(57)【要約】【課題】既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るマルチコア光ファイバは、各コアの周囲に屈折率の異なる２段階のクラッドを配置し、コア半径ａ１、それぞれのコアの周囲を囲む第１クラッド領域の半径ａ２、第１クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ１、及び４つのコアと第１クラッド領域を包含する第２クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ２を所定の範囲とすることとした。【選択図】図１
2020086054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
前記第２クラッド領域の外径が１２５±１μｍであり、
波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
【請求項２】
前記コアと前記第１クラッド領域の間に、幅ｗの前記第２クラッド領域と同じ屈折率の領域を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
【請求項３】
前記幅ｗは、０μｍ＜ｗ≦１．３μｍであることを特徴とする請求項２に記載のマルチコア光ファイバ。
【請求項４】
前記Δ１と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ１を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ１】
2020086054.tif 000016
【請求項５】
前記ａ１と前記Δ１との関係が数Ｃ２を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ２】
2020086054.tif 000017
【請求項６】
前記Δ２と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ３】
2020086054.tif 000018
【請求項７】
前記ａ１と前記ａ２の比ａ２／ａ１が１．０以上３．０以下であり、
前記Δ１、前記ａ２／ａ１、および波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ４を満たし、
前記Δ２、前記ａ２／ａ１、および前記Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ５を満たすこと
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ４】
2020086054.tif 000019
【数Ｃ５】
2020086054.tif 000020
【請求項８】
前記Δ１、前記Δ２が数Ｃ６を満たすことを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ６】
2020086054.tif 000021
【請求項９】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝２．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ１ａ（−０．８００，−０．３４０）
Ａ１ｂ（−０．７５０，−０．３５１）
Ａ１  （−０．６８２，−０．３７８）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１０】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ１ａ（−０．７００，−０．２６６）
Ｂ１ｂ（−０．６７１，−０．２８６）
Ｂ１ｃ（−０．６１８，−０．３１３）
Ｂ１ｄ（−０．５８６，−０．３３８）
Ｂ１（−０．４９０，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１１】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１００μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ１ａ（−０．６００，−０．２５５）
Ｃ１ｂ（−０．５９０，−０．２６２）
Ｃ１ｃ（−０．５７０，−０．２７７）
Ｃ１（−０．５２８，−０．３０５）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１２】
マルチコア光ファイバの設計方法であって、
前記マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップと、
前記第１ステップで選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップと、
前記第２ステップで取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップと、
を行うマルチコア光ファイバの設計方法。
【請求項１３】
Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、
前記第１ステップでは、数Ｃ１及び数Ｃ２を満たす前記組み合わせを選定することを特徴とする請求項１２に記載の設計方法。
【数Ｃ１】
2020086054.tif 000022
【数Ｃ２】
2020086054.tif 000023
【請求項１４】
ａ２／ａ１が３．０以下である場合、
前記第２ステップでは、数Ｃ３を満たす前記Δ２を選定することを特徴とする請求項１３に記載の設計方法。
【数Ｃ３】
2020086054.tif 000024
【請求項１５】
光伝送方法であって、
１０００ｋｍ以上の請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバを光伝送路とし、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする光伝送方法。
【請求項１６】
光伝送方法であって、
通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバに置換し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコア領域を有するマルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）が、空間分割多重技術を用いることによる飛躍的な伝送容量拡大に向け、活発に検討されている。特に空間分割多重を用いた光伝送路では消費電力が低減できることも知られており、ＭＣＦは海底通信システムを初めとする長距離光通信システムでの活用が期待されており、非特許文献１ではＭＣＦを用いて１００００ｋｍ級の伝送実験に成功している。ここでＭＣＦではコア間のクロストーク（ＸＴ）による伝送特性の劣化を防ぐ必要がある。ＸＴの低減にはＭＣＦ中のコアパラメータの設計に加えコア間の距離も適切に設定することが必要となり、非特許文献２ではコア間のＸＴを１００００ｋｍで−３０ｄＢ以下とする非常にＸＴの低いＭＣＦが報告されている。
【０００３】
ここで非特許文献１、２を含む多くの報告で示されているＭＣＦは、ＸＴ低減のために十分広いコア間隔を設定するため、クラッド径が１５０〜２３０μｍと従来の光ファイバに比べて大きくなっている。しかしながら、１つの光ファイバ母材から製造される光ファイバの長さはクラッド径の２乗に反比例して短くなるため、クラッド径の拡大は光ファイバの生産性を著しく劣化させる。また既存の光ファイバ部品等は従来の１２５μｍのクラッド径に応じて設計されているため、クラッド径を拡大したＭＣＦの活用には周辺部品の再設計が必要となり、実用化に多くの研究開発を要する。
【０００４】
そこで近年、従来と同等の１２５μｍであるクラッド径を有するＭＣＦが開発されている。クラッド径が標準的な１２５μｍであることによって、光ファイバの量産性を従来と同等以上に維持できるとともに、標準的な接続部品や光ケーブルなど既存の周辺物品を活用することができる。さらにＭＣＦの各コアが既存の光ファイバと同等の光学特性を有することで、既存の光インターフェイスとの互換性を担保できる事が出来るため、既存の設備から容易にＭＣＦへアップグレードすることができる。
【０００５】
非特許文献３および４では１００ｋｍで−３０ｄＢ以下のＸＴを有し、光学特性が既存の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）と同等である４つのコアを有するＭＣＦが報告されている。非特許文献３によれば同種のコア構造を用いる場合４つのコアが配置可能であり、また非特許文献５によれば複数のコア構造を用いることで５個のコアが配置可能であることが示されている。また非特許文献６では海底向けの低損失光ファイバと同等の特性を有するＭＣＦが検討されており、１２５μｍのクラッド径では２コアが配置可能であることが示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｈ．  Ｔａｋａｈａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｆｉｒｓｔ  Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＣ−ＥＤＦＡ−Ｒｅｐｅａｔｅｒｅｄ  ＳＤＭ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ４０  ｘ  １２８−Ｇｂｉｔ／ｓ  ＰＤＭ−ＱＰＳＫ  Ｓｉｇｎａｌｓ  ｐｅｒ  Ｃｏｒｅ  ｏｖｅｒ  ６，１６０−ｋｍ  ７−ｃｏｒｅ  ＭＣＦ，”  ＥＣＯＣ２０１２，  Ｔｈ３Ｃ３，  Ｓｅｐ．  ２０１２．
【非特許文献２】Ｔ．  Ｈａｙａｓｈｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ  ｃｒｏｓｓｔａｌｋ  ａｎｄ  ｌｏｗ−ｌｏｓｓ  ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ，”  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ｖｏｌ．  １９，  ｐｐ．  １６５７６−１６５９２，  Ａｕｇ．  ２０１１．
【非特許文献３】Ｔ．  Ｍａｔｓｕｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ  ｉｎ  １２５μｍ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｄｉａｍｅｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｆｕｌｌ  ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ  ｔｏ  ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  ＳＭＦ，”  ＥＣＯＣ２０１５，  Ｗｅ．１．４．５，  Ｓｅｐ．  ２０１５．
【非特許文献４】Ｔ．  Ｍａｔｓｕｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “１１８．５  Ｔｂｉｔ／ｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｏｖｅｒ  ３１６  ｋｍ−Ｌｏｎｇ  Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｒｅ  Ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ”  ＯＥＣＣ２０１７，  ＰＤＰ２，  Ａｕｇ．  ２０１７．
【非特許文献５】Ｔ．  Ｇｏｎｄａ  ｅｔ  ａｌ．，  “１２５μｍ  ５−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｒｅ  ｗｉｔｈ  ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  ｄｅｓｉｇｎ  ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｆｏｒ  ｍｉｇｒａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  ｓｉｎｇｌｅ−ｃｏｒｅ  ｓｙｓｔｅｍ  ｔｏ  ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ  ｓｙｓｔｅｍ”  ＥＣＯＣ２０１６，  Ｗ２Ｂ１，  Ｓｅｐ．  ２０１６．
【非特許文献６】田村ら、“１２５μｍ  クラッド径を有するＡｅｆｆ  拡大非結合型２  コアファイバ”電子情報通信学会ソサイエティ大会、Ｂ−１０−２、２０１６年９月
【非特許文献７】Ｐ．  Ｊ．  Ｗｉｎｚｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｐｅｎａｌｔｉｅｓ  ｆｒｏｍ  Ｉｎ−Ｂａｎｄ  Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ  ｆｏｒ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  Ｆｏｒｍａｔｓ，”  ＥＣＯＣ２０１１，  Ｔｕ５Ｂ７，  Ｓｅｐ．  ２０１１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、既存の１２５μｍのクラッド径を維持しつつ４つのコアを有するＭＣＦを考慮する場合、非特許文献３〜５で示されるようにＸＴの制約により数百ｋｍ程度が限界であるといった課題があった。また非特許文献６で示されるように、数千ｋｍ級の伝送に対応できるＸＴを実現するには、クラッド径１２５μｍに対してはコア数は２つが限界であり、３以上のコア配置は困難であるといった課題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記課題を解決するために、既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るマルチコア光ファイバは、各コアの周囲に屈折率の異なる２段階のクラッドを配置し、コア半径ａ１、それぞれのコアの周囲を囲む第１クラッド領域の半径ａ２、第１クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ１、及び４つのコアと第１クラッド領域を包含する第２クラッド領域のコアに対する比屈折率Δ２を所定の範囲とすることとした。
【００１０】
具体的には、本発明に係るマルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
前記第２クラッド領域の外径が１２５±１μmであり、
波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
【００１１】
第１クラッド領域の存在により電界分布をコアに閉じ込めやすくなるのでＸＴを低減した状態でコア間隔を狭くすることができ、１２５μｍのクラッド径であってもコアを４つ配置して長距離伝送を可能とするマルチコア光ファイバとすることができる。
【００１２】
本発明に係るマルチコア光ファイバは、前記コアと前記第１クラッド領域の間に、幅ｗの前記第２クラッド領域と同じ屈折率の領域を有してもよい。この場合、前記幅ｗは、０μｍ＜ｗ≦１．３μｍであることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るマルチコア光ファイバの各パラメータは次の通りである。
前記Δ１と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ１を満たすことを特徴とする。
【数Ｃ１】
2020086054.tif 000003
前記ａ１と前記Δ１との関係が数Ｃ２を満たすことを特徴とする。
【数Ｃ２】
2020086054.tif 000004
前記Δ２と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする。
【数Ｃ３】
2020086054.tif 000005
前記ａ１と前記ａ２の比ａ２／ａ１が１．０以上３．０以下であり、
前記Δ１、前記ａ２／ａ１、および波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ４を満たし、
前記Δ２、前記ａ２／ａ１、および前記Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ５を満たすこと
を特徴とする。
【数Ｃ４】
2020086054.tif 000006
【数Ｃ５】
2020086054.tif 000007
前記Δ１、前記Δ２が数Ｃ６を満たすことを特徴とする。
【数Ｃ６】
2020086054.tif 000008
【００１４】
また、本発明に係るマルチコア光ファイバの各パラメータは次のようにも表現できる。
本マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝２．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ１ａ（−０．８００，−０．３４０）
Ａ１ｂ（−０．７５０，−０．３５１）
Ａ１  （−０．６８２，−０．３７８）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
【００１５】
本マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ１ａ（−０．７００，−０．２６６）
Ｂ１ｂ（−０．６７１，−０．２８６）
Ｂ１ｃ（−０．６１８，−０．３１３）
Ｂ１ｄ（−０．５８６，−０．３３８）
Ｂ１（−０．４９０，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
【００１６】
本マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１００μｍ２であり、
第1クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ１ａ（−０．６００，−０．２５５）
Ｃ１ｂ（−０．５９０，−０．２６２）
Ｃ１ｃ（−０．５７０，−０．２７７）
Ｃ１（−０．５２８，−０．３０５）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲にあることを特徴とする。
【００１７】
上述したマルチコア光ファイバの各パラメータは、次のように設計する。
前記マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップと、
前記第１ステップで選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップと、
前記第２ステップで取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップと、
を行う。
【００１８】
ここで、Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、前記第１ステップでは、数Ｃ１及び数Ｃ２を満たす前記組み合わせを選定することを特徴とする。また、ａ２／ａ１が３．０以下である場合、前記第２ステップでは、数Ｃ３を満たす前記Δ２を選定することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光伝送方法は、
１０００ｋｍ以上の前記マルチコア光ファイバを光伝送路とし、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光伝送方法は、
通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、前記マルチコア光ファイバに置換し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
【００２１】
本発明に係るマルチコア光ファイバは、４コアであり、第２クラッドの直径が１２５μｍかつＸＴが−５４ｄＢ／ｋｍ以下を実現している。この特性は、非特許文献３〜６のいずれのマルチコア光ファイバも実現できていなかった特性である。このため、本マルチコア光ファイバは、海底通信システムのような長距離光通信システムで現在運用しているシングルモード光ファイバを置換することができ、さらに４コアであるため飛躍的な伝送容量の拡大と消費電力の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、既存のシングルモード光ファイバのクラッド径の規格１２５±１μｍで４つのコアを有し、数千ｋｍ級の伝送に対応できるマルチコア光ファイバ、そのマルチコア光ファイバの設計方法、およびそれを利用する光伝送方法を提供することができる。
本マルチコア光ファイバでは、標準的なクラッド径で４つのコアを配置し、既存の光ファイバと互換性を有する光学特性と数千ｋｍ級の伝送を可能とするＸＴを実現することができ、海底システム等の超長距離通信に適した高密度・大容量のＭＣＦを提供できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るマルチコア光ファイバの構造の一例を説明する図である。
【図２】本発明に係るマルチコア光ファイバの幅ｗの影響を説明する図である。
【図３】本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。
【図４】本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。
【図５】本発明に係るマルチコア光ファイバの実効断面積と構造パラメータとの関係を表す特性図である。
【図６】本発明に係るマルチコア光ファイバのコア配置とＸＴならびに過剰損失との関係の一例を表す特性図である。
【図７】本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図８】本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図９】本発明に係るマルチコア光ファイバにおいて、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５±１μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図１０】本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、ＸＴと必要な構造パラメータの範囲の関係を表す特性図である。
【図１１】本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、ＸＴと必要な構造パラメータの範囲の関係を表す特性図である。
【図１２】本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図１３】本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図１４】本発明に係るマルチコア光ファイバにおける、所定のカットオフ波長、曲げ損失、及び実効断面積の下、クラッド径を１２５μｍ以下となる構造パラメータの関係を表す特性図である。
【図１５】本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例を説明する表である。
【図１６】本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例におけるコア間隔とＸＴの関係を説明する特性図である。
【図１７】本発明に係るマルチコア光ファイバの設計例におけるＯＣＴと過剰損失の関係を説明する特性図である。
【図１８】本発明に係るマルチコア光ファイバの断面図である。
【図１９】本発明に係るマルチコア光ファイバの評価結果を説明する表である。
【図２０】本発明に係る設計方法を説明するフローチャートである。
【図２１】本発明に係る光伝送方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２５】
図１は、本実施形態の光ファイバ１５の構造の一例を説明する図である。図１（ａ）は断面構造であり、図１（ｂ）および図１（ｃ）は各コアの屈折率分布である。光ファイバ１５は、マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコア１０と、
コア１０の周囲に屈折率がコアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域１１と、
第１クラッド領域１１の外周部に第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつコアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域１２と、
を有する。
そして、光ファイバ１５は、
第２クラッド領域１２の外径が１２５±１μmであり、
波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする。
【００２６】
光ファイバ１５は１心の光ファイバ中に４つのコアを有し、クラッド径（第２クラッド領域１２の外径）が標準的な１２５±１μｍである。
各コアの屈折率分布は図１（ｂ）に示されるように、コア１０の周囲にコアよりも低い屈折率を有する第１クラッド領域１１を有し、その周囲に屈折率がコアよりも低く第１クラッド領域よりも高い第２クラッド領域１２を有する。また、図１（ｃ）に示されるように、コア１０と第１クラッド領域１１の間に、第２クラッド領域１２と同等の屈折率を有する領域１３を有していてもよい。
【００２７】
図２は、図１（ｃ）の屈折率分布について、領域１３の幅ｗに対するカットオフ波長の変化量を示している。図２に示すように、コア１０と第１クラッド領域１１に第２クラッド領域１２と同等の屈折率の領域１３があってもカットオフ波長の変化量は小さい。図より、幅ｗが１．３μｍ以下ではカットオフ波長の変化量は±１０ｎｍと測定誤差と同等となり、図１（ｂ）と図１（ｃ）の屈折率分布は同等とみなせることが確認できる。図１（ｃ）の構造とすることで製造時のコア構造の変動が小さくでき、例えば第２クラッド領域の屈折率が純石英の場合には構造が安定しやすいなど、製造上の偏差や歩留りを改善でき、好ましい。
【００２８】
なお、ここではコアの屈折率を基準として比屈折率差を定義しているが、コア及びクラッドの材料はそれぞれ純石英およびフッ素添加ガラス、もしくはそれぞれＧｅＯ２添加ガラス、純石英ガラスとフッ素添加ガラスの組合せ等、図１に示す屈折率分布を構成できるガラス材料の組合せで材料を選定することができる。
また、光ファイバの「カットオフ波長」とは、シングルモード伝搬可能な条件であり、カットオフ波長より長い波長であればシングルモード、カットオフ波長より短い波長であればマルチモードで光が伝搬する。
【００２９】
図３〜図５は、光ファイバ１５の波長１５５０ｎｍにおいて所定の実効断面積Ａｅｆｆを得るためのコアパラメータの設計範囲を説明する図である。横軸は第１クラッド領域１１のコアに対する比屈折率差Δ１、縦軸はコア１０の半径ａ１である。図３〜図５はそれぞれ、第１クラッド領域１１領域の半径ａ２とコア半径ａ１の比ａ２／ａ１を２．０、２．５、３．０と変化させた場合を表す。またクラッドのコアに対する比屈折率差Δはカットオフ波長が１５３０ｎｍとなるよう設定した。
【００３０】
図３〜図５を比較すると、一定のＡｅｆｆを得るためのａ１とΔ１の関係はほぼ同等である。これは電界分布が第１クラッド領域１１に囲まれる領域によって閉じ込められるため、第２クラッド領域１２に関するパラメータａ２、Δ２（第２クラッド領域１２のコアに対する比屈折率差）に対する依存性が小さいためと考えられる。
【００３１】
ここで従来のＳＭＦは波長１５５０ｎｍでＡｅｆｆが約８０μｍ２であり、従来と同等以上の接続性および低非線形性を担保するためにＡｅｆｆは８０μｍ２以上であることが好ましい。図３〜図５より、Ａｅｆｆを８０μｍ２とするためには実線の近似曲線より、
【数１】
2020086054.tif 000009
を満たす必要がある。
【００３２】
ＭＣＦではＸＴを低減するため、コア間隔を一定量大きくする必要があることが知られている。ＸＴによる伝送特性劣化は伝送方式に依存し、非特許文献７ではＱＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭに対してそれぞれ−１８ｄＢ、−２４ｄＢ、−３２ｄＢ以下のクロストークである必要があることが示されている。マルチコア光ファイバの場合、コア間のクロストークは任意のコアに対する他のコアからのクロストーク成分の総和となり、単位距離当たりのクロストーク（ＸＴ、単位ｄＢ／ｋｍ）と距離Ｌ（ｋｍ）に対して、任意の距離でのクロストークは  
ＸＴ＋ｌｏｇ（Ｌ）
で与えられる。
【００３３】
したがって、例えば、１６ＱＡＭの信号フォーマットを用いて１０００〜１００００ｋｍの伝送を行うためには、マルチコア光ファイバのクロストークは−５４〜−６４ｄＢ／ｋｍ以下である必要がある。クロストークを低減するためにはコア間隔を一定量大きくする必要があるが、クラッド径が一定の場合コア間隔の拡大に伴いコアとクラッド端との厚さ（ＯＣＴ）が小さくなり、光波の漏洩による過剰損失αｃが生じることが知られている。
【００３４】
図６は、コア間クロストーク（ＸＴ）および過剰損失αｃを低減するための光ファイバ１５の設計例を説明する図である。横軸は第１クラッド領域１１の比屈折率差Δ１、第１縦軸はコア間隔ΛないしＯＣＴ、第２縦軸は第２クラッド領域１２の外径である。ＸＴおよび過剰損失は長波長ほど大きくなるため、Ｃ＋Ｌバンド全域の活用を考慮し、波長は１６２５ｎｍとした。実線はＸＴが−６４ｄＢ／ｋｍとなるコア間隔Λ（μｍ）、破線は過剰損失αｃが０．０１ｄＢ／ｋｍとなるＯＣＴである。つまり、実線より上の領域でＸＴが−６４ｄＢ／ｋｍ未満、破線より上の領域でαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍ未満となる。
【００３５】
点線は、ＸＴが−６４ｄＢ／ｋｍ且つαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍを満たすための「必要なクラッド径」であり、４コア配置の場合、
必要なクラッド径＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
である。
ここではａ２／ａ１＝３．０とし、Ａｅｆｆが１１０μｍ２、カットオフ波長λｃが１５３０ｎｍとなるようａ１およびΔ２を設定した。
【００３６】
図６より、Δ１が大きくなることで光波の閉じ込めが弱くなり、所望のＸＴおよびαｃを得るために必要なコア間隔ΛおよびＯＣＴが大きくなることがわかる。図６の場合、クラッド径を１２５±１μｍとするためにはΔ１を−０．５２％とする必要がある（一点鎖線参照）。この時必要なコア間隔Λ、ＯＣＴはそれぞれ４２．５μｍ、３０μｍである。なお、図６で示されるコア間隔、ＯＣＴは所定のＸＴ、過剰損失を満たす最小限の値であり、これ以上の値を設定すればＸＴ、過剰損失はより小さい値となる。つまり、クラッド径を１２５±１μｍとするためにΔ１を−０．５２％未満とすれば、必要なクラッド径は１２５μｍ以下となり、ΛやＯＣＴの設計に余裕が生まれる。
【００３７】
図７〜図９は、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、
曲げ損失が波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍで０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下、
必要なクラッド径が１２５±１μｍ
となる光ファイバ１５の構造パラメータの一例を説明する図である。いずれの図面においても網掛けの領域で、前述の条件（ＸＴが−６４ｄＢ／ｋｍ以下且つαｃが０．０１ｄＢ／ｋｍ以下）を同時に満足することができる。
【００３８】
図７はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで８０μｍ２、ａ２／ａ１＝２．０の場合であり、
図８はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで８０μｍ２、ａ２／ａ１＝３．０の場合であり、
図９はＡｅｆｆが波長１５５０ｎｍで１１０μｍ２、ａ２／ａ１＝３．０の場合である。
【００３９】
図７〜図９において、破線はカットオフ波長が１５３０ｎｍとなる条件（破線より上の領域でカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下）であり、点線は曲げ損失αｂが０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎとなる条件（点線より下の領域で曲げ損失αｂが０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下）である。
図７〜図９において、実線は波長１６２５ｎｍにおけるＸＴの条件であり、それぞれ実線より下の領域で−５４ｄＢ／ｋｍ以下、−５８ｄＢ／ｋｍ以下、−６１ｄＢ／ｋｍ以下、−６４ｄＢ／ｋｍ以下となる。
【００４０】
全ての条件を満足する領域は実線、破線、及び点線に囲まれる領域であり、例えば−６４ｄＢ／ｋｍ以下のＸＴとする場合には図中の網掛けの領域となる。図７〜図９より、Δ１の上限とΔ２の下限はＸＴとカットオフ波長の要求条件により決められ、Δ２の下限はΔ１に対して比較的変化が小さい。そのためΔ１の上限とΔ２の下限は実線と破線の交点により与えることができる。また、図７〜図９より、設計可能な領域はａ２／ａ１が大きいほど、また必要なＡｅｆｆが小さいほど、緩和されることがわかる。
【００４１】
したがってＡｅｆｆが８０μｍ２以上、カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下、ＸＴが−６４ｄＢ／ｋｍ以下とする場合、図８が最も大きな領域となり、このとき
【数２】
2020086054.tif 000010
である。
【００４２】
図７において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝２．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝８０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦−６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ１ａ（−０．８００，−０．３４０）
Ａ１ｂ（−０．７５０，−０．３５１）
Ａ１  （−０．６８２，−０．３７８）
で囲まれる範囲である。
【００４３】
なお、ＸＴ≦−６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ２ａ（−０．８００，−０．３３５）
Ａ２ｂ（−０．７５０，−０．３４６）
Ａ２ｃ（−０．７００，−０．３６３）
Ａ２  （−０．６６８，−０．３８０）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ３ａ（−０．８００，−０．３３１）
Ａ３ｂ（−０．７５０，−０．３３９）
Ａ３ｃ（−０．７００，−０．３５５）
Ａ３ｄ（−０．６５０，−０．３８０）
Ａ３  （−０．６３９，−０．３８７）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ４ａ（−０．８００，−０．３２８）
Ａ４ｂ（−０．７５０，−０．３２３）
Ａ４ｃ（−０．７００，−０．３４９）
Ａ４ｄ（−０．６５０，−０．３７０）
Ａ４  （−０．６００，−０．４００）
で囲まれる範囲となる。
【００４４】
図８において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝３．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝８０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦−６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ１ａ（−０．７００，−０．２６６）
Ｂ１ｂ（−０．６７１，−０．２８６）
Ｂ１ｃ（−０．６１８，−０．３１３）
Ｂ１ｄ（−０．５８６，−０．３３８）
Ｂ１（−０．４９０，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲である。
【００４５】
なお、ＸＴ≦−６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ２ａ（−０．７００，−０．２５６）
Ｂ２ｂ（−０．６７１，−０．２７８）
Ｂ２ｃ（−０．６１８，−０．３０６）
Ｂ２ｄ（−０．５８６，−０．３２９）
Ｂ２  （−０．４８４，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ３ａ（−０．７００，−０．２４２）
Ｂ３ｂ（−０．６７１，−０．２６７）
Ｂ３ｃ（−０．６１８，−０．２９９）
Ｂ３ｄ（−０．５８６，−０．３１９）
Ｂ３  （−０．４７０，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ４ａ（−０．７００，−０．２３４）
Ｂ４ｂ（−０．６７１，−０．２５６）
Ｂ４ｃ（−０．６１８，−０．２７８）
Ｂ４ｄ（−０．５８６，−０．３１２）
Ｂ４  （−０．４５８，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲となる。
【００４６】
図９において、Ｘ座標をΔ１、Ｙ座標をΔ２とすると、網掛け領域、つまり
ａ２／ａ１＝３．０、
波長１５５０ｎｍにけるＡｅｆｆ＝１１０μｍ２、
クラッド径Ｄ≦１２５μｍ、
過剰損失αｃ≦０．０１ｄＢ／ｋｍ、
カットオフ波長λｃ≦１５３０ｎｍ、
曲げ損失αｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ、及び
ＸＴ≦−６４ｄＢ／ｋｍ
を満たす領域は、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ１ａ（−０．６００，−０．２５５）
Ｃ１ｂ（−０．５９０，−０．２６２）
Ｃ１ｃ（−０．５７０，−０．２７７）
Ｃ１（−０．５２８，−０．３０５）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲である。
【００４７】
なお、ＸＴ≦−６１ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ２ａ（−０．６００，−０．２４７）
Ｃ２ｂ（−０．５９０，−０．２５４）
Ｃ２ｃ（−０．５７０，−０．２６９）
Ｃ２  （−０．５１３，−０．３０８）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５８ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ３ａ（−０．６００，−０．２３４）
Ｃ３ｂ（−０．５９０，−０．２４２）
Ｃ３ｃ（−０．５７０，−０．２５７）
Ｃ３  （−０．４９５，−０．３１１）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲、
ＸＴ≦−５４ｄＢ／ｋｍを満たす領域であれば、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ４ａ（−０．６００，−０．２２０）
Ｃ４ｂ（−０．５９０，−０．２３３）
Ｃ４ｃ（−０．５７０，−０．２４９）
Ｃ４  （−０．４７９，−０．３１３）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲となる。
【００４８】
図１０及び図１１は、図７〜図９のように作成したグラフのカットオフ波長λｃ（破線）ＸＴの条件（実線）との交点で与えられるΔ１の上限（図１０）およびΔ２の下限（図１１）のＸＴに対する依存性を説明する図である。ここでａ２／ａ１は３．０とした。図１０及び図１１より、Δ１の上限およびΔ２の下限は、ＸＴの要求条件に対して線形に変化することがわかる。Ａｅｆｆが８０μｍ２以上とすると、図１０及び図１１より
【数３】
2020086054.tif 000011
である。ここで図７と図８を比較すればａ２／ａ１が小さくなるとΔ１の上限はより小さく、Δ２の下限はより大きくなるため、ａ２／ａ１が３．０より小さい場合、数３で示したΔ１の上限及びΔ２の下限の範囲に含まれる。
【００４９】
図１２〜図１４は、図７〜図９のように作成したグラフのカットオフ波長λｃ（破線）ＸＴの条件（実線）との交点で与えられるΔ１の上限（図１２）、Δ２の下限（図１３）及びΔ２の上限（図１４）のａ２／ａ１に対する依存性を説明する図である。各図で直線は、線形近似を行った結果である。
【００５０】
ここではＸＴの要求条件を−６４ｄＢ／ｋｍとした。図１２〜図１４よりΔ１の上限、Δ２の下限（Δ２＿ｍｉｎ）及びΔ２の上限（Δ２＿ｍａｘ）は、ａ２／ａ１に対して線形近似により比較的良く近似できることがわかる。図１２〜図１４より
Ａｅｆｆ＝８０μｍ２に対し、
【数４】
2020086054.tif 000012
Ａｅｆｆ＝９０μｍ２に対し、
【数５】
2020086054.tif 000013
Ａｅｆｆ＝１００μｍ２に対し、
【数６】
2020086054.tif 000014
である。
【００５１】
数４〜数６の係数の近似曲線をとると
【数７】
2020086054.tif 000015
となる。
数７を満たすパラメータ範囲で、標準的な１２５μｍクラッド径で４コア、かつ既存の光ファイバと同等の特性が得られる光ファイバを実現できる。
【００５２】
図１５は、数７の設計範囲において設計した構造パラメータおよび光学特性である。設計例（１）および（２）の４コア光ファイバは、それぞれＡｅｆｆが８５μｍ２および１０２μｍ２であり、ＣバンドおよびＬバンドで単一モード動作が得られ、曲げ損失も従来のＳＭＦと同等以下である。
【００５３】
図１６及び図１７は、図１５で示した設計例に対するＸＴ特性および過剰損失である。波長は１６２５ｎｍである。
図１６はコア間隔とＸＴの関係を表す。−６４ｄＢ／ｋｍ以下のＸＴを得るためには、設計例（１）および設計例（２）に対し、それぞれ４１．６μｍ以下および４４μｍ以下のコア間隔が必要となる。
図１７はＯＣＴと過剰損失αｃの関係を表す。０．０１ｄＢ／ｋｍ以下の過剰損失とするためには、設計例（１）および設計例（２）に対し、それぞれ、２８．７μｍ以下および３０．９μｍ以下のＯＣＴとする必要がある。
これらの結果より設計例（１）および設計例（２）の４コア光ファイバにおいて、最低限必要なクラッド径はそれぞれ１１６．２μｍ及び１２４．０μｍとなる。いずれの設計例でも標準的な１２５μｍのクラッド径で４つのコアを配置可能であることがわかる。
【００５４】
（実施例）
図１８は、本実施例のマルチコア光ファイバの断面写真である。図１９には測定結果を示している。
図１８の断面写真より、クラッド径が１２５μｍであり、４つのコアが配置されていることがわかる。
また図１９より、各コアの屈折率分布は、
コア半径が６μｍ、
ａ２／ａ１が３、
Δ１およびΔ２がそれぞれ−０．６％および−０．４％
であり、前述した構造条件を表す数式を満足することが確認できる。
光学特性としてはＡｅｆｆが８０μｍ２以上、カットオフ波長は１４８０ｎｍ以下であった。
伝送損失は、波長１５５０ｎｍおよび１６２５ｎｍでそれぞれ０．１８ｄＢ／ｋｍ以下および０．２５ｄＢ／ｋｍ以下であり、長波長側での顕著な損失増が認められないことから、十分なＯＣＴが確保されていると考えられる。
ＸＴは、波長１６２５ｎｍで−６６ｄＢ／ｋｍ以下であり、全通信波長帯で１００００ｋｍ以上の伝送距離に対応したＸＴ特性が得られている。
【００５５】
（設計方法）
図２０は、マルチコア光ファイバの設計方法を表すフローチャートである。
前記マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第1クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
当該設計方法は、
実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップＳ０１と、
第１ステップＳ０１で選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λとのコア間隔関係及び過剰損失αｃの要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴとのＯＣＴ関係を取得する第２ステップＳ０２と、
第２ステップＳ０２で取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φを
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップＳ０３と、
を行う。
【００５６】
標準的な１２５μｍのクラッド径を有する４コア光ファイバを設計するとき、先ず初めにＡｅｆｆ、ＸＴ、曲げ損失、カットオフ波長に対する要求条件が設定される（ステップＳ００）。
【００５７】
続いて、ステップＳ０１において、図３〜図５に示すように、Ａｅｆｆの要求条件を満たすａ１とΔ１の組合せを選定する。そして、図１０及び図１１に示すように、所望のＸＴに対応するΔ１の条件を設定する。例えば、Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、第１ステップＳ０１では、数１及び数３を満たすａ１とΔ１の組み合わせを選定する。
【００５８】
次に、ステップＳ０２において、例えば図６、図７〜図９に示すように、先に選定したａ１とΔ１に対し曲げ損失及びＸＴの要求条件を満足するａ２とΔ２を選定する。具体的には、図７〜図９から得られる図１２のグラフからａ２を、図１３及び図１４のグラフからΔ２を選定する。この時点でコア１０と第１クラッド領域１１のパラメータが得られる。例えば、ａ２／ａ１が３．０以下である場合、第２ステップＳ０２では、数３を満たすΔ２を選定する。この時点でａ１、ａ２、Δ１及びΔ２が揃うので、図６を用いてＸＴの要求条件と過剰損失を十分低減できるコア間隔とＯＣＴを求め、必要なクラッド径を求める。
【００５９】
最後にステップＳ０３で、必要なクラッド径が１２５±１μｍまたはそれ以下であれば、設計が完了する。クラッド径がこれより大きい場合１２５±１μｍ以下となるように、コア及び第１クラッド領域のパラメータ選定をやり直す（ステップＳ０１から繰り返す）。
【００６０】
（光伝送方法）
図２１は、上述したマルチコア光ファイバを用いた光伝送方法を説明する図である。本光伝送方法は、１０００ｋｍ以上のマルチコア光ファイバ１５を光伝送路とし、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの送信機２１から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの受信機２２で前記信号光を受信すること
を特徴とする。
【００６１】
光ファイバケーブル１００は、４コア光ファイバ１５を具備し、そのコア１０毎に送信側及び受信側にそれぞれ送信機２１及び受信機２２が接続される。光ファイバケーブル１００は上述の通り、クロストークが大きくとも−５４ｄＢ／ｋｍ以下であり、数千ｋｍ級の長距離伝送に適する。ここでケーブルの敷設にはファイバ間の接続点や光増幅器が入ることが想定されるが、数千ｋｍ級の伝送路ではファイバ中のクロストークが支配的となり、他の接続点や光コンポーネントでのクロストークの影響は十分小さいと考えられる。
【００６２】
本光伝送方法は、通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、マルチコア光ファイバ１５に置換し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの送信機２１から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、マルチコア光ファイバ１５のコア１０毎に４つの受信機２２で前記信号光を受信することができる。
光ファイバケーブルには標準クラッド径を採用したマルチコア光ファイバ１５を用いるため、既存の光ケーブル構造を流用することができ、好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、光通信システムにおける光ファイバに利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１０：コア
１１：第１クラッド領域
１２：第２クラッド領域
２１：送信機
２２：受信機
１００：光ケーブル
【図１】
2020086054.tif 000025
【図２】
2020086054.tif 000026
【図３】
2020086054.tif 000027
【図４】
2020086054.tif 000028
【図５】
2020086054.tif 000029
【図６】
2020086054.tif 000030
【図７】
2020086054.tif 000031
【図８】
2020086054.tif 000032
【図９】
2020086054.tif 000033
【図１０】
2020086054.tif 000034
【図１１】
2020086054.tif 000035
【図１２】
2020086054.tif 000036
【図１３】
2020086054.tif 000037
【図１４】
2020086054.tif 000038
【図１５】
2020086054.tif 000039
【図１６】
2020086054.tif 000040
【図１７】
2020086054.tif 000041
【図１８】
2020086054.tif 000042
【図１９】
2020086054.tif 000043
【図２０】
2020086054.tif 000044
【図２１】
2020086054.tif 000045
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月20日(2019.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
前記第２クラッド領域の外径が１２５±１μｍであり、
波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２以上であり、
波長１６２５ｎｍ、曲げ半径３０ｍｍにおける曲げ損失が０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下であり、
カットオフ波長が１５３０ｎｍ以下である
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
【請求項２】
前記コアと前記第１クラッド領域の間に、幅ｗの前記第２クラッド領域と同じ屈折率の領域を有することを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
【請求項３】
前記幅ｗは、０μｍ＜ｗ≦１．３μｍであることを特徴とする請求項２に記載のマルチコア光ファイバ。
【請求項４】
前記Δ１と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ１を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ１】
2020086054.tif 000046
【請求項５】
前記ａ１と前記Δ１との関係が数Ｃ２を満たすことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ２】
2020086054.tif 000047
ただし、前記ａ１の単位はμｍ、前記Δ１は無次元である。
【請求項６】
前記Δ２と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）との関係が数Ｃ３を満たすことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ３】
2020086054.tif 000048
ただし、前記Δ２は無次元である。
【請求項７】
前記ａ１と前記ａ２の比ａ２／ａ１が１．０以上３．０以下であり、
前記Δ１、前記ａ２／ａ１、および波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ４を満たし、
前記Δ２、前記ａ２／ａ１、および前記Ａｅｆｆとの関係が数Ｃ５を満たすこと
を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ４】
2020086054.tif 000049
【数Ｃ５】
2020086054.tif 000050
ただし、前記ａ１と前記ａ２の単位はμｍ、前記Ａｅｆｆの単位はμｍ２、前記Δ１と前記Δ２は無次元である。
【請求項８】
前記Δ１、前記Δ２が数Ｃ６を満たすことを特徴とする、請求項５から７のいずれかに記載のマルチコア光ファイバ。
【数Ｃ６】
2020086054.tif 000051
ただし、前記Δ１と前記Δ２は無次元である。
【請求項９】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１となる、コアより屈折率の低い半径ａ２の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝２．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ａ０  （−０．８００，−０．３９６）
Ａ１ａ（−０．８００，−０．３４０）
Ａ１ｂ（−０．７５０，−０．３５１）
Ａ１  （−０．６８２，−０．３７８）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１０】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１（μｍ）の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１（無次元）となる、コアより屈折率の低い半径ａ２（μｍ）の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２（無次元）となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が８０μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｂ０ａ（−０．７００，−０．３７６）
Ｂ１ａ（−０．７００，−０．２６６）
Ｂ１ｂ（−０．６７１，−０．２８６）
Ｂ１ｃ（−０．６１８，−０．３１３）
Ｂ１ｄ（−０．５８６，−０．３３８）
Ｂ１（−０．４９０，−０．３９６）
Ｂ０ｄ（−０．５８６，−０．４００）
Ｂ０ｃ（−０．６１８，−０．３９１）
Ｂ０ｂ（−０．６７１，−０．３７１）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１１】
マルチコア光ファイバであって、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１（μｍ）の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１（無次元）となる、コアより屈折率の低い半径ａ２（μｍ）の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２（無次元）となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有し、
ａ２／ａ１＝３．０且つ波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１００μｍ２であり、
第１クラッド領域の比屈折率差を横軸、第２クラッド領域の比屈折率差を縦軸としたとき、前記Δ１と前記Δ２が、
Ｃ０ａ（−０．６００，−０．２７４）
Ｃ１ａ（−０．６００，−０．２５５）
Ｃ１ｂ（−０．５９０，−０．２６２）
Ｃ１ｃ（−０．５７０，−０．２７７）
Ｃ１（−０．５２８，−０．３０５）
Ｃ０ｃ（−０．５７０，−０．２９７）
Ｃ０ｂ（−０．５９０，−０．２８９）
で囲まれる範囲にあることを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項１２】
マルチコア光ファイバの設計方法であって、
前記マルチコア光ファイバは、
長手方向に沿って正方格子状に配置された半径ａ１（μｍ）の４つのコアと、
前記コアの周囲に屈折率が前記コアとの比屈折率差がΔ１（無次元）となる、コアより屈折率の低い半径ａ２（μｍ）の第１クラッド領域と、
前記第１クラッド領域の外周部に前記第１クラッド領域より屈折率が大きく、かつ前記コアとの比屈折率差がΔ２（無次元）となる、コアより屈折率に低い第２クラッド領域と、
を有しており、
実効断面積Ａｅｆｆ（μｍ２）と１ｋｍあたりのコア間のクロストークの合計値ＸＴ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件から前記ａ１と前記Δ１の組み合わせを選定する第１ステップと、
前記第１ステップで選定した前記組み合わせにおいてカットオフ波長と曲げ損失の要求条件を満たす前記ａ２と前記Δ２を選定し、前記ＸＴに対する前記Δ１とコア間隔Λ（μｍ）とのコア間隔関係及び過剰損失αｃ（ｄＢ／ｋｍ）の要求条件に対する前記Δ１と前記第２クラッド領域の外周部から前記コアの中心までの最短距離ＯＣＴ（μｍ）とのＯＣＴ関係を取得する第２ステップと、
前記第２ステップで取得した前記コア間隔関係及び前記ＯＣＴ関係を用いて前記第１ステップで取得した前記Δ１での前記第２クラッド領域の外径φ（μｍ）を
φ＝２×（Λ／√２＋ＯＣＴ）
で計算し、前記外径φが１２５μｍ以下となるか否かを判定する第３ステップと、
を行うマルチコア光ファイバの設計方法。
【請求項１３】
Ａｅｆｆが８０μｍ２以上である場合、
前記第１ステップでは、数Ｃ１及び数Ｃ２を満たす前記組み合わせを選定することを特徴とする請求項１２に記載の設計方法。
【数Ｃ１】
2020086054.tif 000052
【数Ｃ２】
2020086054.tif 000053
【請求項１４】
ａ２／ａ１が３．０以下である場合、
前記第２ステップでは、数Ｃ３を満たす前記Δ２を選定することを特徴とする請求項１３に記載の設計方法。
【数Ｃ３】
2020086054.tif 000054
【請求項１５】
光伝送方法であって、
１０００ｋｍ以上の請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバを光伝送路とし、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする光伝送方法。
【請求項１６】
光伝送方法であって、
通信距離が１０００ｋｍ以上の海底通信システムのシングルモード光ファイバを、請求項１から１１のいずれかに記載のマルチコア光ファイバに置換し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの送信機から波長１５３０ｎｍ以上の信号光を送信し、
前記マルチコア光ファイバの前記コア毎に４つの受信機で前記信号光を受信すること
を特徴とする光伝送方法。