(57)【要約】【課題】コア領域間のクロストークを低減し、コア領域間の距離を狭めて、コア領域の空間多重数を増やすことができる光ファイバ及びその製造方法並びに光ファイバ母材及びその製造方法を提供する。【解決手段】光ファイバ１は、クラッド領域３の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率領域４を、コア領域２間に配置した構成とする。また、光ファイバ母材は、第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷した構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上のコア領域と、前記コア領域の屈折率以下の屈折率を有するクラッド領域とを有する光ファイバにおいて、
前記クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率領域が、前記コア領域間に配置されていることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載の光ファイバにおいて、
前記低屈折率領域が、前記コア領域を中心として正多角形状又は円環状に配置されることを特徴とする光ファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光ファイバにおいて、
前記コア領域及び前記クラッド領域及び低屈折率領域を構成する材料は、純石英又は屈折率を変化させる不純物を添加した石英であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の光ファイバにおいて、
前記コア領域及び前記クラッド領域を構成する材料は、純石英又は屈折率を変化させる不純物を添加した石英で構成され、前記低屈折率領域は、空孔であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバの製造方法であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して、光ファイバ母材を製造し、
この光ファイバ母材を溶融延伸することによって、前記光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項６】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバを製造するための光ファイバ母材であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して成ることを特徴とする光ファイバ母材。
【請求項７】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して、前記光ファイバ母材を製造することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２つ以上のコア領域を有する光ファイバと、前記光ファイバの製造方法と、前記光ファイバを製造するための光ファイバ母材と、前記光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり、ラージコアファイバやマルチコアファイバといった種々の光ファイバ構造が検討されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１では、１本の光ファイバに複数のコア領域を導入したマルチコアファイバによる伝送容量拡大に関する検討がなされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Masanori Koshiba, Kunimasa Saitoh and Yasuo Kokubun, "Heterogeneous multi-core fibers: proposal and design principle," IEICE Electronics Express, vol. 6, pp.98-103 (2009).
【非特許文献２】C. K. Jen, J. E. B. Oliveira, N. Goto, K. Abe, "Role of guided acoustic wave properties in single-mode optical fiber design," Electronics Letters, vol. 24, no. 23, pp. 1419-1420, Nov. 1998.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のマルチコアファイバでは、コア領域の空間多重数を増やすためにコア領域間の距離を小さくすると、コア領域間のクロストークが増加し、各コア領域を伝搬する信号が劣化するという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は上記の事情に鑑み、コア領域間のクロストークを低減し、コア領域間の距離を狭めて、コア領域の空間多重数を増やすことができる光ファイバ及びその製造方法並びに光ファイバ母材及びその製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する第１発明の光ファイバは、２つ以上のコア領域と、前記コア領域の屈折率以下の屈折率を有するクラッド領域とを有する光ファイバにおいて、
前記クラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率領域が、前記コア領域間に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
また、第２発明の光ファイバは、第１発明の光ファイバにおいて、
前記低屈折率領域が、前記コア領域を中心として正多角形状又は円環状に配置されることを特徴とする。
【０００９】
また、第３発明の光ファイバは、第１又は第２発明の光ファイバにおいて、
前記コア領域及び前記クラッド領域及び低屈折率領域を構成する材料は、純石英又は屈折率を変化させる不純物を添加した石英であることを特徴とする。
【００１０】
また、第４発明の光ファイバは、第１又は第２発明の光ファイバにおいて、
前記コア領域及び前記クラッド領域を構成する材料は、純石英又は屈折率を変化させる不純物を添加した石英で構成され、前記低屈折率領域は、空孔であることを特徴とする。
【００１１】
また、第５発明の光ファイバの製造方法は、第１〜第４発明の何れかの光ファイバの製造方法であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して、光ファイバ母材を製造し、
この光ファイバ母材を溶融延伸することによって、前記光ファイバを製造することを特徴とする。
【００１２】
また、第６発明の光ファイバ母材は、第１〜第４発明の何れかの光ファイバを製造するための光ファイバ母材であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して成ることを特徴とする。
【００１３】
また、第７発明の光ファイバ母材の製造方法は、第１〜第４発明の何れかの光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、
第１の石英ロッド又は屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッドの間又は周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド、又は、空孔を設けた第２の石英ロッドを配置し、その周囲に第３の石英ロッドを配置して、前記第１の石英ロッドと前記第２の石英ロッドと前記第３の石英ロッドの束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケットを装荷して、前記光ファイバ母材を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光ファイバによれば、コア領域間にクラッド領域の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率領域を配置したことにより、各コア領域を伝搬する信号間のクロストークが低減されるため、コア領域間の距離を狭めることが可能であり、コア領域の空間多重数を増加することが可能であるという効果を奏し、光学特性の優れた光ファイバを実現することができる。そして、この光ファイバを光ファイバ通信システムに適用してコア領域の空間多重数を増加させれば、非線形効果やファイバヒューズを発生させることなく、大容量通信が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態例に係る光ファイバの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態例に係る光ファイバの結合長の構造依存性を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態例に係る光ファイバの他の構成（低屈折率領域の配置例）を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態例に係る光ファイバの他の構成（低屈折率領域の配置例）を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態例に係る光ファイバ母材の構成を示す断面図である。
【図６】前記光ファイバ母材を用いて製造した光ファイバの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施の形態例に係る光ファイバ１は、屈折率がｎ１である複数（図示例では２つ）のコア領域２と、屈折率がｎ２であるクラッド領域３と、屈折率がｎ３である低屈折率領域４とを有しており、各領域２，３，４の屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３の関係がｎ１≧ｎ２＞ｎ３である。なお、コア領域２及び低屈折率領域４は断面形状が円形状である。
【００１８】
そして、低屈折率領域４は、各コア領域２を中心として、各コア領域２の周りに離散的に配置されて正六角形状を成している。即ち、このようにコア領域２の周りに低屈折率領域４を正六角形状に配置することにより、クラッド領域３の屈折率ｎ２より低い屈折率ｎ３を有する低屈折率領域４が、コア領域２間に配置された構造になっている。
また、コア領域２の直径を２ａ、コア領域２とクラッド領域３の比屈折率差を、コア領域２の間隔をD、低屈折率領域４の間隔と直径を，ｄとしている。
【００１９】
図１の構造においてｎ１≧ｎ２＞ｎ３の屈折率条件は、各領域２，３，４の材料を純石英、又は酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化リン（Ｐ2Ｏ5）などの屈折率を増加させる不純物を添加した石英や、フッ素（Ｆ2）、酸化ほう素（Ｂ2Ｏ3）など屈折率を低減させる不純物を添加した石英を用いることで実現できる。
例えば、コア領域２を構成する材料は屈折率を増加させる不純物を添加した石英とし、クラッド領域３を構成する材料は純石英とし、低屈折率領域４は屈折率を低減させる不純物を添加した石英とした場合、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３となるため、前記屈折率条件を実現することができる。また、コア領域２を構成する材料は純石英とし、クラッド領域３を構成する材料は純石英とし、低屈折率領域４は屈折率を低減させる不純物を添加した石英とした場合にも、ｎ１＝ｎ２＞ｎ３となるため、前記屈折率条件を実現することができる。
なお、屈折率を変化（増減）させる添加物の代表的なものが非特許文献２に示されているが、屈折率を増減させる働きをする添加物であれば、ここに記載されている物質に限定されない。
また、前記屈折率条件を実現するためには、低屈折率領域４を空孔とすることもできる。
【００２０】
図２に本発明の光ファイバ１における結合長の構造依存性を示す。結合長とは、コア領域２から他のコア領域２へ光パワーが最も移行するために必要な光ファイバ長であり、各コア領域２を独立した伝送路として用いるためには結合長を長くする必要がある。
【００２１】
ここでは、２ａ＝８．０μｍ、Δ＝０．３５％、Ｄ＝４Λとし、低屈折率領域４は空孔（ｎ３＝１）とした。動作波長を１５５０ｎｍとした場合、空孔（低屈折率領域）の間隔Λ＝１１μｍ程度、ｄ／Λ＞０．５０とすれば、結合長を１０ｋｍ以上に設定でき、低屈折率層が存在しない従来型のマルチコアファイバの場合(ｄ／Λ＝０の場合)の結合長が約１００ｍであることと比較して、結合長を１００倍以上に長くできることがわかる。
なお、この計算結果は光ファイバの長手方向に全く摂動がなく、光ファイバ１が直線の状態で伝搬できた場合の結合長であり、実際は前記長手方向にミクロな構造揺らぎやわずかな曲がり部分が存在することからパワーの移行率が急減するため、実用上は、理論的な結合長よりも長い距離の伝送が可能である。
【００２２】
なお、図１では低屈折率領域４の配置を各コア領域２に対して正六角形状としたが、低屈折率領域４の配置は各コア領域２に対して、正六角形以外の正多角形状又は図３（ａ）に示すような円環状にしてもよい。
また、図３（ｂ）に示すように低屈折率領域４はコア領域２間にのみ配置してもよい。  また、図３（ｃ）に示すように低屈折率領域４は、複数のコア領域２で低屈折率領域４を共有するような正多角形状の配置でもよい。
【００２３】
また、低屈折率領域４の正多角形状や円環状の配置については、各コア領域２に対して、図１や図３（ａ）のように１層の場合に限らず、２層以上設けてもよい。
また、低屈折率領域４の正多角形状や円環状の配置については、図１，図３（ａ），図３（ｃ）のようにコア領域２間の延長線上（隣り合うコア領域２の断面中心同士を結ぶ線上）に低屈折率領域４が存在している必要はなく、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すようにコア領域２間に平均的な低屈折率領域が存在していればよい。即ち、図４（ａ）や図４（ｂ）に例示するような状態でコア領域２間に低屈折率領域４が配置されて、隣り合うコア領域２間の部分に低屈折率領域４が存在することにより、この隣り合うコア領域２間の部分おける平均的な屈折率が、クラッド領域３の屈折率よりも低くなっていればよい。
同様に、コア領域２間にのみ低屈折率領域４を配置する場合にも、図３（ｂ）のようにコア領域２間の延長線上（隣り合うコア領域２の断面中心同士を結ぶ線上）に低屈折率領域４が存在している必要はなく、コア領域２間に平均的な低屈折率領域が存在していればよい。
また、図１などにはコア領域２を２つ設けた例を示しているが、コア領域２の数は３つ以上でもよい。
【００２４】
次に、図５に基づき、光ファイバの製造方法について説明する。図５に例示する光ファイバ母材１０は、７つのコア領域を有する光ファイバ（図６参照）を製造するためのものである。
【００２５】
図５に示すように、光ファイバ母材１０は、第１の石英ロッド１１と第２の石英ロッド１４と第３の石英ロッド１５と純石英ジャケット１６とを有して成るものである。
第１の石英ロッド１１には、ＧｅＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5などの屈折率を増加させる不純物を部分的（図示例では第１の石英ロッド１１の断面中央部）に添加して、屈折率を増加させた部分１２を設けている。或いは、屈折率を増加させる不純物を添加していない石英ロッド（即ち純石英のロッド）を、第１の石英ロッド１１として用いてもよい。
第２の石英ロッド１３には、Ｆ2、Ｂ2Ｏ3などの屈折率を減少させる不純物を部分的（図示例では第２の石英ロッド１３の断面中央部）に添加して、屈折率を減少させた部分１４を設けている。或いは、屈折率を減少させた部分１４を設けた第２の石英ロッド１３に代えて、空孔を設けた第２の石英ロッド１３を用いてもよい。
第３の石英ロッド１５は、屈折率を増減する不純物を添加していない石英ロッド（即ち純石英のロッド）である。
【００２６】
第１の石英ロッド１１（純石英のロッド）、又は、屈折率を増加させる不純物を部分的に添加した第１の石英ロッド１１は、中心部とその周辺部に正六角形状に配置する。
そして、各第１の石英ロッド１１を中心として、各第１の石英ロッド１１の周りに、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド１３、又は空孔を設けた第２の石英ロッド１３を正多角形状又は円形状（図示例では正六角形状）に配置し、その周囲に第３の石英ロッド１５を配置して、第１の石英ロッド１１と第２の石英ロッド１３と第３の石英ロッド１５の束である石英ロッド群を構成し、この石英ロッド群の周りに純石英ジャケット１６を装荷することによって、光ファイバ母材１０を形成する。なお、図示例では、石英ロッド群の周縁部に比較的細い第３の石英ロッド１５を配置して、石英ロッド群が円柱状を成すようにしている。
【００２７】
次に、この光ファイバ母材１０を（即ち石英ロッド群及び純石英ジャケット１６を一括して）溶融延伸することにより、図６に示すような光ファイバ１を製造する。なお、図５の状態の光ファイバ母材１０を、一旦、溶融延伸し、この溶融延伸後の光ファイバ母材１を更に溶融延伸して（即ち２段階の溶融延伸をして）、光ファイバ１を製造してもよい。
図６では、純石英の第１の石英ロッド１１又は第１の石英ロッド１１の屈折率を増加させた部分１２に相当するコア領域２が、中心部とその周辺部に正六角形状に配置され、第２の石英ロッド１３の屈折率を減少させた部分１４又は空孔に相当する低屈折率領域４が、コア領域２を中心として正多角形状又は円形状（図示例では正六角形状）に配置されている。
【００２８】
なお、低屈折率領域４をコア領２域間にのみ配置した光ファイバ（図３（ｂ）参照）を製造する場合には、上記の光ファイバ母材１０の製造方法において、第１の石英ロッド１１の間にのみ、屈折率を減少させる不純物を部分的に添加した第２の石英ロッド１３、又は空孔を設けた第２の石英ロッド１３を配置すればよい。
【００２９】
本発明の光ファイバによれば、コア領域２間にクラッド領域３の屈折率ｎ２より低い屈折率ｎ３を有する低屈折率領域４を配置したことにより、各コア領域２を伝搬する信号間のクロストークが低減されるため、コア領域２間の距離を狭めることが可能であり、コア領域２の空間多重数を増加することが可能であるという効果を奏し、光学特性の優れた光ファイバ１を実現することができる。そして、この光ファイバ１を光ファイバ通信システムに適用してコア領域２の空間多重数を増加させれば、非線形効果やファイバヒューズを発生させることなく、大容量通信が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は光ファイバ及びその製造方法並びに光ファイバ母材及びその製造方法に関するものであり、光伝送システムにおける伝送媒体として利用される光ファイバ及びその母材に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００３１】
１  光ファイバ
２  コア領域
３  クラッド領域
４  低屈折率領域
１０  光ファイバ母材
１１  第１の石英ロッド
１２  屈折率を増加させた部分
１３  第２の石英ロッド
１４  屈折率を減少させた部分
１５  第３の石英ロッド
１６  純石英ジャケット
【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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