１０に係る光システムの模式的な構成図である。
【図７】図７は、図６に示す光入力部と光ファイバとの接続部分の説明図である。
【図８】図８は、光エネルギーの光入力部への入力の一例の説明図である。
【図９】図９は、実施例１に係る光ファイバの説明図である。
【図１０】図１０は、図９における第２コア部近傍の屈折率プロファイルを示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態１１に係る光ファイバの模式的な断面およびその一部拡大図である。
【図１２】図１２は、実施形態１２に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付し、適宜説明を省略している。また、本明細書においては、カットオフ（Ｃｕｔｏｆｆ）波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するケーブルカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＧ．６５０．１およびＧ．６５０．２における定義、測定方法に従うものとする。
【００３０】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ１０は、第１コア部１と、光閉じ込め層２と、第２コア部３と、クラッド部４と、を備えている。プロファイルＰ１は、第１コア部１の中心軸と第２コア部３の中心軸とを含む面における屈折率プロファイルを、クラッド部４に対する比屈折率差で示したものである。
【００３１】
光閉じ込め層２は、第１コア部１に直接隣接して第１コア部１を囲むように形成されているリング状の層である。第２コア部３は光閉じ込め層２の外側に配置されている。クラッド部４は、第１コア部１および第２コア部３を囲むように形成されている。クラッド部４は、第１コア部１とは光閉じ込め層２を挟んで隣接しており、第２コア部３とは直接隣接している。クラッド部４の外周には被覆が形成されていてもよい。
【００３２】
プロファイルＰ１が示すように、クラッド部４は、少なくとも第２コア部３の最大屈折率よりも低い屈折率を有する。光閉じ込め層２は、第１コア部１の最大屈折率およびクラッド部４の屈折率よりも低い平均屈折率を有する。
【００３３】
第１コア部１は、その最大屈折率の光閉じ込め層２の平均屈折率に対する比屈折率差の設定によって、第１波長を有する第１光をマルチモード伝送するように構成されている。また、第２コア部３は、その最大屈折率のクラッド部４の屈折率に対する比屈折率差の設定によって、第２波長を有する第２光をシングルモード伝送するように構成されている。第１光は光給電用の光であって比較的エネルギーが高く、第１コア部１のコア径も比較的大きい。また、第２光は通信用の信号光であり、第１光よりもパワーが小さい。なお、第２コア部３については、そのケーブルカットオフ波長が第２波長以下であることが好ましいが、第２波長より大きくても、たとえば敷設状態の調整によって、光ファイバ１０の全長において、第２コア部３が実質的に第２光をシングルモード伝送できればよい。また、第１コア部１については、所望のエネルギーの光を伝送できるように構成されていればよく、たとえばモード数などに特に限定は無い。
【００３４】
この光ファイバ１０では、クラッド部４の屈折率よりも低い平均屈折率を有する光閉じ込め層２を第１コア部１に直接隣接させて第１コア部１を囲むことによって、第１コア部１における第１光の閉じ込めを実現するとともに、クラッド部４を直接隣接させて囲むよりも第１コア部１への光閉じ込めを強化している。これにより、光ファイバ１０は、第１コア部１と第２コア部３との間のクロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる。
【００３５】
また、光閉じ込め層２で第１コア部１を囲むことによって、比較的パワーが高くエネルギーが高い光給電用の第１光を第１コア部１に効果的に閉じ込めることができる。これにより、たとえば第１光の一部が比較的高いパワーで漏洩して光ファイバ１０の被覆に損傷を与えたり、光ファイバ１０の外部まで漏洩したりすることも防止または抑制できる。
【００３６】
なお、光閉じ込め層２の層厚や平均屈折率は、第１コア部１に対する所望の光閉じ込め特性と所望のクロストーク抑制とを実現するように設計すればよい。また、第１コア部１でマルチモード伝送される第１光の第１波長と、第２コア部３でシングルモード伝送される第２光の第２波長とが互いに異なれば、クロストークの抑制効果が高くなるので好ましい。
【００３７】
光ファイバ１０の構成材料を例示すると、第２コア部３は、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの屈折率を高めるドーパントが添加された石英ガラスからなる。第１コア部１、クラッド部４は、屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。光閉じ込め層２は、フッ素（Ｆ）などの屈折率を低めるドーパントが添加された石英ガラスからなる。ただし、構成材料やドーパントは、上述した第１コア部１、光閉じ込め層２、第２コア部３、クラッド部４についての屈折率の大小関係が成立すれば、特に限定はされない。
【００３８】
（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る光ファイバの模式的な断面および屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ１０Ａは、第１コア部１と、光閉じ込め層２と、第２コア部３と、クラッド部４と、中間層５とを備えている。プロファイルＰ２は、第１コア部１の中心軸と第２コア部３の中心軸とを含む面における屈折率プロファイルを、クラッド部４に対する比屈折率差で示したものである。
【００３９】
中間層５は、第１コア部１に直接隣接して第１コア部１を囲むように形成されているリング状の層である。光閉じ込め層２は、第１コア部１とは中間層５を挟んで隣接している。第２コア部３は光閉じ込め層２の外側に配置されている。クラッド部４は、第１コア部１および第２コア部３を囲むように形成されている。クラッド部４は、第１コア部１とは中間層５および光閉じ込め層２を挟んで隣接しており、第２コア部３とは直接隣接している。
【００４０】
プロファイルＰ２が示すように、クラッド部４は、少なくとも第２コア部３の最大屈折率よりも低い屈折率を有する。光閉じ込め層２は、第１コア部１の最大屈折率およびクラッド部４の屈折率よりも低い平均屈折率を有する。中間層５は、第１コア部１の最大屈折率よりも低く、光閉じ込め層２の平均屈折率より高い屈折率を有する。本実施形態では中間層５とクラッド部４とは略同じ構成材料からなり、中間層５の屈折率はクラッド部４の屈折率と略同じである。
【００４１】
第１コア部１は、その最大屈折率の中間層５の屈折率に対する比屈折率差の設定、および光閉じ込め層２の平均屈折率の設定によって、第１波長を有する第１光をマルチモード伝送するように構成されている。また、第２コア部３は、実施形態１の場合と同様に、第２光をシングルモード伝送するように構成されている。
【００４２】
この光ファイバ１０Ａでは、中間層５を第１コア部１に直接隣接させて第１コア部１を囲むことによって、第１コア部１における第１光の光閉じ込めを実現するとともに、光閉じ込め層２によってその光閉じ込めを強化している。これにより、光ファイバ１０Ａは、第１コア部１と第２コア部３との間のクロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる。
【００４３】
（実施形態３〜５）
図３は、実施形態３、４、５に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、いずれも、実施形態１に係る光ファイバ１０と同様に、第１コア部１と、光閉じ込め層２と、第２コア部３と、クラッド部４と、を備えている。しかしながら、光ファイバ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃでは、第２コア部３の配置が互いに異なる。
【００４４】
図３（ａ）に示す光ファイバ２０Ａでは、第２コア３部は、光閉じ込め層２内に配置されている。図３（ｂ）に示す光ファイバ２０Ｂでは、第２コア３部は、光閉じ込め層２に一部が重畳するように配置されている。図３（ｃ）に示す光ファイバ２０Ｃでは、第２コア３部は、光閉じ込め層２の外側に、光閉じ込め層２の外周に略接するように配置されている。光ファイバ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのいずれにおいても、第１コア部１と第２コア部３との間には光閉じ込め層２が存在しているため、第１コア部１と第２コア部３との間のクロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる。
【００４５】
（実施形態６、７）
図４は、実施形態６、７に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ３０Ａ、３０Ｂは、いずれも、実施形態１に係る光ファイバ１０と同様に、第１コア部１と、光閉じ込め層２と、クラッド部４と、を備え、さらに複数の第２コア部３を備えている。
【００４６】
図４（ａ）に示す光ファイバ３０Ａでは、第１コア部１は、その中心軸が光ファイバ３０Ａの中心軸と略一致するように配置されている。また、４つの第２コア部３は、第１コア部１および光閉じ込め層２の外周側において、断面において菱形の略頂点の位置に配置されている。図４（ｂ）に示す光ファイバ３０Ｂでは、第１コア部１は、その中心軸が光ファイバ３０Ｂの中心軸と略一致するように配置されている。また、８つの第２コア部３は、第１コア部１および光閉じ込め層２の外周側において、断面において正八角形の略頂点の位置に配置されている。
【００４７】
光ファイバ３０Ａ、３０Ｂのいずれにおいても、第１コア部１と第２コア部３との間には光閉じ込め層２が存在しているため、第１コア部１と第２コア部３との間のクロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる。さらに、光ファイバ３０Ａ、３０Ｂは、複数の第２コア部３を備えているので、これらを用いていわゆる空間多重伝送を行い、通信容量を増加することができる。また、第１コア部１の中心軸が光ファイバ３０Ａ、３０Ｂの中心軸と略一致するように配置されているので、他の光学部品との接続容易性が高くなる。
【００４８】
なお、本実施形態では、複数の第２コア部がいずれも同じコア径および比屈折率差を有しており、同じ光学特性を有するが、たとえば複数の第２コア部に、光学特性が他とは異なるコア部が含まれていてもよい。
【００４９】
（実施形態８、９）
図５は、実施形態８、９に係る光ファイバの模式的な断面図である。光ファイバ４０Ａ、３０Ｂは、それぞれ、実施形態６、７に係る光ファイバ３０Ａ、３０Ｂと同様に、第１コア部１と、複数の第２コア部３と、クラッド部４と、を備え、さらに複数の光閉じ込め層２ａ、２ｂと、中間層６とを備えている。
【００５０】
光閉じ込め層２ａ、２ｂ、中間層６は、いずれもリング状である。光閉じ込め層２ａは、第１コア部１に直接隣接して第１コア部１を囲むように形成されている。中間層６、光閉じ込め層２ｂは、光閉じ込め層２ａに順次隣接して光閉じ込め層２ａを囲むように形成されている。光閉じ込め層２ｂはクラッド部４に囲まれている。光閉じ込め層２ａ、２ｂは、光閉じ込め層２と同様に、第１コア部１の最大屈折率およびクラッド部４の屈折率よりも低い平均屈折率を有する。光閉じ込め層２ａ、２ｂの層厚や平均屈折率は同じであっても互いに異なっていてもよい。
【００５１】
中間層６は、第１コア部１の最大屈折率よりも低く、光閉じ込め層２の平均屈折率より高い屈折率を有する。本実施形態では中間層６とクラッド部４とは略同じ構成材料からなるので、中間層６の屈折率はクラッド部４の屈折率と略同じである。
【００５２】
光ファイバ４０Ａ、４０Ｂのいずれにおいても、第１コア部１と第２コア部３との間には光閉じ込め層２ａ、２ｂが存在しているため、第１コア部１と第２コア部３との間のクロストークを抑制しつつ、信号光と光エネルギーとを同時に伝送できる。さらに、光ファイバ４０Ａ、４０Ｂでは、光閉じ込め層２ａ、２ｂが二重構造となっているので、第１コア部１への光閉じ込めを一層強化でき、クロストークが一層抑制される。
【００５３】
なお、本実施形態では、光閉じ込め層が光閉じ込め層２ａ、２ｂの二重構造となっているが、三重構造などのさらなる多重構造であってもよい。
【００５４】
（実施形態１０）
図６は、実施形態１０に係る光システムの模式的な構成図である。この光システム１００は、受信体２００に給電用の光エネルギーと通信用の信号光とを同時に伝送する光信号・光給電複合システムであり、光入力部１１０と、図４（ｂ）に示す光ファイバ３０Ｂとを備えている。
【００５５】
光入力部１１０は、外部から供給された給電用の光Ｌと通信用の８つの信号光ＳＬとを受け付け、第１光である光Ｌを光ファイバ３０Ｂの第１コア部１に入力させ、第２光である各信号光ＳＬを８つの第２コア部３のそれぞれに入力させる。光ファイバ３０Ｂは、光Ｌを第１コア部１でマルチモード伝送し、各信号光ＳＬを各第２コア部３でシングルモード伝送し、受信体２００に出力する。これにより、受信体２００に対して信号光伝送と光給電とを同時に行うことができる。
【００５６】
光Ｌの波長（第１波長）と各信号光ＳＬの波長（第２波長）とは、同じであってもよいが、互いに異なることがクロストーク抑制上好ましい。たとえば光Ｌを９００ｎｍ波長帯や１０００ｎｍ波長帯の光とし、各信号光ＳＬを１３００ｎｍ波長帯や１５００ｎｍ波長帯などの光通信で一般的に使用される波長帯の光としてもよい。
【００５７】
また、各信号光ＳＬに対しては、時分割多重、波長分割多重、コヒーレント通信などの、光通信に関する各種技術を適用できる。
【００５８】
図７は、光入力部１１０と光ファイバ３０Ｂとの接続部分の説明図である。光入力部１１０は、光ファイババンドル１１１を備えている。光ファイババンドル１１１は、マルチモード光ファイバ１１２と、マルチモード光ファイバ１１２の外周に配置された８本のシングルモード光ファイバ１１３とからなる。マルチモード光ファイバ１１２は、コア部１１２ａとクラッド部１１２ｂと光閉じ込め層１１２ｃとを備えており、光ファイバ３０Ｂの第１コア部１と光学的に接続されている。光閉じ込め層１１２ｃは、クラッド部１１２ｂの屈折率よりも低い平均屈折率を有する層である。マルチモード光ファイバ１１２は、図６に示す外部から供給された光Ｌをマルチモード伝送して第１コア部１に出力する。各シングルモード光ファイバ１１３は、コア部１１３ａとクラッド部１１３ｂとを備えており、光ファイバ３０Ｂの８つの第２コア部３の各々と光学的に接続されている。各シングルモード光ファイバ１１３は、図６に示す外部から供給された各信号光ＳＬをシングルモード伝送して各第２コア部３に出力する。ここで、マルチモード光ファイバ１１２が光閉じ込め層１１２ｃを備えていることによって、光ファイババンドル１１１におけるマルチモード光ファイバ１１２のコア部１１２ａと各シングルモード光ファイバ１１３のコア部１１３ａとのクロストークを抑制することができる。
【００５９】
なお、光入力部１１０は、光ファイババンドル１１１に換えて、外部から供給された光Ｌを光ファイバ３０Ｂの第１コア部１に出力し、外部から供給された各信号光ＳＬを各第２コア部３に出力する空間光学系を備えていてもよい。
【００６０】
光エネルギーとしての光Ｌは、たとえばレーザ光を含んでいてもよい。レーザ光を出力するレーザ光源は、たとえば半導体レーザ装置や光ファイバレーザ装置である。また、光Ｌは、たとえば太陽光を含んでいてもよい。さらには、光Ｌはレーザ光と太陽光の両方を含んでいてもよい。
【００６１】
図８は、光エネルギーの光入力部への入力の一例の説明図である。図示する例では、光入力部１１０は、図７に示すマルチモード光ファイバ１１２に接続されたファイバ型の光合波器１１４と、集光光学系１１５、１１６とを備えている。集光光学系１１５は、太陽Ｓからの太陽光Ｌ１を集光し、光合波器１１４の入力光ファイバポート１１４ａに結合させる。集光光学系１１６は、レーザ光源ＬＳからのレーザ光Ｌ２を集光し、光合波器１１４の入力光ファイバポート１１４ｂに結合させる。入力光ファイバポート１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ、入力された太陽光Ｌ１、レーザ光Ｌ２を光合波部１１４ｃに伝送する。光合波部１１４ｃは、太陽光Ｌ１とレーザ光Ｌ２とを合波し、光Ｌとしてマルチモード光ファイバ１１２に出力する。
【００６２】
なお、太陽Ｓは時刻によって空における位置が変化するので、集光光学系１１５および入力光ファイバポート１１４ａが太陽Ｓを追尾できるように追尾機構を設けることが好ましい。
【００６３】
（実施例１）
図９に示す実施形態１に係る光ファイバ１０を実施例１として製造した。製造には穿孔法を用いた。すなわち、まずクラッド部４を形成するためのガラスロッドを準備し、このガラスロッドを長手方向に貫通する２つの孔を穿設した。つづいて、一方の孔に、第２コア部３およびクラッド部４の一部を形成するためのコアロッドを挿入し、他方の孔に、光閉じ込め層２を形成するためのガラスパイプと第１コア部１を形成するためのガラスロッドとを挿入し、これらの部材を加熱して一体化し、光ファイバ母材とした。この光ファイバ母材から線引により実施例１の光ファイバを製造した。
【００６４】
製造した光ファイバ１０のサイズは、クラッド径Ｄ１を１２５μｍ、第１コア部１のコア径ｄ１を５０μｍ、第２コア部３のコア径ｄ２を８．５μｍ、光閉じ込め層２の層厚ｔ１を５μｍ、光閉じ込め層２の外周からクラッド部４の外周までの最短距離Ｄ２を６．５μｍ、第１コア部１の外周から第２コア部３の外周までの最短距離Ｄ３を１５μｍ、第２コア部３の外周からクラッド部４の外周までの最短距離Ｄ２を４０μｍとした。
【００６５】
図１０は、図９における第２コア部３近傍の屈折率プロファイルを示す図である。
プロファイルＰ１１が第２コア部３の屈折率プロファイルを示し、プロファイルＰ１２がクラッド部４の屈折率プロファイルを示している。なお、屈折率プロファイルは、純石英ガラスからなるクラッド部４に対する比屈折率差で示している。第２コア部３近傍はいわゆるステップ型の１層構造の屈折率プロファイルを有し、第２コア部３のコア径は２ａであり、クラッド部４に対する第２コア部３の比屈折率差はΔ１である。
【００６６】
２ａ、Δ１については、第２コア部３の特性がＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２Ａで定義される標準的なシングルモード光ファイバの規格（以下、Ｇ．６５２Ａ規格）に準拠するように、表１に示すような０．３８％、８．５μｍに設定した。その結果、表１に示すように、Ｇ．６５２Ａ規格に準拠する特性であることが確認された。なお、表１において、「ＭＦＤ」はモードフィールド径、である。また、「Ｅ」は１０のべき乗を表し、たとえば「５．３Ｅ−３」は「５．３×１０−３」を意味している。また、第２コア部３の外周からクラッド部４の外周までの最短距離Ｄ２を４０μｍとしているので、第２コア部３における波長１５５０ｎｍでの閉じ込め損失は０．００１ｄＢ／ｋｍ以下の問題ない値となった。
【００６７】
【表１】
2020095128.tif 000003
【００６８】
一方、第１コア部１は、コア径ｄ１が５０μｍの純石英ガラスからなり、第１コア部１の領域の屈折率が略均一になるように製造した。光閉じ込め層２は、クラッド部４に対する比屈折率差が−０．１％となるようにフッ素を添加した石英ガラスで構成した。
【００６９】
第１コア部１に波長９８０ｎｍの光を入力し、それと同時に第２コア部３に波長１５５０ｎｍの光を入力し、入力したコア部とは異なるコア部から出力された光（たとえば第２コア部３から出力された波長９８０ｎｍの光）のパワーを測定し、これをもとに第１コア部１と第２コア部３の間のクロストークを測定した。すると、光閉じ込め層２の効果によって、長さ１００ｋｍに換算して−２０ｄＢ以下という問題の無いレベルのクロストーク特性であることが確認された。
【００７０】
（実施形態１１）
図１１は、実施形態１１に係る光ファイバの模式的な断面およびその一部拡大図である。図１１（ａ）が断面図であり、図１１（ｂ）がその一部拡大図である。光ファイバ５０Ａは、第１コア部１と、第２コア部３と、クラッド部４と、光閉じ込め層７と、支持柱８ａ、８ｂとを備えている。
【００７１】
光閉じ込め層７は、図１に示す光ファイバ１０における光閉じ込め層２と同様に、第１コア部１に直接隣接して第１コア部１を囲むように形成されているリング状の層であるが、リング状の空隙からなる点で光閉じ込め層２とは異なる。光閉じ込め層７は気体、典型的には空気で満たされており、クラッド部４の屈折率よりも低い平均屈折率を有する。また、光閉じ込め層７が空隙のため、支持柱８ａ、８ｂが、間隙の内部である第１コア部１と外部であるクラッド部４とを連結している。支持柱８ａ、８ｂは、光ファイバ５０Ａの長手方向に沿って延在している柱状の石英ガラスからなる。
【００７２】
図１１に示すように、支持柱８ａ、８ｂは、第１コア部１に対して第２コア部３とは反対側に配置されている。これにより、第１コア部１と第２コア部３との間で支持柱８ａ、８ｂを経由して光が漏洩し、クロストークが低下することを抑制できる。なお、支持柱は、支持柱と第１コア部と第２コア部とが直線的に並ばないように配置されていてもよい。このような配置によってもクロストークの低下を抑制できる。
【００７３】
（実施例２）
図１１に示す実施形態１１に係る光ファイバ５０Ａを実施例２として製造した。製造には穿孔法を用いた。すなわち、まずクラッド部４を形成するためのガラスロッドを準備し、このガラスロッドを長手方向に貫通する２つの孔を穿設した。つづいて、一方の孔に、第２コア部３およびクラッド部４の一部を形成するためのコアロッドを挿入し、他方の孔に、第１コア部１を形成するためのガラスロッドと、支持柱８ａ、８ｂを形成するための１本の細径の純石英ガラスパイプとを、光閉じ込め層７となる空隙が形成されるように挿入し、これらの部材を加熱して一体化し、光ファイバ母材とした。この光ファイバ母材から線引により実施例２の光ファイバを製造した。なお、このような製造方法であれば、支持柱は２本形成される。また、たとえば、支持柱を形成するためのガラスパイプを２本用いれば、支持柱は４本形成される。すなわち、支持柱は２の倍数本形成されることとなる。
【００７４】
製造した光ファイバ５０Ａにおける第２コア部３近傍の屈折率プロファイルや第１コア部１の材質や図９に示す各サイズは、実施例１と同様に設定した。なお、光閉じ込め層７に関するサイズについては、図９における光閉じ込め層２に関するサイズを適用した。たとえば、光閉じ込め層７による間隙の幅は光閉じ込め層２の厚さｔ１と同じ５μｍとした。また、支持柱８ａ、８ｂの幅はいずれも０．５μｍとした。
【００７５】
第１コア部１に波長９８０ｎｍの光を入力し、それと同時に第２コア部３に波長１５５０ｎｍの光を入力し、入力したコア部とは異なるコア部から出力された光（たとえば第２コア部３から出力された波長９８０ｎｍの光）のパワーを測定し、これをもとに第１コア部１と第２コア部３の間のクロストークを測定した。すると、光閉じ込め層７の効果によって、長さ１００ｋｍに換算して−４０ｄＢ以下という、実施例１よりも高いクロストーク特性であることが確認された。なお、実施例１よりも高いクロストークである理由の一つは、支持柱８ａ、８ｂが、第１コア部１に対して第２コア部３とは反対側に配置されているためであると考えられる。
【００７６】
（実施形態１２、実施例３）
図１２に示す実施形態１２に係る光ファイバ５０Ｂを実施例３として製造した。光ファイバ５０Ｂは、図１１に示す実施形態１０に係る光ファイバ５０Ａの構成において、第２コア部３を３つとした構成を有する。３つの第２コア部は２等辺三角形の略頂点に位置するように配置されている。支持柱８ａ、８ｂは、１つの第２コア部３に対しては第１コア部１を挟んで反対側に配置されており、その他の２つの第２コア部３に対しては、支持柱８ａ、８ｂと第１コア部１と第２コア部３とが直線的に並ばないように配置されている。
【００７７】
製造した光ファイバ１０のサイズは、クラッド径Ｄ５を１２５μｍ、純石英ガラスからなる第１コア部１のコア径ｄ３を４０μｍ、３つの第２コア部３のコア径ｄ４を９．０μｍ、光閉じ込め層７の空隙の幅Ｄ６を４μｍ、第１コア部１の外周から第２コア部３の外周までの最短距離Ｄ７を８．５μｍ、第２コア部３の外周からクラッド部４の外周までの最短距離Ｄ８を２５μｍとした。また、第２コア部３同士の中心間距離は、７５μｍまたは５３μｍである。３つの第２コア部３近傍の屈折率プロファイルは、いずれも図１０に示すようないわゆるステップ型の１層構造の屈折率プロファイルである。
【００７８】
２ａ、Δ１については、第２コア部３の特性がＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５４Ａに準拠するように、表２に示すような０．４２％、９．０μｍに設定した。なお、Ｇ．６５４Ａに準拠するように設計した第２コア部３は、Ｇ．６５４Ａに準拠するように設計した場合に比べて曲げ耐性が高いので、図１２に示すように数を増やす事が可能となる。ただし、本実施例では、第２コア部３について、ある一定以上のコア間距離や、クラッド部４の外周までの距離（クラッド厚）を確保するために、第１コア部１のコア径ｄ３を、実施例１、２の場合より小さい４０μｍに設定した。
【００７９】
その結果、表２に示すように、第２コア部３はＧ．６５４Ａ規格に準拠する特性であることが確認された。また、第２コア部３の外周からクラッド部４の外周までの最短距離Ｄ８を２５μｍとしたが、第２コア部３における波長１５５０ｎｍでの閉じ込め損失は０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の問題ない値となった。
【００８０】
【表２】
2020095128.tif 000004
【００８１】
そして、第１コア部１に波長９８０ｎｍの光を入力し、それと同時に３つの第２コア部３に波長１５５０ｎｍの光を入力し、入力したコア部とは異なるコア部から出力された光のパワーを測定し、これをもとに第１コア部１と各第２コア部３の間のクロストークを測定した。すると、光閉じ込め層７の効果によって、長さ１００ｋｍに換算して−３０ｄＢ以下という問題の無いレベルのクロストーク特性であることが確認された。また、第２コア部３同士のクロストークについても、長さ１００ｋｍに換算して−３０ｄＢ以下という問題の無いレベルのクロストーク特性であることが確認された。
【００８２】
なお、上記実施形態では、第２コア部近傍の屈折率プロファイルはステップ型であるが、Ｗ型やトレンチ型やセグメントコア型やＷ＋サイドコア型などのその他の屈折率プロファイルでもよい。
【００８３】
また、上記実施形態では、第２コア部は通信用の信号光である第２光をシングルモード伝送するが、第２光は通信用の信号光に限られない。また、第２コア部は第２光をマルチモード伝送してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１  第１コア部
２、２ａ、２ｂ、７、１１２ｃ  光閉じ込め層
３  第２コア部
４、１１２ｂ、１１３ｂ  クラッド部
５、６  中間層
８ａ、８ｂ  支持柱
１０、１０Ａ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂ、４０Ａ、４０Ｂ、５０Ａ、５０Ｂ  光ファイバ
１００  光システム
１１０  光入力部
１１１  光ファイババンドル
１１２  マルチモード光ファイバ
１１２ａ、１１３ａ  コア部
１１３  シングルモード光ファイバ
１１４  光合波器
１１４ａ、１１４ｂ  入力光ファイバポート
１１４ｃ  光合波部
１１５、１１６  集光光学系
２００  受信体
Ｌ  光
Ｌ１  太陽光
Ｌ２  レーザ光
ＬＳ  レーザ光源
Ｐ１  プロファイル
Ｐ１１  プロファイル
Ｐ１２  プロファイル
Ｐ２  プロファイル
Ｓ  太陽
ＳＬ  信号光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020095128.tif 000011
【図８】
2020095128.tif 000012
【図９】
2020095128.tif 000013
【図１０】
2020095128.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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