(57)【要約】  本実施形態は、伝送損失を低減するとともにコア間ＸＴを効果的に抑制するための構造を備えた低伝送損失のＭＣＦに関する。当該非結合型ＭＣＦは、複数のコアそれぞれが伝送損失の低減に寄与する、所定の濃度のアルカリ金属を含むとともに、複数のコアのうち特定のコアと残りの全コアそれぞれとのパワー結合係数の総和ｈ_totalが２．３×１０−４／ｋｍ以下となるようにコア間隔が設定されている。
2016152507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが所定の方向に沿って伸びた複数のコアと、前記複数のコアそれぞれを覆うクラッドとを備えた非結合型のマルチコア光ファイバであって、
前記複数のコアそれぞれは、伝送損失の低減に寄与する、所定の濃度のアルカリ金属を含み、
前記複数のコアのうち特定のコアと残りの全コアそれぞれとのパワー結合係数の総和ｈ_totalが２．３×１０−４／ｋｍ以下となるようにコア間隔が設定されていることを特徴とするマルチコア光ファイバ。
【請求項２】
前記コア間隔は、４５μｍ以下であ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】
紡糸前の当該マルチコア光ファイバの母材において、前記クラッドに相当する領域には少なくとも１つのアルカリ金属添加領域が設けられており、
当該マルチコア光ファイバにおいて、前記母材における前記アルカリ金属添加領域の中心位置に相当する拡散中心位置と、前記複数のコアのうち前記拡散中心位置に隣接するコアの中心位置との距離Λcore-cladは、４５μｍ以下であ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４】
前記複数のコアそれぞれは、ＧｅＯ２分子の添加量が１重量％以下であるＳｉＯ２ガラスからなり、
前記クラッドには、フッ素が添加され、
前記複数のコアそれぞれの、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１７ｄＢ／ｋｍ以下であ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５】
前記複数のコアの少なくとも何れかには、所定の濃度のゲルマニウムが添加されており、
前記ゲルマニウムが添加されたコアの、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であ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６】
前記複数のコアそれぞれにおけるアルカリ金属の平均濃度は、０．２原子ｐｐｍ以上かつ５０原子ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
【請求項７】
紡糸前の当該マルチコア光ファイバの母材において、前記複数のコアに相当する領域それぞれにおけるハロゲン元素の平均濃度は、１０００原子ｐｐｍ以上かつ３００００原子ｐｐｍ以下であ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８】
前記クラッドの表面におけるアルカリ金属の濃度は、１原子ｐｐｍ以下であ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９】
前記複数のコアのうち隣接するコア間における、所定の波長の光を一定長伝播させたときのクロストークは、−１６ｄＢ以下であ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非結合型のマルチコア光ファイバ（以下、ＭＣＦと記す）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数のコアが純シリカガラスで構成されたＭＣＦに関する伝送損失の低減技術が開示されており、特許文献２には、アルカリ金属をコアに添加することで伝送損失を低減する技術が開示されている。また、特許文献３には、バンチファイバを構成する複数の単心ファイバの最外周面を覆うガラスに酸などにより溶融し易いアルカリ金属が添加されたガラスを採用することで、各単心ファイバを分離し易くした構造が開示されている。非特許文献１には、Stack & Draw法により製造されたＭＣＦの伝送損失に関して記載されており、非特許文献２には、ロッドインコラプス法で製造されたＭＣＦの伝送損失に関して記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０９７０２号公報
【特許文献２】日本国特許第５５４５２３６号
【特許文献３】特開昭６０−１７６００４号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】I. Ishida, et al., “Possibility of Stack and Draw process as Fabrication Technology for Multi-Core Fiber”, OFC2013, OTu2G.1
【非特許文献２】Katsunori Imamura, et al., “Trench Assisted Multi-Core Fiber with Large Aeff over 100μm2 and Low Attenuation Loss”, ECOC2011,Mo.1.LeCervin.1
【非特許文献３】Tetsuya Hayashi, et al., “Multi-Core Fibers and Their Crosstalk Characteristics”, OFC2012, TuC4.1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、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。【０００６】
すなわち、アルカリ金属元素のコア添加は、低損失化に有効であることは周知である。ただし、アルカリ金属元素は、他の元素に比べ、拡散し易く、母材から光ファイバへの紡糸中、該光ファイバにおけるコア中のアルカリ金属濃度は母材段階での濃度に比べ減少してしまう。したがって、紡糸中のコアガラスの構造緩和に寄与できるアルカリ金属濃度は一定の制限が在る。特に、1つのコアのみにアルカリ金属が添加される上記従来技術の場合、コアに相当するガラス領域の結晶化を防止するため高濃度のアルカリ金属を添加することができない。加えて、複数のコアを持つＭＣＦの場合、複数のコアが近接配置されるため、隣接コア間のクロストーク（以下、ＸＴと記す）に起因した伝送損失も抑制する必要がある。【０００７】
本発明は、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、伝送損失を低減するとともにコア間ＸＴを効果的に抑制するための構造を備えた非結合型のＭＣＦを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係るＭＣＦは、個々のコアにおけるシングルモード伝送を可能にする非結合型のＭＣＦであって、それぞれが所定の方向に沿って伸びた複数のコアと、該複数のコアそれぞれを覆うクラッドとを備える。特に、複数のコアそれぞれは、低損失化に十分な濃度のアルカリ金属を含む。また、所定の方向に直交する当該ＭＣＦの横断面において、複数のコアのうち隣接するコアの最短中心間距離で規定されるコア間隔は、該複数のコアのうち特定のコアと残りの全コアそれぞれとのパワー結合係数の総和ｈ_totalが２．３×１０−４／ｋｍ以下となるように設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
本実施形態によれば、各コアにおける伝送損失の低減と隣接するコア間のＸＴの低減の両立が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｃ）は、第１実施形態に係るＭＣＦと母材それぞれの断面構造、屈折率分布、およびアルカリ金属濃度分布を示す図である。
【図２】図２は、パワー結合係数の総和であるｈ_total（／ｋｍ）と、コア間ＸＴに起因した伝送損失増加量（ｄＢ／ｋｍ）との関係を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｇ）は、コアと該コア周辺のクラッドの一部を含む領域Ｒ１に適用可能な種々の屈折率分布を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、第１実施形態に係るＭＣＦの２つのサンプル１、２（ＭＣＦ１、ＭＣＦ２）と、その比較例（ＳＣＦ）のそれぞれについて、コアとコア周辺のクラッドの一部を含む領域Ｒ１の屈折率分布および断面構造を示す図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｃ）は、第１実施形態に係るＭＣＦの２つのサンプル１、２（ＭＣＦ１、ＭＣＦ２）と比較例（ＳＣＦ）のそれぞれについて、光学特性をまとめた図表である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る２つのサンプル１、２、（ＭＣＦ１、ＭＣＦ２）について、コア間隔Λcoreと伝送損失の低下量（ｄＢ／ｋｍ）の関係を示すグラフである。
【図７】図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第２実施形態に係るＭＣＦと母材それぞれの断面構造、屈折率分布、およびアルカリ金属濃度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
【００１２】
（１）本実施形態に係るＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）は、非結合型のＭＣＦであって、それぞれが所定の方向に沿って伸び、それぞれにおいてシングルモード伝送を可能にする複数の非結合型コアと、これら複数のコアそれぞれを覆うクラッドとを備える。特に、第１の態様として、複数のコアそれぞれは、伝送損失を低減させるのに十分な濃度のアルカリ金属を含む。また、所定の方向に直交する当該ＭＣＦの横断面において、複数のコアのうち隣接するコアの最短中心間距離で規定されるコア間隔は、複数のコアのうち特定のコアと残りの全コアそれぞれとのパワー結合係数の総和ｈ_totalが２．３×１０−４／ｋｍ以下となるように設定されている。ここでいう特定のコアとは、パワー結合係数の総和h_totalが最大となるコアである。なお、各コアには、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムのグループから選択された１または２以上の種類のアルカリ金属が含まれる。
【００１３】
本発明は、アルカリ金属のコア添加が、コア同士が近接配置された場合においても、低伝送損失化に有効であることを見出したことにより完成されたものである。すなわち、本実施形態に係るＭＣＦは、複数のコアを有するため、これらコアに相当する母材コア部を主たるアルカリ金属添加領域源とことで、紡糸中のアルカリ金属の拡散により隣接するコア相互にアルカリ金属が供給されるため、紡糸中ファイバにおけるコア内のアルカリ金属濃度を低伝送損失化に十分な値以上に設定しやすく、紡糸中ファイバにおけるガラス構造の緩和が促進されることにより、低伝送損失のＭＣＦを得ることが可能になる。
【００１４】
また、本実施形態では、当該ＭＣＦにおける複数のコアそれぞれに低伝送損失化に十分な濃度のアルカリ金属を残留させるため、当該ＭＣＦの断面構造と相似な断面構造を有する紡糸前の母材には複数のアルカリ金属添加領域が設けられ、紡糸中のコア内におけるアルカリ金属濃度の低下が抑制されている。すなわち、当該ＭＣＦは、複数のコアにそれぞれ相当する複数のコア部と、クラッドに相当するクラッド部と、それぞれにアルカリ金属が添加されるとともにその長手方向に沿って延びた複数のアルカリ金属添加領域と、を有する母材を、所定の方向に沿って紡糸することにより得られる。なお、複数のアルカリ金属添加領域の配置関係によっては、全てのコア部にアルカリ金属添加領域が設定される必要はない。
【００１５】
（２）上記第１に適用可能な第２の態様として、コア間隔は、４５μｍ以下であるのが好ましい。
【００１６】
（３）上記第１または第２の態様に適用可能な第３の態様として、紡糸前の当該ＭＣＦの母材において、クラッドに相当する領域には少なくとも１つのアルカリ金属添加領域が設けられてもよい。この場合、紡糸後の当該ＭＣＦにおいて、母材におけるアルカリ金属添加領域の中心位置に相当する拡散中心位置と、複数のコアのうち前記拡散中心位置に隣接するコアの中心位置との距離Λcore-cladは、４５μｍ以下であるのが好ましい。
【００１７】
（４）上記第１〜第３の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第４の態様として、複数のコアそれぞれは、ＧｅＯ２分子の添加量が１重量％以下であるＳｉＯ２ガラスからなり、かつ、クラッドにはフッ素が添加された構成において、複数のコアそれぞれの、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１７ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。
【００１８】
（５）上記第１〜第４の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第５の態様として、複数のコアの少なくとも何れかに所定濃度のゲルマニウムが添加された構成において、該ゲルマニウムが添加されたコアの、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。
【００１９】
（６）上記第１〜第５の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第６の態様として、複数のコアそれぞれにおけるアルカリ金属の平均濃度は、０．２原子ｐｐｍ以上かつ５０原子ｐｐｍ以下であるのが好ましい。
【００２０】
（７）上記第１〜第６の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第７の態様として、紡糸前の当該ＭＣＦの母材において、複数のコアに相当する領域それぞれにおけるハロゲン元素の平均濃度は、１０００原子ｐｐｍ以上かつ３００００原子ｐｐｍ以下であるのが好ましい。
【００２１】
（８）上記第１〜第７の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第８の態様として、クラッドの表面におけるアルカリ金属の濃度は、１原子ｐｐｍ以下であるのが好ましい。
【００２２】
（９）上記第１〜第８の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第９の態様として、複数のコアのうち隣接するコア間における、所定波長の光を一定長伝播させたときのＸＴ（クロストーク）は、−１６ｄＢ以下であるのが好ましい。
【００２３】
[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明に係るＭＣＦ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、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。また、本発明は、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、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。
【００２４】
（第１実施形態）
図１（ａ）には、第１実施形態に係るＭＣＦ２００Ａを製造するための紡糸前の母材１００Ａの断面構造が示されている。図１（ａ）に示された断面は、母材１００Ａの中心軸ＡＸ（当該母材１００Ａの長手方向に一致）に直交する断面であり、当該母材１００Ａは、中心軸ＡＸに沿ってそれぞれ伸びたコア部１１０と、これらコア部１１０それぞれを覆うクラッド部１２０を備える。当該ＭＣＦ２００Ａは、母材１００Ａを紡糸することにより得られ、その断面構造は、母材１００Ａの断面構造と相似関係にある。すなわち、母材１００Ａが紡糸されることで得られるＭＣＦ２００Ａのコア２１０は、母材１００Ａのコア部１１０に相当しており、当該ＭＣＦ２００Ａのクラッド２２０が母材１００Ａのクラッド部１２０に相当している。
【００２５】
図１（ｂ）は、図１（ａ）中の線Ｌ（中心軸ＡＸに直交する線）に沿った母材１００Ａの屈折率分布１５０Ａとアルカリ金属濃度分布１６０Ａである。この図１（ｂ）から分かるように、本実施形態では、母材１００Ａのコア部１１０それぞれが、アルカリ金属が添加されたアルカリ金属添加領域となっている。
【００２６】
図１（ｃ）は、母材１００Ａを紡糸することにより得られた本実施形態に係るＭＣＦ２００Ａの屈折率分布２５０Ａおよびアルカリ金属濃度分布２６０Ａであって、図１（ｂ）と同様に、図１（ａ）中の線Ｌに沿った分布である。
【００２７】
通常、アルカリ金属がそれぞれ添加された複数のコア部１１０が設けられた母材１００Ａでは、紡糸中に加熱されることで、各コア部１１０中のアルカリ金属が相互に拡散する。そのため、図１（ｃ）に示されたように、紡糸後のＭＣＦ２００Ａにおける各コア２１０中のアルカリ金属濃度は低下する。しかしながら、コア間隔Λcoreが接近すると、あるコアから拡散したアルカリ金属が隣接するコアへ流入することで、アルカリ金属の濃度低下が緩和され、ガラス構造の緩和を促進させることができる。そのため、本実施形態に係るＭＣＦ２００Ａでは、伝送損失低減することが可能になる。この時、効率よくコア２１０相互にアルカリ金属を拡散させるためには、コア間距離が近い方が好ましいが、一方で、コア間ＸＴが大きい場合、係るコア間ＸＴに起因した伝送損失の増加が発生する。
【００２８】
図２は、ＭＣＦが有する複数のコアのうち特定のコアと残りの全コアそれぞれとのパワー結合係数の総和であるｈ_total（／ｋｍ）と、コア間ＸＴに起因した伝送損失増加量（ｄＢ／ｋｍ）との関係を示すグラフである。なお、例えば上記非特許文献３に記載されているように、単位長さ辺りにコアｍからコアｎへ移動する光パワーＰｎは、以下の式（１）のように表すことができる。
【数１】
2016152507.tif 000003
ここで、ｈはパワー結合係数である。本実施形態で用いるｈ_totalは、一つのコアへ他の全てのコアから光パワーが結合する効率の総和とする。
【００２９】
この図２から分かるように、各コア間のパワー結合係数の総和h_totalを２．３×１０−４／ｋｍとなるようにコア間隔を設定することで、あるコアから他のコアへのＸＴに起因した漏洩損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制できる。すなわち、図２中に示された領域Ｒ２がコア間ＸＴの増加を効果的に抑制可能なパワー結合係数の総和h_totalの良好範囲を示し、さらに好ましくは、コア間隔Λcoreをパワー結合係数の総和h_totalが１．２×１０−４／ｋｍ以下になるよう設定すれば、コアから他のコアへのコア間ＸＴに起因した漏洩損失を０．０００５ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することが可能になる。なお、この場合、アルカリ金属添加による伝送損失の低減量は、紡糸条件、例えばカリウムなどのアルカリ金属の濃度に依存するが、概ね０．０１ｄＢ／ｋｍ以上の伝送損失低下が得られる。
【００３０】
なお、紡糸前の母材１００Ａにおけるコア部１１０のアルカリ金属の添加濃度は、紡糸後のＭＣＦ２００Ａにおいて、各コア２１０におけるアルカリ金属の平均濃度は、０．２原子ｐｐｍ以上かつ５０原子ｐｐｍ以下になるように設定される。これは、高濃度のアルカリ金属が添加されたＳｉＯ２ガラスは結晶化が促進されるため、紡糸後のＭＣＦ２００Ａの各コア２１０に含まれるアルカリ金属の平均値が０.２原子ｐｐｍ以上であれば、紡糸中にコア２１０のガラス構造の緩和を進めることができるからである。一方、紡糸後のＭＣＦ２００Ａにおけるコア２１０のアルカリ金属の平均濃度が５０原子ｐｐｍ以上になると、累積吸収線量０.１０Ｇｙ以上の放射線を照射した後の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が、放射線を照射する前と比較して０.０２ｄＢ／ｋｍ以上増加し、海底システム等の長期の伝送損失の安定性を必要とするシステムでの使用に問題が生じるため望ましくない。
【００３１】
また、母材１００Ａのコア部１１０においてハロゲン元素濃度が低い場合、母材製造工程におけるハロゲン元素による不純物の除去の効果が十分に得られず、不純物の吸収による伝送損失の増加を招く。一方、ハロゲン元素が多すぎる場合、アルカリ金属のハロゲン化合物が生成され結晶の生成核として働くため、望ましくない。また、Ｃｌ、Ｆ等ハロゲン元素の濃度を１０００原子ｐｐｍ〜３０００原子ｐｐｍの範囲に設定することで、上述の問題無く低伝送損失のＭＣＦを得ることができる。
【００３２】
さらに、紡糸後のＭＣＦ２００Ａにおけるガラス表面（クラッド２２０の表面）におけるアルカリ金属の濃度は、１原子ｐｐｍ以下である。紡糸後のＭＣＦ２００Ａのガラス表面までアルカリ金属が拡散すると、アルカリ金属のＳｉＯ２ガラスネットワークの切断効果により、機械的な疲労係数の大幅な低下が発生するため、実用上の問題が生じ望ましくない。この問題を回避するには、紡糸後のＭＣＦ２００Ａのガラス表面までアルカリ金属の濃度は１原子ｐｐｍ以下が好ましく、さらに好ましくは０．１原子ｐｐｍ以下である。アルカリ金属としてカリウムが母材１００Ａのコア部１１０に添加された場合、紡糸後、カリウムは半径１５〜５０μｍの範囲に拡散する。拡散半径は母材段階のカリウム濃度、紡糸中の温度履歴に依存する。したがって、紡糸後のカリウム到達距離を予め調べた上で、母材１００Ａの断面内において、コア部１１０またはクラッド部１２０に対するカリウム添加位置を決定することが望ましい。
【００３３】
具体的に、低伝送損失化のために母材１００Ａのコア部１１０中に添加されるアルカリ金属元素（例えばカリウム）の平均濃度は５原子ｐｐｍ以上であり、好適には５０原子ｐｐｍ以下である。カリウム濃度が高いほど放射線照射による損失増が高くなるので、母材段階でのコア部１１０におけるカリウム平均濃度の上限は５００原子ｐｐｍとすることが好ましい。また、母材１００ＡからＭＣＦ２００Ａへの紡糸工程では、線引炉内において母材１００Ａの各位置が１５００℃以上で保持される時間は１１０分以下であり、線引速度（紡糸速度）は、１２００ｍ／ｍｉｎ以上が好ましく、１５００〜２３００ｍ／ｍｉｎがより好ましい。母材１００Ａの直径は、７０〜１７０ｍｍφが好ましく、９０〜１５０ｍｍφがより好ましい。
【００３４】
母材１００Ａの各位置が１５００℃以上の温度で保持される時間が短いほど、紡糸後のＭＣＦ２００Ａの、波長１.５５μｍにおける伝送損失は小さい。この現象は以下の理由によると考えられる。すなわち、母材１００Ａのコア部１１０に平均濃度５００原子ｐｐｍ以下のカリウムが含まれる場合、該母材１００Ａから得られるＭＣＦ２００Ａの仮想温度は１４００〜１５５０℃であり、線引炉内でのピーク温度（１５００℃以上）から１５００℃までの時間でカリウムの拡散が進む。一方、カリウムの拡散が進み過ぎると、通信波長帯（１５５０ｎｍ帯）の光パワー分布よりカリウムが外側に広く拡散し手しまう。この場合、実効的なカリウム濃度が低くなるためにガラスネットワークの構造緩和が進まず、伝送損失が低減されない。よって、カリウムの拡散がよく進むガラス温度１５００℃以上で保持される時間が短いほど、紡糸後のＭＣＦ２００Ａの光伝送損失は低減する。
【００３５】
このような条件による母材１００ＡからＭＣＦ２００Ａへの紡糸により、紡糸後のＭＣＦ２００Ａの各コア２１０において、０．２原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属濃度が好適に実現できる。なお、実質的にコアが純シリカガラスのＭＣＦの場合、伝送損失０.１７０ｄＢ／ｋｍを下回るためには、母材の各位置が１５００℃以上の温度で保持される時間は、１１０分以下であることが必要であり、７０分以下がより好ましい。
【００３６】
さらに、本実施形態は、紡糸中のＭＣＦを一定以上の温度に保温してガラス構造の緩和を促進することができる徐冷線引を好適に組み合わせて得ることができる。本実施形態と徐冷線引きを組み合わせた場合には、さらに低い伝送損失を得ることができる。徐冷線引き方法については、当業者であれば伝送損失を低減するのに必要な適正な製造条件を得ることができる。
【００３７】
また、本明細書において、アルカリ濃度およびハロゲンの濃度を示す「原子ｐｐｍ」とは、１００ 万ユニットのＳｉＯ２ガラス中のドーパント原子の個数である。例えば、カリウムの場合、ＳｉＯ２ガラス中の結合形態によらず、ＳｉＯ２分子数に対するＫの原子数の比を示す。Ｌｉ、Ｎａ、Ｒｂの場合も、また、Ｃｌ、Ｆの場合も同様である。
【００３８】
上述のような構造を有するＭＣＦ２００Ａの各コア２１０および該コア２１０周辺のクラッド２２０の一部を含む領域Ｒ１（図１（ａ）参照）には、図３（ａ）〜図３（ｇ）に示されたように、種々の屈折率分布が適用可能である。
【００３９】
各コア２１０の屈折率分布やそれに伴う光学特性については、用途に応じて適正な構造を選択することができるが、コア２１０それぞれの構造は均一でも良く、またそれぞれ異なった構造であってもよい。また、当該ＭＣＦ２００Ａの断面内におけるコア数に制限は無く、収容されるコア数に応じて当該ＭＣＦ２００Ａの断面直径（ガラス直径）およびクラッド２２０の外周面上に設けられる被覆樹脂の外径は適切に設定され得る。
【００４０】
具体的に各コア２１０を含む領域Ｒ１の屈折率分布の形状として、コア２１０に相当する領域には、ステップ型（図３（ａ））、リング型（図３（ｂ））、２重ステップ型（図３（ｃ））、グレーディド型（図３（ｄ））等の何れも適用可能である。また、クラッド２２０に相当する領域には、ディプレスト型（図３（ｅ））、マッチド型（図３（ｆ））、トレンチ型(図３（ｇ）)等の何れも適用可能である。また、各コア２１０は、コアを伝播するモード数が一つであるシングルモード動作を前提とした構造であっても、複数モードを伝播するマルチモード動作を前提とした構造を備えてもよい。
【００４１】
上述のような屈折率分布において、コア２１０の少なくともいずれかは、ＧｅＯ２分子の添加量が１重量％以下であるＳｉＯ２ガラスからなり、かつ、クラッド２２０にフッ素が添加された構成が適用された場合、コア２１０における波長１５５０ｎｍでの伝送損失は、０．１７ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。一般的に、コアの屈折率を上昇させるためのＧｅＯ２分子が実質的に添加されていないＳｉＯ２ガラスによりコアが構成されている場合、ＧｅＯ２分子の濃度揺らぎに起因した散乱が抑制され得るので、伝送損失を０．１７ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することが可能になる。さらに好ましい伝送損失は、０．１６５ｄＢ／ｋｍ以下である。
【００４２】
また、上述のような屈折率分布において、コア２１０の少なくとも何れかには、ゲルマニウムが添加された構造が採用されてもよい。この場合、複数のコアそれぞれの、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０．１８ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。ゲルマニウムが添加されたコアは、一般に純シリカコアを有する光ファイバに比べ伝送損失が高い。しかしながら、コアにアルカリ金属を共添加することで散乱が低減され、結果的に伝送損失を低減することが可能になる。ただし、母材段階でゲルマニウムに添加されたコア部にアルカリ金属が添加されると紡糸後のコア内に結晶が発生し易くなるため、製造性が劣化する。そのため、母材製造工程では、ゲルマニウムが添加されたコア部にはアルカリ金属を直接添加せず、母材のクラッド部のみにアルカリ金属を添加し、紡糸時の加熱時によりアルカリ金属をコアへ拡散させることが望ましい。
【００４３】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）、図５（ａ）〜図５（ｃ）、および図６を用いて、本実施形態に係るＭＣＦ２００Ａの複数サンプルと比較例の光学特性当を詳細に説明する。
【００４４】
用意された本実施形態に係るＭＣＦ２００Ａのサンプルとして、ＭＣＦ１（サンプル１）およびＭＣＦ２（サンプル２）それぞれは、図４（ｃ）に示されたような２つのコアを備えた断面構造を有し、各コア周辺は、図４（ａ）に示された屈折率分布（リング型コア＋トレンチ部）を有する。一方、比較例は、図４（ｂ）に示されたような１つのコアを有する単一コア光ファイバ（以下、ＳＣＦと記す）であって、コア周辺は、図４（ａ）に示された屈折率分布を有する。
【００４５】
サンプル１であるＭＣＦ１、サンプル２であるＭＣＦ２、および比較例のＳＣＦの何れも、純シリカを基準として、比屈折率差Δ１が０．０５％、Δ１’が−０．０５％、Δ２が−０．５％、Δ３が−０．２５％、コア直径２ａが１２．５１μｍ、トレンチ部の外径２ｂが３４，６１μｍである。また、ＭＣＦ１のコア間隔Λcoreは４０．７μｍであり、ＭＣＦ２のコア間隔Λcoreは３６．６μｍである。なお、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２、比較例ＳＣＦの何れも、ファイバ外径は１２５μｍであり、紡糸条件は、紡糸速度が１５００ｍ／ｍｉｎ、紡糸張力が８０〜１００ｇである。
【００４６】
以上のように作成されたＭＣＦ１（Λcore＝４０．７μｍ）、ＭＣＦ２（Λcore＝３６．６μｍ）、およびＳＣＦそれぞれについて、各コアの波長１５５０ｎｍにおける平均実効断面積Ａｅｆｆは１１０μｍ２であった。また、紡糸後の各コア内における平均カリウム濃度は１原子ｐｐｍであった。
【００４７】
これらＭＣＦ１、ＭＣＦ２、およびＳＣＦそれぞれの光学特性をまとめた図表が図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されている。なお、図５（ａ）は、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２、ＳＣＦそれぞれの波長１５５０ｎｍにおける光学特性として、ファイバ長１００ｋｍでのコア間ＸＴ（ｄＢ）、パワー結合係数の総和ｈ_total（／ｋｍ）、およびコア間ＸＴに起因する伝送損失（ｄＢ）を示す。図５（ｂ）は、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２、ＳＣＦそれぞれの波長１６２５ｎｍにおける光学特性として、ファイバ長１００ｋｍでのコア間ＸＴ（ｄＢ）、パワー結合係数の総和ｈ_total（／ｋｍ）、およびコア間ＸＴに起因する伝送損失（ｄＢ）を示す。図５（ｃ）は、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２、ＳＣＦそれぞれの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失（ｄＢ／ｋｍ）と波長１５５０ｎｍにおける伝送損失低下量（ｄＢ／ｋｍ）を示す。ここで、なお、ファイバ長１００ｋｍでのコア間ＸＴ（ｄＢ）は、１００ｋｍ伝播後の各波長におけるＸＴ量の実測値であり、本実測値を用いてｈ_totalが算出されている。また、コア間ＸＴに起因する伝送損失（ｄＢ）はｈ_totalから算出されている。波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の低下量（ｄＢ／ｋｍ）は、比較例であるＳＣＦに対するＭＣＦ１、ＭＣＦ２の伝送損失の低下量を示す。
【００４８】
図５（ａ）〜図５（ｃ）から分かるように、波長１５５０ｎｍにおけるＳＣＦの伝送損失は０．１６１ｄＢであった。一方、同一の紡糸条件において製造されたＭＣＦ１の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．１５８ｄＢ、ＭＣＦ２の波長１５００ｎｍにおける伝送損失は０．１５７ｄＢであった。また、波長１５５０ｎｍにおいて、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２のコア間ＸＴに起因する伝送損失は、それぞれ６．９×１０−５ｄＢ／ｋｍ、９．８×１０−４ｄＢ／ｋｍ増加していると考えられるが、波長１５５０ｎｍにおけるＭＣＦ１、ＭＣＦ２それぞれの伝送損失は、上述のようにＳＣＦに対して有意に低下しており、それぞれにアルカリ金属が添加された複数のコアが隣接して配置されることにより、コア間における伝送損失低減効果が得られていることが確認できた。
【００４９】
図６は、ＭＣＦ１（サンプル１）、ＭＣＦ２（サンプル２）について、コア間隔Λcoreと伝送損失の低下量（ｄＢ／ｋｍ）の関係を示すグラフである。具体的に伝送損失の低下量（ｄＢ／ｋｍ）は、比較例のＳＣＦの伝送損失に対する、ＭＣＦ１とＭＣＦ２それぞれの伝送損失の低下量である。ＳＣＦは、コア部に２５原子ｐｐｍのカリウム元素が添加された単一のコア部を有する母材を紡糸することで得られる。一方、ＭＣＦ１、ＭＣＦ２それぞれは、２つのコア部にカリウム元素が平均濃度でそれぞれ２５原子ｐｐｍ添加された母材を紡糸することで得られる。
【００５０】
上述のように各コア部にアルカリ金属が添加された母材を紡糸しても、得られたＭＣＦにおける各コアの距離が遠い場合、紡糸中にアルカリ金属がコア間で相互に拡散せず、効率よく伝送損失を低減することができない。図６に示されたように、コア間隔Λcoreが４５μｍ以下となると、ＳＣＦに比べ伝送損失が低減可能であることが確認できる。低伝送損失化だけであれば、コア間隔Λcoreは４０μｍ以下、さらに３５μｍ以下と、小さいことが好ましい。なお、図６中に示された領域Ｒ３が伝送損失を十分に低減可能なコア間隔Λcoreの良好範囲を示す。一方、アルカリ金属としてカリウム（Ｋ）の原子番号以下の物質を用いた場合は、拡散係数はＫよりも大きいため、コア間隔Λcoreはやはり４５μｍ以下とすれば、紡糸中のアルカリ金属がコア間で相互に拡散させることができる。また、カリウムより原子番号が大きいアルカリ金属を用いた場合は、拡散速度が遅くなるため、コア間隔Λcoreはさらに小さいことが望ましい。ただし、この場合コア間のパワー結合係数の総和ｈ_totalが２．３×１０−４／ｋｍ以下になるようにコアの屈折率分布構造を設計する必要が有る。
【００５１】
なお、一般的な伝送システムでは信号品質を保つため、コア間ＸＴは−３０ｄＢ以下であることが望ましい。一方、図６に示されたように、アルカリ金属が添加されたコアの間隔が狭いほど、伝送損失を効率良く低減することができる。同方向へ信号伝播した場合に比べ、対向伝播させた場合は、実効的なＸＴが低くなるため、隣接コア間のＸＴ値の許容値が緩和することができる。すなわち、空気とガラスの反射率４％（約−１４ｄＢ）から、実質的に−３０ｄＢ以下のコア間ＸＴを得るためには、システムの使用波長、及び伝送距離においてコア間ＸＴは−１６ｄＢ／ｋｍであればよく、コア間隔の緩和が可能になる。
【００５２】
ＭＣＦ２は、波長１５５０ｎｍにおける１００ｋｍ伝播後のコア間ＸＴがー１６．５ｄＢと比較的大きいが、隣り合うコア間の伝送方向が逆になっている状態でＮＲＺの４０Ｇｂｐｓ信号を伝播させた結果、エラーフリー伝送が可能となった。このことからも、１コア構造のＳＣＦに比べ、マルチコア構造のＭＣＦでは、紡糸中の隣接するコアに添加されたアルカリ金属がコア外へも拡散するため、共通クラッド部での伝送損失を効率的に低減することが可能になっている。
【００５３】
（第２実施形態）
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第２実施形態に係るＭＣＦ２００Ｂと母材１００Ｂそれぞれの断面構造、屈折率分布、およびアルカリ金属濃度分布を示す図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示された第２実施形態では、ＭＣＦ２００Ｂを製造するための母材１００Ｂにおいて、２つのコア部１１０の他、コア部１１０間に挟まれたクラッド部１２０にもアルカリ金属添加領域５００が設けられている点を除き、第１実施形態の構成（図１（ａ）〜図１（ｃ））と同様である。
【００５４】
すなわち、図７（ａ）において母材１００Ｂは、中心軸ＡＸに沿ってそれぞれ伸びたコア部１１０と、これらコア部１１０それぞれを覆うクラッド部１２０を備える。本実施形態に係るＭＣＦ２００Ｂは、母材１００Ｂを紡糸することにより得られ、その断面構造は、母材１００Ｂの断面構造と相似関係にあり、当該ＭＣＦ２００Ｂのコア２１０は、母材１００Ｂのコア部１１０に相当しており、当該ＭＣＦ２００Ｂのクラッド２２０が母材１００Ａのクラッド部１２０に相当している。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）中の線Ｌに沿った母材１００Ｂの屈折率分布１５０Ｂとアルカリ金属濃度分布１６０Ｂである。この図７（ｂ）から分かるように、本実施形態では、母材１００Ｂのクラッド部１２０にもアルカリ金属が添加されたアルカリ金属添加領域５００が形成されている。また、図７（ｂ）には、コア部１１０の一方においてアルカリ金属濃度分布が示されていないが、当然のことながら本実施例においても全てのコア部１１０にアルカリ金属添加領域が形成されてもよい。図７（ｃ）は、母材１００Ｂを紡糸することにより得られた本実施形態に係るＭＣＦ２００Ｂの屈折率分布２５０Ｂおよびアルカリ金属濃度分布２６０Ｂであって、図７（ｂ）と同様に、図７（ａ）中の線Ｌに沿った分布である。図７（ｃ）に示されたΛcore-cladは、母材１００Ｂのクラッド部１２０に設けられたアルカリ金属添加領域５００の拡散中心位置と、紡糸後のＭＣＦ２００Ｂの各コア２１０の中心位置との距離を示す。
【００５５】
本実施形態によれば、母材１００Ｂのコア部１１０以外に、クラッド部１２０にもアルカリ金属を添加することで、より効率よく伝送損失を低減することが出来る。ただし、アルカリ金属が添加された領域とコア部１１０の距離が遠い場合、紡糸中にアルカリ金属がコアへ拡散せず、伝送損失の低減効果を得ることができない。したがって、アルカリ金属としてカリウム（Ｋ）の原子番号以下の物質を用いた場合、紡糸後のＭＣＦ２００Ｂにおいて、コア２１０の中心とアルカリ金属添加領域５００の中心に相当する拡散中心位置との距離Λcore-cladは、４５μｍ以下である必要がある。より好ましくは、距離Λcore-cladは４０μｍ以下、さらに好ましくは３５μｍ以下である。
【００５６】
また、母材１００Ｂのコア部１１０にアルカリ金属を添加すると紡糸中のコア内に結晶が発生し易くなるとともに、コア部１１０へのアルカリ金属の添加工程において、アルカリ金属以外の不純物がコア部１１０へ混入にすることによる伝送損失増加が発生する場合がある。そのため、母材段階ではコア部１１０にはアルカリ金属を直接添加せず、紡糸工程においてクラッド部１２０に添加されたアルカリ金属（アルカリ金属添加領域５００）紡糸中のコアへ拡散させることで、結晶化、不純物の混入による過剰損失の懸念、生産歩留の低下無く、低伝送損失を得ることができる。
【００５７】
なお、母材１００Ｂにおいて、コア部１１０およびクラッド部１２０中のアルカリ金属添加領域の配置については、両方のコア部１１０とその中間領域にアルカリ金属添加領域が母材長手方向（中心軸ＡＸ）に沿って延在している。この構成により、コア間ＸＴの問題を気にせずにすむほどコア間隔Λcoreを大きくしても、得られるＭＣＦの低伝送損失化が可能になる。ただし、クラッド外周に近い領域にアルカリ金属が設けられた場合、紡糸中の拡散によりファイバ外周のアルカリ金属の濃度上昇を招き、得られるＭＣＦ２００Ｂの機械強度が低下するため望ましくない。したがって、ＭＣＦ２００Ｂのクラッド２２０の表面におけるアルカリ金属の濃度は、１原子ｐｐｍ以下が好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１００Ａ、１００Ｂ…母材、１１０…コア部（アルカリ金属添加領域を含む）、１２０…クラッド部、１５０Ａ、１５０Ｂ、２５０Ａ…屈折率分布、１６０Ａ、１６０Ｂ、２６０Ａ、２６０Ｂ…アルカリ金属濃度分布、２００Ａ、２００Ｂ…ＭＣＦ、２１０…コア、２２０…クラッド、５００…アルカリ金属添加領域。
【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】
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【国際調査報告】
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