(57)【要約】【課題】複数のコアを含む光ファイバの実装を簡略化することを目的とする。【解決手段】本発明の一形態に係る光ファイバは、直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列をそれぞれ含む複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバのうち１つの光ファイバに含まれるコアと、前記複数の光ファイバのうち他の光ファイバに含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、前記複数の光ファイバのコア列の間の間隔が調整されている光カプラとを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列をそれぞれ含む複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバのうち１つの光ファイバに含まれるコアと、前記複数の光ファイバのうち他の光ファイバに含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、前記複数の光ファイバのコア列の間の間隔が調整されている光カプラと、
を有する光通信システム。
【請求項２】
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列をそれぞれ含む複数の光ファイバと、
入力端又は出力端の配置が前記コア列における前記複数のコアの配置と同じである光導波路を有する光平板回路と、
を有する光通信システム。
【請求項３】
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列を複数含む光ファイバであって、
当該光ファイバの一部において、前記複数のコア列のうち１つのコア列に含まれるコアと、前記複数のコア列のうち他のコア列に含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、前記複数のコア列の間の間隔が調整されている光ファイバ。
【請求項４】
１つの同心円上に配置された複数のコア、複数の同心円上に中心点に対して点対称に配置された複数のコア、又はそれぞれのコア群の中心が同心円上に配置された複数のコア群を含む光ファイバであって、
前記複数のコアの最小コア間距離又は前記コア群に含まれるそれぞれのコアの距離を第１の距離としたときに、
当該光ファイバの一部において、最小コア間距離を有するコア又は前記コア群に含まれるコアの間でカップリングが発生するように、前記第１の距離が調整されている光ファイバ。
【請求項５】
第１の用途に応じて設計された第１のコアと、第２の用途に応じて設計された第２のコアとを含む光ファイバであって、
前記第１のコアを伝搬する光と前記第２のコアを伝搬する光との間の干渉を防ぐように、前記第１のコア及び前記第２のコアの間の間隔が調整されている光ファイバ。
【請求項６】
第１の光通信装置と、第２の光通信装置と、当該第１の光通信装置及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、上り光信号用のコアと、下り光信号用のコアとを含み、前記第１の光通信装置から前記第２の光通信装置までの上り光信号の配線長と下り光信号の配線長は等長化されている光通信システム。
【請求項７】
複数の第１の光通信装置と、第２の光通信装置と、当該複数の第１の光通信装置及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、複数の第１の光通信装置のそれぞれに接続される複数のコアを含み、
当該光通信システムは、前記光ファイバに結合されており、前記第２の光通信装置と前記複数のコアのいずれかとの接続関係を変えるための空間スイッチを有する光通信システム。
【請求項８】
異なる波長を用いる第１の光通信装置のまとまりでそれぞれ構成される複数の第１の光通信装置群と、第２の光通信装置と、当該複数の第１の光通信装置群及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、複数の第１の光通信装置群のそれぞれに接続される複数のコアを含み、
当該光通信システムは、
前記光ファイバに結合されており、前記第２の光通信装置と前記複数のコアのいずれかとの接続関係を変えるための空間スイッチと、
前記異なる波長の光を波長多重する波長スイッチと、
を有する光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ及び光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを用いたフォトニックネットワークにおいて伝送容量を拡大するために、１本の光ファイバの中に複数の波長を使用して伝送する波長多重が用いられている。しかし、波長多重を用いた光ファイバは、狭いコアの領域に光強度密度が集中し、ファイバフューズ現象による熱破壊を引き起こすなど物理的限界に達する可能性がある。
【０００３】
そこで、伝送容量を更に拡大するための技術として、空間多重伝送技術（ＳＤＭ：Space Division Multiplexing）が提案されている。ＳＤＭには、１本の光ファイバの中に複数のコアを配置したマルチコアファイバが用いられるため、伝送容量が飛躍的に拡大する（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】八木健、"SDM伝送を実現する光ファイバ技術"、信学技報, vol. 114, no. 201, PN2014-15, pp. 25-30, 2014年9月
【非特許文献２】H. Nakamura, et. al., "40 Gbit/s λ-tunable stacked-WDM/TDM-PON using dynamic wavelength and bandwidth allocation," OSA/OFC/NFOEC2011, pp. 1-3, March 2011.
【非特許文献３】K. Hattori et, al., "Optical Layer 2 Switch Network with Bufferless Optical TDM and Dynamic Bandwidth Allocation," IEICE Trans. Electron., VOL. E99-C, No. 2, pp. 189-202, Feb. 2016.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１は、従来技術によるマルチコアファイバの断面図である。図１に示すように、従来のＳＤＭに用いられる光ファイバの構成は、光ファイバのクラッド内において、互いに干渉がないことを条件にできるだけ多くのコアを配置することを主眼としており、それまでの１コアのファイバを複数束ねただけの構成である。
【０００６】
図２は、従来技術によるマルチコアファイバと光カプラを含む光通信システムの例を示す図である。マルチコアファイバを伝搬する光信号を結合（カップリング）させる場合、一度独立した１コアのファイバに展開し、コア毎に個別の光カプラ（合分器）を接続する必要がある。例えば、図２に示すように、k個のコアを持つマルチコアファイバ１及び２がk個の3dBカプラで結合される。２本のマルチコアファイバに入力した信号は、3dBカプラで分岐され、出力側のマルチコアファイバのコアに光信号が半分ずつ分岐される。しかし、コア数の増加に伴い、部品点数が多くなり、実装が複雑になる。
【０００７】
そこで、本発明は、複数のコアを含む光ファイバの実装を簡略化することを目的とする。
【０００８】
また、従来技術によるマルチコアファイバは、同じコア（同じコア径、同じ屈折率等）のファイバを複数束ねただけの構成である。一方、光ファイバは、光通信だけでなく、光電力伝送、光センシング等の異なる用途に使用されることが考えられる。用途毎にコア径や屈折率等のコアのプロファイルは異なるが、従来技術によるマルチコアファイバは異なる用途に使用するのに適していない。
【０００９】
そこで、本発明は、複数のコアを含む光ファイバを異なる用途に使用可能にすることをも目的とする。
【００１０】
また、従来のアクセス網であるＰＯＮ（Passive Optical Network）では、下り光信号には1.5μm帯を用い、上り光信号には1.3μm帯を用いることで、同一のファイバ内で上り光信号と下り光信号を波長多重で伝送している。しかし、1.3μm帯はファイバ損失が大きいため、伝送距離が制限される。伝送距離を伸ばすためには上り光信号用に1.3μm帯用の光バースト信号アンプが必要となり、ＰＯＮの実装が複雑になる。また、従来のＰＯＮでは、光加入者線ネットワーク装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit）が複数の光加入者線終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal）と通信するために、ＯＬＴ毎に異なる波長を使用して、ＯＮＵ側で波長を切り替えることが検討されている（非特許文献２参照）。このように異なる波長が用いられる場合、システム容量が波長多重数で制限される（非特許文献３参照）。システム容量の増加のためには更なる設備の増設が必要となり、ＰＯＮの実装が複雑になる。なお、同様の課題はＰＯＮのみならずメトロ網等においても存在する。
【００１１】
そこで、本発明は、複数のコアを含む光ファイバを適用することにより、ネットワークの実装を簡略化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一形態に係る光通信システムは、
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列をそれぞれ含む複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバのうち１つの光ファイバに含まれるコアと、前記複数の光ファイバのうち他の光ファイバに含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、前記複数の光ファイバのコア列の間の間隔が調整されている光カプラと、
を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の一形態に係る光通信システムは、
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列をそれぞれ含む複数の光ファイバと、
入力端又は出力端の配置が前記コア列における前記複数のコアの配置と同じである光導波路を有する光平板回路と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の一形態に係る光ファイバは、
直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列を複数含む光ファイバであって、
当該光ファイバの一部において、前記複数のコア列のうち１つのコア列に含まれるコアと、前記複数のコア列のうち他のコア列に含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、前記複数のコア列の間の間隔が調整されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一形態に係る光ファイバは、
１つの同心円上に配置された複数のコア、複数の同心円上に中心点に対して点対称に配置された複数のコア、又はそれぞれのコア群の中心が同心円上に配置された複数のコア群を含む光ファイバであって、
前記複数のコアの最小コア間距離又は前記コア群に含まれるそれぞれのコアの距離を第１の距離としたときに、
当該光ファイバの一部において、最小コア間距離を有するコア又は前記コア群に含まれるコアの間でカップリングが発生するように、前記第１の距離が調整されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の一形態に係る光ファイバは、
第１の用途に応じて設計された第１のコアと、第２の用途に応じて設計された第２のコアとを含む光ファイバであって、
前記第１のコアを伝搬する光と前記第２のコアを伝搬する光との間の干渉を防ぐように、前記第１のコア及び前記第２のコアの間の間隔が調整されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の一形態に係る光通信システムは、
第１の光通信装置と、第２の光通信装置と、当該第１の光通信装置及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、上り光信号用のコアと、下り光信号用のコアとを含み、前記第１の光通信装置から前記第２の光通信装置までの上り光信号の配線長と下り光信号の配線長は等長化されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の一形態に係る光通信システムは、
複数の第１の光通信装置と、第２の光通信装置と、当該複数の第１の光通信装置及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、複数の第１の光通信装置のそれぞれに接続される複数のコアを含み、
当該光通信システムは、前記光ファイバに結合されており、前記第２の光通信装置と前記複数のコアのいずれかとの接続関係を変えるための空間スイッチを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の一形態に係る光通信システムは、
異なる波長を用いる第１の光通信装置のまとまりでそれぞれ構成される複数の第１の光通信装置群と、第２の光通信装置と、当該複数の第１の光通信装置群及び当該第２の光通信装置を接続する光ファイバとを有する光通信システムであって、
前記光ファイバは、複数の第１の光通信装置群のそれぞれに接続される複数のコアを含み、
当該光通信システムは、
前記光ファイバに結合されており、前記第２の光通信装置と前記複数のコアのいずれかとの接続関係を変えるための空間スイッチと、
前記異なる波長の光を波長多重する波長スイッチと、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一形態によれば、複数のコアを含む光ファイバの実装を簡略化することが可能になる。また、本発明の一形態によれば、複数のコアを含む光ファイバを異なる用途に使用することが可能になる。また、本発明の一形態によれば、複数のコアを含む光ファイバを適用することにより、ネットワークの実装を簡略化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術によるマルチコアファイバの断面図を示す図である。
【図２】従来技術によるマルチコアファイバと光カプラを含む光通信システムの例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係るマルチコアファイバを用いた光通信システムを示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るマルチコアファイバを用いて光カプラを形成する製造法を示す図である。
【図５】本発明の実施例１による光カプラの構成を示す図である。
【図６】本発明の実施例２に係る光通信システム（その１）を示す図である。
【図７】本発明の実施例２に係る光通信システム（その２）を示す図である。
【図８】本発明の実施例３に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その１）を示す図である。
【図９】本発明の実施例３に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その２）を示す図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その１）を示す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その２）を示す図である。
【図１２】本発明の実施例５に係るマルチコアファイバの断面図である。
【図１３】本発明の実施例５に係るマルチコアファイバを用いた光通信システムを示す図である。
【図１４】従来技術によるＰＯＮの構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施例６によるＰＯＮの構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施例６におけるアクセス配線区間の構成例を示す図である。
【図１７】本発明の実施例７によるＰＯＮの構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施例８によるＰＯＮの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２３】
本発明の実施例では、複数のコアを含む光ファイバの実装を簡略化するための具体例について説明する。以下、複数のコアを含む光ファイバをマルチコアファイバと呼ぶが、ＳＤＭ（Space Division Multiplexing）ファイバも同義である。
【００２４】
＜実施例１＞
図３は、本発明の実施例１に係るマルチコアファイバを用いた光通信システムを示す図である。図３（Ａ）は２本のマルチコアファイバ１及び２を用いた光カプラの構成を示している。断面１では独立したマルチコアファイバが断面２においてコア間のカップリングが発生するように光カプラが形成される。
【００２５】
図３（Ｂ）は断面１におけるマルチコアファイバの断面図である。図３（Ｂ）に示すように、本発明の実施例１では、１本の光ファイバの中に複数のコアが配置されたマルチコアファイバが用いられる。複数のコアは直線上に配置されており、光ファイバ内で線対称の配置となっている。以下の説明において、直線上に配置された複数のコアの集合をコア列と呼ぶ。なお、図３（Ｂ）にはコア列の数が１つの場合が示されているが、コア列の数は複数となってもよい。また、コア列上のコアの数は任意に設定できる。
【００２６】
図３（Ｃ）は断面２における光カプラの断面図である。図３（Ｃ）に示すように、２本のマルチコアファイバ１及び２のそれぞれに含まれるコアの間でカップリングが発生するように、２本のマルチコアファイバ１及び２は、コア列の間の間隔が調整される。また、同時に複数のコアの間のカップリングが発生するように、同じコアの配置を有するマルチコアファイバ１のコア列とマルチコアファイバ２のコア列は平行に配置される。
【００２７】
図４は、本発明の実施例１に係るマルチコアファイバを用いて光カプラを形成する製造法を示す図である。図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｄ）は、ガイド３０が備えられている点を除き、それぞれ図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）と同じである。ガイド３０は、以下に説明するように、コアが配置される線対称軸を示している。図４（Ｂ）は加工前のマルチコアファイバの断面図である。
【００２８】
図４（Ｂ）の断面１の状態からマルチコアファイバのクラッドの一部を削り取った光ファイバを製造し、図４（Ｃ）のような断面２の光ファイバを準備する。断面２の２つの光ファイバのコア列が平行になり、それぞれのコアがカップリングするように貼り合わせることで、図４（Ｄ）のような断面３を有する光カプラが形成される。なお、光カプラは、上記のように接合断面を削って接合する以外にも、２本のマルチコアファイバのコア列が平行になるように融解延長することでも形成可能である。
【００２９】
なお、図４（Ｂ）に示すように、削り取る方向を決め、光カプラの作成精度を高めるため、事前に（マルチコアファイバを敷設する前に）、コアが配置される線対称軸を示すガイド３０がクラッド２０の部分（マルチコアファイバのケーブル表面）に形成されてもよい。ガイド３０により、コア列の間の間隔を正確に調整することが可能になる。
【００３０】
なお、図３及び図４にはマルチコアファイバの数が２本の場合が示されているが、同時にカップリングさせるマルチコアファイバの数は３本以上でもよい。例えば、図４（Ｃ）においてマルチコアファイバ１の線対称軸の片側だけでなく両側を削り取ることにより、同時に３本以上のマルチコアファイバのカップリングが実現できる。
【００３１】
図５は、本発明の実施例１による光カプラの構成を示す図である。図４を参照して説明したように、それぞれのコアがカップリングするようにコア列の間の間隔が調整されているため、複数のコアを一度にカップリングすることが可能になる。図５に示す光カプラの構成は、図２に示す光カプラの構成と機能的に同一であるが、個別の光カプラを並べる必要がないため、部品点数が少なくなる。また、それぞれのコア信号を個別に取り出す必要がないため、工程が単純であるとともに、コア毎の長さが一定になり、等長化が図りやすくなる。
【００３２】
＜実施例２＞
次に、実施例１において説明した複数のマルチコアファイバを用いた光通信システムについて更に説明する。
【００３３】
図６は、本発明の実施例２に係る光通信システム（その１）を示す図である。実施例２においても、１本の光ファイバの中に複数のコアが配置されたマルチコアファイバが用いられる。複数のコアは直線上に配置されており、光ファイバ内で線対称の配置となっている。光平板回路４１には、マルチコアファイバのコア数と同じ数及び同じ間隔で光導波路が配置される。すなわち、光平板回路４１において、光導波路の入力端又は出力端の配列は、マルチコアファイバのコア列における複数のコアの配置と同じである。入力側のマルチコアファイバのそれぞれのコアと光平板回路４１のそれぞれの光導波路の入力端は、例えば、紫外線硬化樹脂による接続やコネクタ接続等によって接続される。出力側のマルチコアファイバのそれぞれのコアと光平板回路４１のそれぞれの光導波路の出力端も同様に接続される。光平板回路４１上には光カプラが作成されている。光平板回路４１上の２つの6dBカプラにより、４本のマルチコアファイバの各コアから入力された光信号が４分岐され、出力側の４本のマルチコアファイバの各コアへ光信号が出力される。
【００３４】
図７は、本発明の実施例２に係る光通信システム（その２）を示す図である。図７においても、マルチコアファイバのコアの配置及び光平板回路４２における光導波路の入力端又は出力端の配置は、図６を参照して説明した配置と同様である。図７において光平板回路４２上には波長フィルタが作成されている。光平板回路４２上の波長フィルタにより、２本のマルチコアファイバの各コアから入力された光信号が波長多重及び分波され、出力側の２本のマルチコアファイバの各コアへ出力される。
【００３５】
なお、光平板回路上には、光カプラ、波長フィルタの他に、光分岐器等の様々な機能を配置することが可能である。実施例１において説明したとおり、マルチコアファイバのコアが一直線上に配置されているため、マルチコアファイバから光平板回路に直接光を入出力することが可能となり、従来のように一度独立した１コアのファイバに展開する必要がなくなり、実装が有利となる。光平板回路と組み合わせることで、合分岐、合分波などの機能をマルチコアファイバのコア毎に設定することが可能となる。
【００３６】
＜実施例３＞
次に、１本のマルチコアファイバを用いた光通信システムについて説明する。
【００３７】
図８は、本発明の実施例３に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その１）を示す図である。図８（Ａ）は１本のマルチコアファイバを用いた光カプラの構成を示している。断面Ａではコア間のカップリングが発生しないが断面Ｂにおいてコア間のカップリングが発生するように光カプラが形成される。
【００３８】
図８（Ｂ）は断面Ａにおけるマルチコアファイバの断面図である。図８（Ｂ）に示すように、本発明の実施例３では、１本の光ファイバの中に複数のコアが配置されたマルチコアファイバが用いられる。複数のコアは直線上に配置されており、光ファイバ内で線対称の配置となっている。なお、図８（Ｂ）には直線上に配置された複数のコアの集合であるコア列の数が２つ（コア１列及びコア２列）の場合が示されているが、コア列の数は３つ以上となってもよい。また、コア列上のコアの数は任意に設定できる。コア列は平行に配置され、コア列の間の間隔d1は、１つのコア列におけるコアの間隔d2より大きい。このマルチコアファイバを溶解延長し、外形をα（0<α<1）に細径化すると、コア列の間の間隔はαd1となり、１つのコア列におけるコアの間隔はαd2となる。
【００３９】
図８（Ｃ）は外形をαに細径化したときの断面Ｂにおけるマルチコアファイバの断面図である。コア径が小さくなると、コアを伝搬する光信号の波形がクラッドに広がった波形となる。この細径化された部分において、コア１列に含まれるコアと、コア２列に含まれるコアとの間でカップリングが発生するように、コア間の間隔（コア列の間の間隔d1）が調整される。すなわち、コア間の間隔がαd1であるコアの間（コア１１とコア１２との間、コア２１とコア２２との間、コア３１とコア３２との間、コア４１とコア４２との間）でカップリングが発生し、この細径化した長さを適切に設計することで、通常のシングルコアファイバでのファイバカプラの製法と同様に光カプラが構成できる。αd2はコア間のカップリングが発生しないような距離に設計すると、４つの光カプラを同時に構成できる。この等価回路は図８（Ｄ）に示す構成になる。カップリングが発生する２つのコアにおいて3dBカプラと同様の機能が実現され、１つのコアから入力した光信号は出力側で２分岐されて出力される。
【００４０】
図９は、本発明の実施例３に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その２）を示す図である。図９は、１つのコア列におけるコアの間隔を除き、図８と同じである。１つのコア列におけるコアの間隔としてd1及びd2の２種類が用いられる。図９（Ａ）は１本のマルチコアファイバを用いた光カプラの構成を示している。断面Ａではコア間のカップリングが発生しないが断面Ｂにおいてコア間のカップリングが発生するように光カプラが形成される。
【００４１】
図９（Ｂ）は断面Ａにおけるマルチコアファイバの断面図である。１つのコア列に４つのコアが存在し、コア列の上部２つのコアの間の間隔はd1であり、コア列の下部２つのコアの間の間隔もd1である。そして、マルチコアファイバの中心を挟むコアの最短距離はd2である。このマルチコアファイバを溶解延長し、外形をα（0<α<1）に細径化すると、細径化前のコア間の間隔d1はαd1となり、細径化前のコア間の間隔d2はαd2となる。
【００４２】
図９（Ｃ）は外形をαに細径化したときの断面Ｂにおけるマルチコアファイバの断面図である。コア径が小さくなると、コアを伝搬する光信号の波形がクラッドに広がった波形となる。この細径化された部分において、コア間の間隔がαd1であるコアの間でカップリングが発生するように、コア間の間隔（d1）が調整される。すなわち、コア間の間隔がαd1であるコアの間（コア１１とコア１２とコア２１とコア２２との間、コア３１とコア３２とコア４１とコア４２との間）でカップリングが発生し、この細径化した長さを適切に設計することで、通常のシングルコアファイバでのファイバカプラの製法と同様に光カプラが構成できる。αd2はコア間のカップリングが発生しないような距離に設計すると、２つの光カプラを同時に構成できる。この等価回路は図９（Ｄ）に示す構成になる。カップリングが発生する４つのコアにおいて6dBカプラと同様の機能が実現され、１つのコアから入力した光信号は出力側で４分岐されて出力される。
【００４３】
＜実施例４＞
次に、１本のマルチコアファイバを用いた光通信システムについて説明する。
【００４４】
図１０は、本発明の実施例４に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その１）を示す図である。図１０（Ａ）は１本のマルチコアファイバを用いた光カプラの構成を示している。断面Ａではコア間のカップリングが発生しないが断面Ｂにおいてコア間のカップリングが発生するように光カプラが形成される。
【００４５】
図１０（Ｂ）は断面Ａにおけるマルチコアファイバの断面図である。図１０（Ｂ）に示すように、本発明の実施例４では、１本の光ファイバの中に複数のコアが配置されたマルチコアファイバが用いられる。複数のコアは同じ同心円上に配置される。コア間の距離はd1又はd2のいずれかになるように配置されてもよい。図１０（Ｂ）では、コア間の距離がd1とd2の交互になっている。なお、図１０（Ｂ）にはコア間の距離がd1とd2の交互になっている場合が示されているが、コア間の距離がd1,d1,d2,d1,d1,d2...又はd1,d1,d1,d2,d1,d1,d1,d2,...等となるように配置されてもよい。また、図１０（Ｂ'）に示すように、複数のコアは複数の同心円上に、中心点に対して点対称に配置されてもよい。同心円間の距離はd1であり、同じ同心円上のコア間の最小距離はd2である（d2＞d1）。なお、図１０（Ｂ'）にはコアが配置される同心円の数が２つの場合が示されているが、コアが配置される同心円の数は３つ以上となってもよい。また、同心円上のコアの数はd2>d1の関係が満たされる限り任意に設定できる。図１０（Ｂ）及び図１０（Ｂ'）の双方において、d1は最小コア間距離である。このマルチコアファイバを溶解延長し、外形をα（0<α<1）に細径化すると、細径化前のコア間の間隔d1はαd1となり、細径化前のコア間の間隔d2はαd2となる。
【００４６】
図１０（Ｃ）は外形をαに細径化したときの断面Ｂにおけるマルチコアファイバの断面図である。コア径が小さくなると、コアを伝搬する光信号の波形がクラッドに広がった波形となる。この細径化された部分において、コア間の間隔がαd1であるコアの間でカップリングが発生するように、コア間の間隔（最小コア間距離d1）が調整される。すなわち、コア間の間隔がαd1であるコアの間（コア１１とコア１２との間、コア２１とコア２２との間、コア３１とコア３２との間、コア４１とコア４２との間）でカップリングが発生し、この細径化した長さを適切に設計することで、通常のシングルコアファイバでのファイバカプラの製法と同様に光カプラが構成できる。αd2はコア間のカップリングが発生しないような距離に設計すると、４つの光カプラを同時に構成できる。この等価回路は図１０（Ｄ）に示す構成になる。図１０（Ｂ'）の断面を有するマルチコアファイバを細径化したときも図１０（Ｄ）に示す等価回路が構成される。カップリングが発生する２つのコアにおいて3dBカプラと同様の機能が実現され、１つのコアから入力した光信号は出力側で２分岐されて出力される。
【００４７】
図１１は、本発明の実施例４に係るマルチコアファイバを用いた光通信システム（その２）を示す図である。図１１は、１つの同心円上にコア群の中心が配置される点を除き、図１０と同じである。図１１（Ａ）は１本のマルチコアファイバを用いた光カプラの構成を示している。断面Ａではコア間のカップリングが発生しないが断面Ｂにおいてコア間のカップリングが発生するように光カプラが形成される。
【００４８】
図１１（Ｂ）は断面Ａにおけるマルチコアファイバの断面図である。図１１（Ｂ）に示すように、本発明の実施例４では、１本の光ファイバの中に複数のコア群が配置されたマルチコアファイバが用いられる。コア群の中のコアの数は同じである。複数のコア群のそれぞれの中心は同じ同心円上に配置される。同じコア群に含まれるコアの間の距離はd1であり、異なるコア群のコアとの距離はd2である（d2＞d1）。なお、同心円上のコア群の数及びコア群の中のコアの数はd2>d1の関係が満たされる限り任意に設定できる。このマルチコアファイバを溶解延長し、外形をα（0<α<1）に細径化すると、細径化前のコア間の間隔d1はαd1となり、細径化前のコア間の間隔d2はαd2となる。
【００４９】
図１１（Ｃ）は外形をαに細径化したときの断面Ｂにおけるマルチコアファイバの断面図である。コア径が小さくなると、コアを伝搬する光信号の波形がクラッドに広がった波形となる。この細径化された部分において、コア間の間隔がαd1であるコアの間でカップリングが発生するように、コア間の間隔（同じコア群に含まれるコア間の距離d1）が調整される。すなわち、同じコア群に含まれるコアの間でカップリングが発生し、この細径化した長さを適切に設計することで、通常のシングルコアファイバでのファイバカプラの製法と同様に光カプラが構成できる。αd2はコア間のカップリングが発生しないような距離に設計すると、４つの光カプラを同時に構成できる。それぞれの光カプラの等価回路は図１１（Ｄ）に示す構成になる。カップリングが発生する４つのコアにおいて6dBカプラと同様の機能が実現され、１つのコアから入力した光信号は出力側で４分岐されて出力される。
【００５０】
＜実施例５＞
次に、異なる用途の光を１本のマルチコアファイバで伝送するための具体例について説明する。
【００５１】
現状の光アクセスではＰＯＮによる光アクセス通信網が実現されている。大規模停電などでは宅内側の通信機器が電力停止で使えなくなる。そこで局側から光ファイバで給電用の光を送り、宅内装置に供給することが検討されている。光給電用の光は信号波を送ることはなく、光強度が高いことが必要であるため、コア径を大きくしてコアの強度密度を分散させる必要がある。また、通信のようなファイバ損失を最低にするのではなく、宅内での光電気変換効率を最大化する波長で伝送することが必要であり、それに最適な屈折率プロファイルは光通信用の屈折率プロファイルとは異なる。
【００５２】
また、途中の光ファイバ断線や温度や歪などの環境変化を検知するためＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）が用いられている。この光センシングでは、局側で光断線を精度良く検知するために反射光の強度を最大にすることが必要であり、それに最適な屈折率プロファイルは光通信用の屈折率プロファイルとは異なる。
【００５３】
このように用途によって最適なコア径や屈折率プロファイルが異なる。また、光の干渉を防ぐために波長を変えると、屈折率が変化する。そこで、同一のマルチコアファイバにおいて、これらのコアを伝搬する光の干渉を防ぐように、コア間の間隔を調整する。
【００５４】
図１２は、本発明の実施例５に係るマルチコアファイバの断面図である。例えば、光通信、光給電及び光センシングを１本のマルチコアファイバにて実現する場合、コアの中の伝搬モードによって、光通信用コア１０Ａのコア径、光給電用コア１０Ｂのコア径及び光センシング用コア１０Ｃのコア径を設計する。光通信用コア１０Ａは、上りと下りで別々のコアとしてもよい。また、入射される光の波長によってそれぞれのコアの屈折率を計算する。そして、光の干渉を防ぐようなコア間の距離を保ちつつ、光ファイバ内に異なる用途のコアを配置する。コアの配置には、コア径及びコア間の距離の他に、ファイバ直径、被膜との距離等の情報が考慮されてもよい。
【００５５】
図１３は、本発明の実施例５に係るマルチコアファイバを用いた光通信システムを示す図である。例えば、それぞれの光が干渉しないような波長及びコア間の距離を有する光通信用コア、光給電用コア及び光センシング用コアを１本のマルチコアファイバに配置する。光通信用コアは宅内側の光通信機器に接続され、光給電用コアは宅内側の光電気変換機器に接続され、光センシングコアは宅内側において無反射終端される。このように、１本のマルチコアファイバを異なる用途に利用できる。
【００５６】
＜実施例６＞
次に、上り光信号と下り光信号とを１本のマルチコアファイバで伝送することにより、ＰＯＮの伝送距離を長くするための具体例について説明する。
【００５７】
まず、図１４を参照して従来技術によるＰＯＮの構成について説明する。ＰＯＮは局側に設置される光加入者線終端装置（ＯＬＴ）と、宅内側に設置される光加入者線ネットワーク装置（ＯＮＵ）と、局側から宅内側まで敷設された光ファイバと、合流用及び分配用の光カプラとで構成される。ＯＬＴからＯＮＵへの下り方向はBroadcast-and-selectで光信号を分岐分配し、各ＯＮＵは下り信号で各々指示されたタイムスロットでＯＬＴへの上り信号をバースト光信号として送出する。ＰＯＮでは、ＭＰＣＰ（Multi Point Control Protocol）を用い、初期化のフェーズでは、ＯＬＴからの下り信号フレームをＯＮＵが受け取ってから、ＯＬＴへの上り信号フレームを返送し、その往復時間からＯＬＴと各ＯＮＵへの転送遅延量を計測し、ＯＮＵからのバースト信号の衝突を防ぐための同期を取っている。
【００５８】
この転送方式では、上り下りの転送遅延が同一であることを前提としている。そのため、同一ファイバを波長多重で伝送している。この波長多重技術として、下り1.5μm帯、上り1.3μm帯を用い、ＰＯＮのコスト低減を図っている．1.3μm帯のファイバ損失が大きいため、伝送距離を伸ばすために1.3μm帯用の光バースト信号用アンプが用いられるが、コストの上昇要因となっている。
【００５９】
次に、マルチコアファイバを用いることで上り光信号と下り光信号を別のコアで伝搬させるための構成について説明する。図１５は、本発明の実施例６によるＰＯＮの構成を示す図である。本発明の実施例６では、アクセス配線区間にマルチコアファイバが用いられる。マルチコアファイバは、上り光通信用のコアと、下り光通信用のコアとを含む。
【００６０】
下り光信号については、アンプAmpdownを用いて増幅し、分配用カプラcdownを用いて各ＯＮＵ向けに下り光信号を分離する。その後、マルチコアファイバ及び宅内配線区間を経由してＯＮＵに接続する。また、上り光信号については、ＯＮＵから送信されて宅内配線区間及びマルチコアファイバを経由した後、合流用カプラcupを用いて各ＯＮＵの上り光信号を合波し、アンプAmpupを用いて増幅する。ここで、伝送距離のほとんどを占める区間にマルチコアファイバを用いることで、上り下りの遅延を等しくすることが可能となる。ＯＬＴからＯＮＵ＃１までの下り遅延は、局内配線区間の遅延量τdown1と、アクセス配線区間の遅延量τL1と、宅内配線区間の遅延量τudown1とを加えたものである。同様に、ＯＮＵ＃１からＯＬＴまでの上り遅延は、局内配線区間の遅延量τup1と、アクセス配線区間の遅延量τL1と、宅内配線区間の遅延量τuup1とを加えたものである。他のＯＮＵ＃Ｎについても同様に求められる。下り遅延（τdown1＋τL1＋τudown1）と上り遅延（τup1＋τL1＋τuup1）の差が許容誤差となるように、すなわち、２つのカプラの遅延差｜τdown1−τup1｜とＯＮＵでの配線長の遅延差｜τudown1−τuup1｜の和が許容誤差になるように、分配用カプラcdownからＯＮＵまでの配線長と合流用カプラcupからＯＮＵまでの配線長は等長化される。このように配線長が等長化できれば、上り下りの転送遅延が同一になり、既存のＰＯＮと同じく、ＯＬＴからＯＮＵへの往復遅延時間を計測することで同期を取ることができ、ＯＮＵからの上りバースト信号が衝突なく転送できる。
【００６１】
また、上り光信号のコアと下り光信号のコアが分離されるため、波長多重を用いる必要なく、両方向ともに1.5μm帯の波長域を用いることが可能になる。その結果、1.3μm帯用の光バースト信号用アンプを用いることなく伝送距離を長くすることができる。
【００６２】
なお、ＰＯＮでは、信号転送と、ＯＬＴ−ＯＮＵ同期と、ＯＮＵからＯＬＴへの要求帯域通知をタイムシェアリングで行っている。同期及び要求帯域通知のコアと信号転送のコアとを別にすることで、常に信号転送をすることも可能となる。
【００６３】
また、ＰＯＮでは、信号転送と、光映像信号は単一のコアに重畳されており、互いに干渉しないように異なる波長帯が用いられている。光映像信号のコアと信号転送とを別にすることで、光信号で利用できる波長帯を自由に選択することが可能になる。
【００６４】
なお、図１５には、各ＯＮＵに対して別々のマルチコアファイバが用いられる例が示されているが、図１６に示すように、アクセス配線区間において、実施例１で説明したマルチコアファイバ及び光カプラを多段に用いることも可能である。同様に、アクセス配線区間において、実施例２で説明したマルチコアファイバ及び光平板回路を多段に用いることも可能であり、実施例３又は実施例４で説明したマルチコアファイバを用いることも可能である。さらに、図１５に示す実施例６の技術は、アクセス網だけでなく、他のネットワークにも適用可能である。
【００６５】
＜実施例７＞
次に、ＯＮＵが複数のＯＬＴと通信するためにマルチコアファイバを用いる具体例について説明する。
【００６６】
図１７は、本発明の実施例７によるＰＯＮの構成を示す図である。ＰＯＮは局側に設置される複数の光加入者線終端装置（ＯＬＴ１〜ＯＬＴｋ）と、宅内側に設置される光加入者線ネットワーク装置（ＯＮＵ）と、局側から宅内側まで敷設された光ファイバと、合流用及び分配用の光カプラとで構成される。本発明の実施例７では、アクセス配線区間にマルチコアファイバが用いられ、それぞれのＯＬＴ１〜ＯＬＴｋとＯＮＵとの接続関係を切り替えるためにＯＮＵ側に空間スイッチ５０を用いる。マルチコアファイバは、ＯＬＴ１〜ＯＬＴｋのそれぞれに接続される複数のコアを含む。なお、実施例６において説明したように、１つのＯＬＴに対して上り光通信用のコアと、下り光通信用のコアとを分けてもよい。
【００６７】
空間スイッチ５０は、ＯＮＵとマルチコアファイバとの間に備えられ、プレーナ光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）のような光の方向を変化させることができるスイッチである。空間スイッチ５０により、ＯＮＵとマルチコアファイバのコアとの接続関係を変えることができ、その結果、ＯＮＵとＯＬＴ１〜ＯＬＴｋとの接続関係を変えることが可能になる。なお、空間スイッチ５０は、ＯＮＵの内部に組み込まれてもよい。
【００６８】
更に、複数のＯＮＵが１台のＯＬＴに対して通信する場合、ＯＮＵは予め決められたタイミングでＯＬＴと通信する必要がある。そのため、複数のＯＮＵを同期させる同期マスタ回路が用いられてもよい。
【００６９】
このように、各ＯＬＴに対するコアが分離されるため、波長多重を用いる必要なく、波長制御が不要になる。
【００７０】
なお、実施例６において説明したように、同期及び要求帯域通知のコアと信号転送のコアとを別にすることで、常に信号転送をすることも可能となる。また、光映像信号のコアと信号転送とを別にすることで、光信号で利用できる波長帯を自由に選択することが可能になる。
【００７１】
なお、図１７には、各ＯＮＵに対して別々のマルチコアファイバが用いられる例が示されているが、図１６を参照して説明したように、アクセス配線区間において、実施例１で説明したマルチコアファイバ及び光カプラを多段に用いることも可能である。同様に、アクセス配線区間において、実施例２で説明したマルチコアファイバ及び光平板回路を多段に用いることも可能であり、実施例３又は実施例４で説明したマルチコアファイバを用いることも可能である。さらに、図１７に示す実施例７の技術は、アクセス網だけでなく、他のネットワークにも適用可能である。例えば、図１７においてＯＬＴをＥＳ（Edge Server）に置き換え、ＯＮＵをＯＬＴに置き換えることで、アクセス網であるＰＯＮだけでなく、メトロ網にも適用可能である。
【００７２】
＜実施例８＞
次に、ＯＮＵが複数のＯＬＴと通信するためにマルチコアファイバを用いる具体例について説明する。
【００７３】
図１８は、本発明の実施例８によるＰＯＮの構成を示す図である。本発明の実施例８では、それぞれのＯＬＴ１〜ＯＬＴｋとＯＮＵとの接続関係を変えるために空間スイッチ５０と波長スイッチ６０との組み合わせが用いられる点を除き、実施例７と同じである。マルチコアファイバは、ＯＬＴ１１〜ＯＬＴ１ｍに接続されるコア１と、ＯＬＴｋ１〜ＯＬＴｋｍに接続されるコアｋとを含む。ＯＬＴ１１〜ＯＬＴ１ｍは、異なる波長を用いるＯＬＴ群であり、ＯＬＴｋ１〜ＯＬＴｋも、異なる波長を用いるＯＬＴ群である。なお、実施例６において説明したように、１つのＯＬＴに対して上り光通信用のコアと、下り光通信用のコアとを分けてもよい。
【００７４】
空間スイッチ５０及び波長スイッチ６０は、ＯＮＵとマルチコアファイバとの間に備えられる。空間スイッチ５０により、ＯＮＵとマルチコアファイバのコアとの接続関係を変えることができ、その結果、ＯＮＵがＯＬＴ１１〜ＯＬＴ１ｍに接続するか、ＯＮＵがＯＬＴｋ１〜ＯＬＴｋｍに接続するかの接続関係を変えることが可能になる。
【００７５】
ＯＬＴ１１とＯＮＵとの間の光信号には波長λ１が用いられ、ＯＬＴ１１側に波長フィルタが備えられる。ＯＬＴ１ｍとＯＮＵとの間の光信号には波長λｍが用いられ、ＯＬＴ１ｍ側に波長フィルタが備えられる。同様に、ＯＬＴｋ１とＯＮＵとの間の光信号には波長λ１が用いられ、ＯＬＴｋ１側に波長フィルタが備えられる。ＯＬＴｋｍとＯＮＵとの間の光信号には波長λｍが用いられ、ＯＬＴｋｍ側に波長フィルタが備えられる。波長スイッチ６０は、波長λ１と波長λｍの光を波長多重する。なお、空間スイッチ５０及び波長スイッチ６０は、ＯＮＵの内部に組み込まれてもよい。
【００７６】
このように、波長スイッチ６０による波長多重と空間スイッチ５０による空間多重とを組み合わせることにより、システム容量を更に拡張することが可能になる。
【００７７】
なお、実施例７において説明したように、複数のＯＮＵを同期させる同期マスタ回路が用いられてもよい。また、実施例６において説明したように、同期及び要求帯域通知のコアと信号転送のコアとを別にすることで、常に信号転送をすることも可能となる。また、光映像信号のコアと信号転送とを別にすることで、光信号で利用できる波長帯を自由に選択することが可能になる。
【００７８】
なお、図１８には、各ＯＮＵに対して別々のマルチコアファイバが用いられる例が示されているが、図１６を参照して説明したように、アクセス配線区間において、実施例１で説明したマルチコアファイバ及び光カプラを多段に用いることも可能である。同様に、アクセス配線区間において、実施例２で説明したマルチコアファイバ及び光平板回路を多段に用いることも可能であり、実施例３又は実施例４で説明したマルチコアファイバを用いることも可能である。さらに、図１８に示す実施例８の技術は、アクセス網だけでなく、他のネットワークにも適用可能である。例えば、図１８においてＯＬＴをＥＳに置き換え、ＯＮＵをＯＬＴに置き換えることで、アクセス網であるＰＯＮだけでなく、メトロ網にも適用可能である。
【００７９】
以上、マルチコアファイバを用いた様々な実施例について説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々の変更・応用が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１      マルチコアファイバ
２      マルチコアファイバ
１０    コア
１０Ａ  光通信用コア
１０Ｂ  光給電用コア
１０Ｃ  光センシング用コア
２０    クラッド
３０    ガイド
４１    光平板回路
４２    光平板回路
５０    空間スイッチ
６０    波長スイッチ
【図１】
2018136464.tif 000003
【図２】
2018136464.tif 000004
【図３】
2018136464.tif 000005
【図４】
2018136464.tif 000006
【図５】
2018136464.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018136464.tif 000009
【図８】
2018136464.tif 000010
【図９】
2018136464.tif 000011
【図１０】
2018136464.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2018136464.tif 000014
【図１３】
2018136464.tif 000015
【図１４】
2018136464.tif 000016
【図１５】
2018136464.tif 000017
【図１６】
2018136464.tif 000018
【図１７】
2018136464.tif 000019
【図１８】
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