(57)【要約】  Ｃバンド及びＬバンドにおいてマルチコアファイバ１は、少なくとも２次ＬＰモードまでの光を伝搬するコア１１，２１と、内側クラッド層１２，２２と、トレンチ層１３，２３と、を有する９個以上のコア要素１０，２０と、外側クラッド３０と、を備え、互いに隣り合うコア１１，２１に共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなるように、互いに隣り合うコア１１，２１を伝搬する光の実効屈折率が互いに異なり、それぞれのコア１１，２１におけるモード郡遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下となるように前記コアは外周部よりも中心部が高い屈折率とされる。
2015133407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃバンド及びＬバンドにおいて少なくとも２次ＬＰモードまでの光を伝搬するコアと、前記コアの外周面を包囲し前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周面を包囲し前記内側クラッド層の屈折率よりも低い屈折率とされるトレンチ層と、を有する９個以上のコア要素と、
それぞれの前記トレンチ層の外周面を包囲し前記トレンチ層の屈折率よりも高く前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる外側クラッドと、
を備え、
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなるように、前記互いに隣り合う前記コアを伝搬する光の実効屈折率が互いに異なり、
それぞれの前記コアにおけるモード郡遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下となるように前記コアは外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされる
ことを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項２】
前記外側クラッドの外径が１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
【請求項３】
それぞれの前記コアを伝搬する互いに同じＬＰモードの光の実効コア断面積の差が２０μｍ２以下とされる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のマルチコアファイバ。
【請求項４】
それぞれの前記コアを伝搬する最長波長の光における最高次ＬＰモードの光の曲げ損失が、直径６０ｍｍで１００ターン巻かれた場合にそれぞれ０．５ｄＢ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項５】
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが−３０ｄＢ／１００ｋｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項６】
それぞれの前記コアは、中心軸を含む内側領域と、前記内側領域の外周面を隙間なく包囲し前記内側クラッド層に隙間なく包囲される外側領域とを有し、
前記内側領域の屈折率は、前記外側領域の屈折率よりも高い
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項７】
それぞれの前記コアの屈折率は中心軸から外周側に進むにつれ低くなり、当該屈折率の変化率は外周側程大きい
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項８】
前記コアが円環状に配置される
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項９】
前記コアの数は偶数とされ、
伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが互いに隣り合って配置される
ことを特徴とする請求項８に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１０】
前記コアが正方格子状に配置される
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１１】
前記コア要素は１２個とされ、
前記コアは、所定の正方格子の各格子点上、及び、前記所定の正方格子と隣り合う正方格子の各格子点上にそれぞれ配置される
ことを特徴とする請求項１０に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１２】
伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが互いに隣り合って配置される
ことを特徴とする請求項１０に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１３】
それぞれの前記コアが伝搬する光の波長帯はＣバンドとされる
ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１４】
前記外側クラッドの外径が１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされ、
それぞれの前記コアの屈折率は中心軸から外周側に進むにつれ低くなり、当該屈折率の変化率は外周側程大きく、
それぞれの前記コアを伝搬する互いに同じＬＰモードの光の実効コア断面積の差が１０μｍ２以下とされ、
それぞれの前記コアにおけるＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、
それぞれの前記コアを伝搬する最長波長の光における最高次ＬＰモードの光の曲げ損失が、直径６０ｍｍで１００ターン巻かれた場合にそれぞれ０．５ｄＢ以下とされ、
それぞれの前記コアにおけるモード郡遅延差が１００ピコ秒／ｋｍ以下とされ、
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが−３０ｄＢ／１００ｋｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１５】
前記コア要素は１２個とされると共に正方格子状に配置され、
前記コアは、所定の正方格子の各格子点上、及び、前記所定の正方格子と隣り合う正方格子の各格子点上にそれぞれ配置される
ことを特徴とする請求項１４に記載のマルチコアファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は数モードマルチコアファイバに関し、光の受信側において信号処理の負荷を軽減する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に普及している光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバは、１本のコアの外周が外側クラッドにより囲まれた構造をしており、このコア内を光信号が伝搬することで情報が伝送される。そして、近年、光ファイバ通信システムの普及に伴い、伝送される情報量が飛躍的に増大している。【０００３】
こうした光ファイバ通信システムの伝送容量増大を実現するために、複数のコアの外周が１つの外側クラッドにより囲まれたマルチコアファイバを用いて、それぞれのコアを伝搬する光により、複数の信号を伝送させることが知られている。【０００４】
また、光ファイバ通信システムの伝送容量増大を実現するために、ＬＰ０１モード（基本モード）の光に情報を重畳させると共に、ＬＰ１１モード等の基本モードよりも高次のＬＰモードそれぞれの光に情報を重畳させて情報通信を行う数モード通信が知られている。このような数モード通信を行う場合、数モード光ファイバが用いられる。【０００５】
下記非特許文献１には、マルチコアファイバを用いて数モード通信を行う、数モードマルチコアファイバが記載されている。【０００６】
【非特許文献１】Ｙ．  Ｓａｓａｋｉ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ｌａｒｇｅ−ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ−ａｒｅａ  ｕｎｃｏｕｐｌｅｄ  ｆｅｗ−ｍｏｄｅ  ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ”，  Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ２０（２６），  ｐｐ．  Ｂ７７−Ｂ８４  （２０１２）
【発明の概要】
【０００７】
上記非特許文献１に記載の数モードマルチコアファイバによれば、より多くの情報を伝送することができる。しかし、マルチコアファイバではコア間の光がクロートークを生じることが知られている。また、光ファイバを用いて数モード通信を行うと、モード郡遅延差（ＤＭＤ：Differential mode group delay）が生じることが知られている。クロストークやモード遅延差が大きい場合、受信側においてＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）等の処理量が複雑となる傾向がある。そのため、数モードマルチコアファイバにおいても、クロストークが軽減され、モード郡遅延差が軽減され、光の受信側において信号処理の負荷を軽減できることが望まれる。
【０００８】
そこで、本発明は光の受信側において信号処理の負荷を軽減することができる数モードマルチコアファイバを提供することを目的とする。
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明のマルチコアファイバは、少なくともＣバンド及びＬバンドにおいて２次ＬＰモードまでの光を伝搬するコアと、前記コアの外周面を包囲し前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周面を包囲し前記内側クラッド層の屈折率よりも低い屈折率とされるトレンチ層と、を有する９個以上のコア要素と、それぞれの前記トレンチ層の外周面を包囲し前記トレンチ層の屈折率よりも高く前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる外側クラッドと、を備え、互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなるように、前記互いに隣り合う前記コアを伝搬する光の実効屈折率が互いに異なり、それぞれの前記コアにおけるモード郡遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下となるように前記コアは外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなマルチコアファイバによれば、クロストークが実用されるマルチコアファイバの曲げ範囲外でピークとなる。しかも、クロストークがピークとなる曲げ径よりも大きな曲げ径となる領域では、クロストークがピークとなる曲げ径よりも小さな曲げ径となる領域よりも、クロストークが小さくなる。従って、実用上クロストークを抑えることができる。また、それぞれのコアモード遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下とされる。これらにより、本発明のマルチコアファイバを用いて光通信を行うことで光の受信側において信号処理を簡易に行うことができる。
【００１１】
また、前記外側クラッドの外径が１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされることが好ましい。外側クラッドがこのような外径とされることで、幹線で用いられるような数モードマルチコアファイバにおいて、長期信頼性が保たれる。
【００１２】
また、それぞれの前記コアを伝搬する互いに同じＬＰモードの光の実効コア断面積の差が２０μｍ２以下とされることが好ましい。それぞれのコアを伝搬する光の直径の差異が小さいことで、それぞれのコアに同じ光ファイバを接続して光を取り出す場合であっても、それぞれのコア毎の接続損失が変わることを抑制することができる。
【００１３】
また、それぞれの前記コアを伝搬する最長波長の光における最高次ＬＰモードの光の曲げ損失が、直径６０ｍｍで１００ターン巻かれた場合にそれぞれ０．５ｄＢ以下とされることが好ましい。
【００１４】
また、互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが−３０ｄＢ／１００ｋｍ以下とされることが好ましい。
【００１５】
また、前記コアは、中心軸を含む内側領域と、前記内側領域の外周面を隙間なく包囲し前記内側クラッド層に隙間なく包囲される外側領域とを有し、前記内側領域の屈折率は、前記外側領域の屈折率よりも高いことが好ましい。このような屈折率が２段となることにより、コアは外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされる。このようなコアを用いることで、容易にモード郡遅延差を抑える設計ができる。
【００１６】
或いは、前記コアの屈折率は中心軸から外周側に進むにつれ低くなり、前記コアの屈折率の勾配の大きさは外周側程大きいことが好ましい。このように徐々に屈折率が変化することで外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされる。このようなコアは、ＧＩ（Graded Index）型と呼ばれ、容易にモード郡遅延差を抑える設計ができる。
【００１７】
前記コアが円環状に配置されることとしても良い。この場合、前記コアの数は偶数とされ、伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが互いに隣り合って配置されることが好ましい。
【００１８】
或いは、前記コアが正方格子状に配置されることとしても良い。この場合、伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが互いに隣り合って配置されることが好ましい。
【００１９】
また、それぞれの前記コアが伝搬する光の波長帯はＣバンドとされることとしても良い。
【００２０】
以上のように本発明によれば、光の受信側において信号処理の負荷を軽減することができるマルチコアファイバが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態におけるマルチコアファイバの様子を示す図である。
【図２】図１に示すそれぞれのコア要素の屈折率分布を示す拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態におけるマルチコアファイバの様子を示す図である。
【図４】コア要素の屈折率分布の他の例を示す図である。
【図５】第１のコアの波長１５８０ｎｍでのモード郡遅延差及びモード郡遅延差の波長依存性を示す図である。
【図６】第１のコアを伝搬するＬＰ１１モードの光の実効コア断面積ＡeffのΔｄとｒ２／ｒ１に対する依存性を示す図である。
【図７】第２のコアの波長１５８０ｎｍでのモード郡遅延差及びモード郡遅延差の波長依存性をに示す図である。
【図８】第２のコアを伝搬するＬＰ１１モードの光の実効コア断面積ＡeffのΔｄとｒ２／ｒ１に対する依存性を示す図である。
【図９】波長が１５８０ｎｍの光におけるモード分遅延差のΔｄに対する依存性を示す図である。
【図１０】波長が１５８０ｎｍの光におけるモード分遅延差の波長依存性のΔｄに対する依存性を示す図である。
【図１１】波長が１５８０ｎｍの光における実効コア断面積の波長依存性のΔｄに対する依存性を示す図である。
【図１２】波長１６２５ｎｍのＬＰ１１モードの光を１００ｋｍ伝搬した場合の互いに隣り合うコアのクロストークを示す図である。
【図１３】αを２．２とする場合の実効コア断面積Ａeffのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。
【図１４】実効コア断面積Ａeffを波長１５５０ｎｍにおいて実効コア断面積Ａeffが１１０μｍ２となる場合のｒ２とΔ１との関係を示す図である。
【図１５】αを２．０とした場合において、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffが１１０μｍ２となるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。
【図１６】αを図１５と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。
【図１７】αを２．１とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。
【図１８】αを図１７と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。
【図１９】αを２．２とした場合の波長１５５０ｎｍにおける、ＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。
【図２０】αを図１９と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。
【図２１】αを２．３とした場合の波長１５５０ｎｍにおける、ＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。
【図２２】αを図２１と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。
【図２３】表７で示すコア要素が、図３に示すマルチコアファイバのように配置される場合において、４つのコア要素で囲まれるコア要素への合計クロストークと曲げ直径との関係を波長１５６５ｎｍにおいて計算した結果を示す図である。
【図２４】表７で示すコア要素のＤＭＤの波長依存性を示す図である。
【図２５】表７で示すコア要素が、図３に示すマルチコアファイバのように配置される場合において、４つのコア要素で囲まれるコア要素のカットオフ波長とコア間距離との関係を示す図である。
【図２６】表８で示すコア要素１０を伝搬するＬＰ１１モードの光の曲げ損失とクラッド厚との関係を示す図である。
【図２７】表８で示すコア要素２０を伝搬するＬＰ１１モードの光の曲げ損失とクラッド厚との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係るマルチコアファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、理解の容易のため、それぞれの図に記載のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るマルチコアファイバの様子を示す図である。具体的には、図１（Ａ）は、マルチコアファイバの長手方向に垂直な断面における構造を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のマルチコアファイバ１のＶ−Ｖ線における屈折率分布の様子を模式的に示す図である。
【００２４】
図１（Ａ）に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ１は、複数のコア要素１０及び複数のコア要素２０と、それぞれのコア要素１０，２０全体を包囲すると共にそれぞれのコア要素１０とコア要素２０との間を埋めてそれぞれのコア要素１０，２０の外周面を隙間なく囲む外側クラッド３０と、外側クラッド３０の外周面を被覆する内側保護層４１と、内側保護層４１の外周面を被覆する外側保護層４２と、を備える。コア要素の数は９個以上とされ、本実施形態ではコア要素１０とコア要素２０の合計の数が１０の場合を示している。
【００２５】
第１のコア要素であるそれぞれのコア要素１０は、第１のコアであるコア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド層１２と、内側クラッド層１２の外周面を隙間なく囲むトレンチ層１３と、を有している。コア１１は、内側領域１１ａと内側領域１１ａと隙間なく包囲する外側領域１１ｂとから構成されている。また、第２のコア要素であるそれぞれのコア要素２０は、第２のコアであるコア２１と、コア２１の外周面を隙間なく囲む内側クラッド層２２と、内側クラッド層２２の外周面を隙間なく囲むトレンチ層２３と、を有している。コア２１は、内側領域２１ａと内側領域２１ａと隙間なく包囲する外側領域２１ｂとから構成されている。
【００２６】
それぞれのコア要素１０及びコア要素２０は、コア要素１０とコア要素２０とが互いに隣り合うように円環状に配置されている。すなわちコア要素１０，２０の数をｎとする場合、それぞれのコア要素１０，２０は正ｎ角形状に配置されている。このため、外側クラッド３０の中心にコア要素は配置されておらず、複数のコア要素１０，２０により囲まれるコア要素は存在しない。また、互いに隣り合うコア要素１０のコア１１とコア要素２０のコア２１とのコア間距離（コアの中心間距離）が互いに等しくされている。なお、コア要素１０，２０が配置される正多角形の中心は、外側クラッド３０の軸と一致している。
【００２７】
それぞれの内側領域１１ａの屈折率は、外側領域１１ｂの屈折率よりも高くされている。こうしてコア１１は、外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされている。内側クラッド層１２の屈折率は外側領域１１ｂの屈折率よりも低くされている。トレンチ層１３の屈折率は、内側クラッド層１２の屈折率及び外側クラッド３０の屈折率よりも低くされている。従って、それぞれのコア要素１０を屈折率の観点から見る場合に、それぞれのコア要素１０は、トレンチ層１３が内側クラッド層１２及び外側クラッド３０よりも低いため、トレンチ構造を有している。また、それぞれのコア要素１０のコア１１は屈折率が互いに等しい。例えば、それぞれの内側領域１１ａの屈折率及び直径が互いに等しく、それぞれの外側領域１１ｂの屈折率及び外径が互いに等しく、それぞれの内側クラッド層１２の屈折率及び外径が互いに等しく、それぞれのトレンチ層１３の屈折率及び外径が互いに等しくされている。
【００２８】
それぞれの内側領域２１ａの屈折率は、外側領域２１ｂの屈折率よりも高くされている。こうしてコア２１は、外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされている。内側クラッド層２２の屈折率は外側領域２１ｂの屈折率よりも低くされている。トレンチ層２３の屈折率は、内側クラッド層２２の屈折率及び外側クラッド３０の屈折率よりも低くされている。従って、それぞれのコア要素２０を屈折率の観点から見る場合に、それぞれのコア要素２０は、トレンチ層２３が内側クラッド層２２及び外側クラッド３０よりも低いため、コア要素１０のようにトレンチ構造を有している。また、それぞれのコア要素２０のコア２１は屈折率が互いに等しい。例えば、それぞれの内側領域２１ａの屈折率及び直径が互いに等しく、それぞれの外側領域２１ｂの屈折率及び外径が互いに等しく、それぞれの内側クラッド層２２の屈折率及び外径が互いに等しく、それぞれのトレンチ層２３の屈折率及び外径が互いに等しくされている。
【００２９】
上記のようにトレンチ層１３，２３の屈折率が、内側クラッド層１２，２２の屈折率及び外側クラッド３０の屈折率よりも小さくされることで、それぞれのコア１１，２１への光の閉じ込め効果が大きくなり、コア１１，２１を伝搬する光がそれぞれのコア要素１０，２０から漏えいすることを低減することができる。そして、屈折率の低いトレンチ層１３，２３及びトレンチ層１３，２３の外周面を隙間なく包囲する外側クラッド３０が障壁となり、互いに隣り合うコア１１とコア２１とのクロストークを低減することができる。
【００３０】
図２は、図１に示すそれぞれのコア要素の屈折率分布を示す拡大図である。なお、便宜的に内側領域１１ａ，２１ａ、外側領域１１ｂ，２１ｂ、内側クラッド層１２，２２、トレンチ層の１３，２３、外側クラッド３０の屈折率が示される部分に、同様の符号を付している。また、図２では、コア要素２０の構成をカッコ書きで示している。図２に示すようにコア要素１０、２０において、内側領域１１ａ，２１ａの外側クラッド３０に対する比屈折率差がΔ１とされ、外側領域１１ｂ，２１ｂの外側クラッド３０に対する比屈折率差がΔ２とされ、内側クラッド層１２，２２の屈折率と外側クラッド３０の屈折が互いに等しく、トレンチ層の１３，２３の外側クラッド３０に対する比屈折率差がΔ３とされ、Δ１とΔ２の差がΔｄとされている。また、内側領域１１ａ，２１ａの半径がｒ１とされ、外側領域１１ｂ，２１ｂの外周の半径がｒ２とされ、内側クラッド層１２，２２の外周の半径がｒ３とされ、トレンチ層１３，２３の外周の半径がｒ４とされ、トレンチ層１３，２３の幅がＷとされている。
【００３１】
コア要素１０のコア１１とコア要素２０のコア２１とは、互いに異なる屈折率とされる。つまり、マルチコアファイバ１は、伝搬する光の実効屈折率が互いに異なる２種類のコア１１，２１が交互に配置されている。このように互いに隣り合うコア１１を伝搬する光の実効屈折率（コア１１を伝搬する光に対するコア１１の実効屈折率）とコア２１を伝搬する光の実効屈折率（コア２１を伝搬する光に対するコア１１の実効屈折率）とが異なるようにするためには、互いに隣り合うコア要素各構成のパラメータと互いに異なる状態とすることで達成される。例えば、コア要素１０の各構成の大きさと、コア要素２０の各構成の大きさとを互いに等しくして、図１（Ｂ）に示すように、コア要素１０の特定の構成の屈折率とコア要素２０の特定の構成の屈折率とを互いに異なるようにする。図１（Ｂ）では、コア要素１０の内側領域１１ａ及び外側領域１１ｂとコア要素２０の内側領域２１ａ及び外側領域２１ｂとが互いに異なる屈折率とされる場合を示している。従って、図２では、内側領域１１ａ，２１ａ、外側領域１１ｂ，２１ｂ、内側クラッド層１２，２２、トレンチ層１３，２３、及び、外側クラッド３０の屈折率分布の状態を便宜的に一つの図で示しているが、コア要素１０とコア要素２０との屈折率分布が一致することを意味するものではない。
【００３２】
このようなマルチコアファイバ１であれば、空間多重数は、例えば、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光を伝搬することで、２モード×１０コア＝２０多重となる。さらに、ＬＰ１１モードの光が、互いにエネルギーの分布がコアの長手方向に垂直な断面において９０度異なる２つのＬＰ１１モードの光（ＬＰ１１ａモードの光とＬＰ１１ｂモードの光）とされることで、ＬＰ１１モードの光が２モードの光から構成されることになる。この場合、マルチコアファイバ１の空間多重数は、ＬＰ０１モードの光も合わせて３モード×１０コア＝３０多重となる。
【００３３】
なお、本実施形態では、それぞれのコア１１，２１が２次ＬＰモードまでの光を伝搬する。それぞれのコア１１，２１が２次ＬＰモードまでの光を伝搬するには、例えば、波長１５３０ｎｍにおいて、曲げ直径２８０ｍｍにおいてＬＰ２１モードの光の曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以上、かつ、波長１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１の曲げ損失が曲げ直径６０ｍｍにおいて０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下とされれば良い。
【００３４】
本実施形態においては、図１（Ｂ）、図２に示すように、内側クラッド層１２，２２の屈折率が、外側クラッド３０の屈折率と同等とされているが、内側クラッド層１２，２２の屈折率が外側クラッド３０の屈折率と外側領域１１ｂ，２１ｂの屈折率の間に設定されても良い。或いは、内側クラッド層１２，２２の屈折率が外側クラッド３０の屈折率よりも低くされても良い。この内側クラッド層１２，２２の外側クラッド３０に対する比屈折率差は、波長分散特性の調整のために正負の値に適時設定される。
【００３５】
また、図１（Ｂ）、図２においては、内側保護層４１、及び、外側保護層４２の屈折率については省略している。
【００３６】
ところで、コアを伝搬する光の実効屈折率が低い場合、当該光のカットオフ波長が短くなり、また、曲げ損失が大きくなる。曲げ損失が大きいということは、コアの光に対する閉じ込め力が弱いことと同意であり、クロストークの悪化へとつながる。しかし本実施形態のマルチコアファイバ１は、トレンチ層１３，２３により、トレンチ層が無い場合と比べて上記のようにコア１１，２１への光の閉じ込め力が強い。このトレンチ層１３，２３の厚さを大きくすることで、光の閉じ込め力をより強くすることができる。しかし、光の閉じ込め力があまり高いと、却ってカットオフ波長が長波長化してしまう。一般的に本来光通信に用いる最高次ＬＰモードの光よりも高次のＬＰモードの光は、通信品質を低下させるため伝搬させたくない。そこで、通信帯域を広げるためにカットオフ波長が長波長化しないように調整する必要がある。上記のクロストークの悪化と、カットオフ波長の長波長化とを考慮してトレンチ層１３，２３の厚さが定められる。
【００３７】
また、それぞれのコア１１，２１から内側保護層４１までの距離が小さい場合、コア１１，２１を伝搬する光の一部が内側保護層４１に吸収される場合がある。そこで、それぞれのコア１１，２１を外側クラッド３０の外周面から所定の距離以上とすることが好ましい。しかし、あまりそれぞれのコア１１，２１と外側クラッド３０の外周面との距離が大きいとマルチコアファイバ１が大径化してしまう。コアを伝搬する光は長波長な光ほど実効コア断面積Ａeffが大きくなる。また、同じ波長の光の場合、ＬＰモードにより実効コア断面積Ａeffが異なる。そこで、使用波長帯域における最も長波長の光において、最も実効コア断面積Ａeffが大きくなるＬＰモードの光の損失が所定の値よりも小さくなるように、コア１１，２１から外側クラッド３０の外周面までの距離を定めればよい。
【００３８】
当該損失は有限要素法等を用いて計算により求めることができる。例えば、波長の帯域が１５３０ｎｍ〜１６２５ｎｍであるＣ＋Ｌバンドで２次ＬＰモードまでの光を伝搬する場合、波長が１６２５ｎｍにおけるＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａeffが最も大きくなる。そこで、コア１１，２１が屈折率が一様なステップ型の屈折率分布を有するコアであると仮定し、コア１１，２１の外側クラッド３０に対する比屈折率差が０．４５％でそれぞれのコア半径が６．４７μｍであるとする場合に、曲げ半径１４０ｍｍでの損失は、有限要素法で計算すると、コア１１，２１から外側クラッド３０の外周面までの距離が４８μｍで０．００１ｄＢ／ｋｍ以下となる。従って、このような条件においては、コア１１，２１から外側クラッド３０の外周面までの距離が４８μｍとされれば問題ない。このように使用波長、伝搬する光のモード、コアの外側クラッドに対する比屈折率差等によって、コアと外側クラッドの外周面との距離を定めればよい。このようなコアと外側クラッドの外周面との距離を保ちつつ９つ以上のコア要素を配置でき、幹線で用いられる場合に長期信頼性が保たれるためには、外側クラッド３０の外径は１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされることが好ましい。
【００３９】
次に、それぞれのコア１１，２１を伝搬する光の実効屈折率Δｎeffについて説明する。
【００４０】
マルチコアファイバにおいて、コア間のクロストークはマルチコアファイバの曲げ径に依存し、ある曲げ半径で最も悪いクロストークとなる。本実施形態のように数モードマルチコアファイバである場合、クロストークは伝搬する光のうち最高次ＬＰモードの光同士で最も悪化する。従って、この最高次ＬＰモードの光のクロストークが、通常マルチコアファイバが使用されない曲げ径となる領域でピークとなれば、最も悪いクロストークを避けることができる。ところで、光ファイバが小さい曲げ径で曲げられると、破断確率が上がり、また、コアを伝搬する光の曲げによる損失が大きくなる。これらの理由から、本実施形態のような大容量伝送用光ファイバに想定される最小の曲げ径は、直径１００ｍｍとされている。また、クロストークは、最も悪いクロストークとなる曲げ径よりも大きい曲げ径とされる方が、最も悪いクロストークとなる曲げ径よりも小さい曲げ径とされるよりも良好となる。従って、最高次ＬＰモードの光のクロストークがピークとなる曲げ径ＲPKが、直径１００ｍｍの曲げ径より小さければ、光ファイバの通常の使用環境下において、クロストークを十分に抑制できると考えられる。
【００４１】
ここで、互いに隣り合うコア１１，２１の一方を伝搬するＬＰモードの光の実効屈折率をｎeffとし、互いに隣り合うコア１１，２１のコア間距離をＤとし、互いに隣り合うコア１１，２１をそれぞれ伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率差をΔｎeffとする場合、当該光のクロストークが最も悪くなる曲げ半径ＲPKは、下記式（１）で示される。
ＲPK＝ｎeffＤ／Δｎeff        ・・・（１）
【００４２】
式（１）より、Δｎeffが、大きいほどＲPKが小さくなることが分かる。上記のように、ＲPKが１００ｍｍ以下となるようにすれば、十分にクロストークを抑制することができる。このようにするには、ｎeffが１．４４４〜１．４４７とされ、Ｄが４０〜５０μｍとされる場合に、Δｎeffが０．０００７以上とされれば良い。
【００４３】
次に光のモード郡遅延差について説明する。
【００４４】
１つのコアに異なるモードの光を伝搬させるとモード郡遅延差（ＤＭＤ）が生じる。例えば、屈折率が一様なステップ型の屈折率分布を有するコアでは、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とで３ｎ秒／ｋｍのモード郡遅延差が生じる。しかし、本実施形態のマルチコアファイバ１のコア１１，２１は、それぞれ内側領域１１ａ，２１ａの屈折率が外側領域１１ｂ，２１ｂの屈折率よりも高い２段階の屈折率分布を有するコアとされる。このようなコア１１，２１は、屈折率が一様なステップ型の屈折率分布を有するコアよりもモード郡遅延差を抑制することができる。例えば、内側領域１１ａ，２１ａの外側領域１１ｂ，２１ｂに対する比屈折率差Δｄが大きいと、モード郡遅延差は小さくなる。上記のように本実施形態のコア１１，２１は２次ＬＰモードまでの光を伝搬する。そして、それぞれのコア１１，２１が伝搬する光のモード遅延差は、７００ピコ秒／ｋｍ以下とされる。このようなモード郡遅延差の範囲であれば、受信側において、ＭＩＭＯ処理を行う場合であっても、当該処理の負荷を小さくすることができる。
【００４５】
このように本実施形態のマルチコアファイバ１によれば、クロストークが実用されるマルチコアファイバの曲げ半径（直径１００ｍｍ）範囲外でピークとなる。しかも、上記のように、クロストークがピークとなる曲げ径よりも大きな曲げ径となる領域では、クロストークがピークとなる曲げ径よりも小さな曲げ径となる領域よりも、クロストークが小さくなる。従って、実用上クロストークを抑えることができる。また、それぞれのコアモード遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下とされる。これらにより、マルチコアファイバ１を用いて光通信を行うことで光の受信側において信号処理の負荷を軽減することができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。
【００４７】
図３は、本実施形態におけるマルチコアファイバの様子を示す図である。図３に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ２は、６つのコア要素１０と６つのコア要素２０とが互いに隣り合って、正方格子状に配置されている。つまり、コア要素は１２個とされ、コアは、クラッドの中心に位置する正方形の所定の正方格子の各格子点上、及び、所定の正方格子と隣り合う正方格子の各格子点上にそれぞれ配置されている。このようなマルチコアファイバ２であれば、空間多重数は、例えば、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光を伝搬することで、２モード×１２コア＝２４多重となる。さらに、ＬＰ１１モードの光が、互いにエネルギーの分布がコアの長手方向に垂直な断面において９０度異なる２つのＬＰ１１モードの光（ＬＰ１１ａモードの光とＬＰ１１ｂモードの光）とされることで、ＬＰ１１モードの光が２モードの光から構成されることになる。この場合、マルチコアファイバ２の空間多重数は、ＬＰ０１モードの光も合わせて３モード×１２コア＝３６多重となる。
【００４８】
このようなマルチコアファイバ２であっても、それぞれのコア要素１０、２０の構成、コア間距離、最も外側に位置するコアから外側クラッド３０の外周面までの距離は、マルチコアファイバ１と同様とされる。このようにコア要素１０，２０が配置される場合であっても、それぞれのコア１１，２１を伝搬する光の実効屈折率は互いに異なるものとされる。従って、本実施形態のマルチコアファイバ２も第１実施形態のマルチコアファイバ１と同様にして、クロストークが実用されるマルチコアファイバの曲げ半径（直径１００ｍｍ）範囲外でピークとなり、それぞれのコアモード遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下とされる。従って、マルチコアファイバ２を用いて光通信を行うことで光の受信側において信号処理の負荷を軽減することができる。
【００４９】
本実施形態のマルチコアファイバ２によれば、より多くのコアを配置することができる。
【００５０】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５１】
例えば、第１実施形態のマルチコアファイバ１では１０個のコア要素が外側クラッド３０内に配置され、第２実施形態のマルチコアファイバ２では１２個のコア要素が外側クラッド３０内に配置されたが、互いに隣り合うコア１１，２１の屈折率が互いに異なり、コア要素の数は９つ以上であれば、それ以上のコア要素が配置されても良い。
【００５２】
また、上記実施形態では、コア１１，２１がそれぞれ内側領域１１ａ，２１ａと外側領域１１ｂ，２１ｂとから構成されていたが、本発明はそれに限らない。ここで、コア要素の他の例について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図４は、上記実施形態に用いることができるコア要素１０、２０の他の例を図２と同様の方法で示す図である。なお、図４では、コア要素２０の構成をカッコ書きで示している。図４に示すように、本例のコア１１、２１は中心軸から外周側に進むにつれて屈折率が低くなり、当該屈折率の変化率は外周側程大きい。こうしてコア１１、２１は、外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされている。このような屈折率分布を有するコアは、ＧＩ（Graded Index）型と呼ばれ、容易にモード郡遅延差を抑える設計ができる。このようなコア１１，２１の違いを除き、他の構成は第１実施形態のコア要素１０，２０と同様とされる。従って、本例においてもコア１１を伝搬する光の実効屈折率と、コア２１を伝搬する光の実効屈折率とは、互いに異なる。コア１１，２１の中心部における比屈折率差はΔ１とされ、コア１１，２１の半径は、第１実施形態のコア１１，２１の半径（外側領域１１ｂ，２１ｂの外周の半径）と同等とされｒ２とされる。なお、本図でもコア要素１０，２０の屈折率分布の状態を便宜的に一つの図で示しているが、コア要素１０とコア要素２０との屈折率分布が一致することを意味するものではない。
【００５３】
また、上記実施形態では、それぞれのコア１１，２１が２次ＬＰモードまでの光を伝搬するものとしたが、３次ＬＰモード以上の光を伝搬して、それぞれのコア１１，２１が数モード光通信を行っても良い。
【００５４】
また、上記実施形態では、コアを伝搬する光の実効屈折率が異なる２種類のコア要素１０，２０を備えるマルチコアファイバを例に説明したが、本発明はこれに限らず、互いにコアを伝搬する光の実効屈折率が異なる３種類のコア要素を有するマルチコアファイバであっても良い。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。【００５６】
（実施例１）
図３に示すマルチコアファイバ２を４０ｋｍ作製する。このマルチコアファイバ２は使用波長を１５３０ｎｍ〜１６２５ｎｍとし、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光をそれぞれのコア１１，２１が伝搬するものとする。そして、全てのコア１１，２１においてモード郡遅延差の大きさが７００ピコ秒／ｋｍ以下となるようにし、それぞれのコア１１，２１が同一の光を伝搬する場合に互いに隣り合うコア同士のＬＰ１１モードの光のクロストークが−３０ｄＢ／１００ｋｍを満たすようにする。また、外側クラッド３０の外径は２３０μｍとする。【００５７】
＜マルチコアファイバの設計＞
マルチコアファイバ２の作製の前に、その設計を計算により行う。図２に示すように内側領域１１ａ，２１ａの外側クラッド３０に対する比屈折率差をΔ１とし、外側領域１１ｂ，２１ｂの外側クラッド３０に対する比屈折率差をΔ２とし、内側クラッド層１２，２２の屈折率と外側クラッド３０の屈折が互いに等しく、トレンチ層の１３，２３の外側クラッド３０に対する比屈折率差をΔ３とし、Δ１とΔ２の差をΔｄとする。また、内側領域１１ａ，２１ａの半径をｒ１とし、外側領域１１ｂ，２１ｂの外周の半径をｒ２とし、内側クラッド層１２，２２の外周の半径をｒ３とし、トレンチ層１３，２３の外周の半径をｒ４とし、トレンチ層１３，２３の幅をＷとする。【００５８】
本実施例で、２２ｍカットオフ波長が１４５０ｎｍ以下で、波長が１６２５ｎｍにおける直径６０ｍｍ、１００ターンでの曲げ損失が０．５ｄＢ以下になる範囲で、コア１１の方がコア２１よりもＬＰ１１モードの光の実効屈折率が高くなるようにすると、下記表１のパラメータのように設計できることが分かった。なお、Δ２を小さくすると曲げ損失が大きくなることからΔ２の下限が定まり、Δ２を大きくするとカットオフ波長が長くなるのでΔ２の上限が定まる。このことから最適なΔ２を下記のように定めた。また、後述のようにΔ１を定めるものとする。
2015133407.tif 000003
【００５９】
表１に記載のパラメータを用いて、第１のコアであるコア１１の波長１５８０でのモード郡遅延差（ＤＭＤ）及びモード郡遅延差の波長依存性（ＤＭＤスロープ）を図５に示す。また、この条件におけるコア１１を伝搬するＬＰ１１モードの光の実効コア断面積ＡeffのΔｄとｒ２／ｒ１に対する依存性を図６に示す。同様に、表１に記載のパラメータを用いて、第２のコアであるコア２１の波長１５８０でのモード郡遅延差（ＤＭＤ）及びモード郡遅延差の波長依存性（ＤＭＤスロープ）を図７に示す。また、この条件におけるコア２１を伝搬するＬＰ１１モードの光の実効コア断面積ＡeffのΔｄとｒ２／ｒ１に対する依存性を図８に示す。【００６０】
図５〜８より、表１の条件であれば、コア１１、２１において、モード郡遅延差の大きさを７００ピコ秒／ｋｍ以下に抑制することができることが分かった。また、図６，８より、コア１１，２１を伝搬する光の実効コア断面積Ａeffを１００μｍ２程度とすることができることが分かった。光のパワー密度が高くなりすぎて非線形光学効果が生じてしまうことを抑制する観点から、実効コア断面積Ａeffが９０μｍ２以上とされることが好ましい。コア１１，２１は、表１の条件であれば、一般的な光ファイバに接続損失を抑制して接続し、非線形光学効果を抑制することができることが分かった。【００６１】
ここで、Δ１を変化させてΔｄを０．１１〜０．１５として、波長が１５８０ｎｍの光におけるモード分遅延差のΔｄに対する依存性を計算した。なお、ｒ２を７．１〜７．５と変化させた場合における当該依存性を計算した。その結果を図９に示す。図９よりモード郡遅延差は、Δｄを変化させることで０にすることができることが分かった。従って、内側領域１１ａ，２１ａの屈折率と、外側領域１１ｂ，２１ｂの屈折率の差を設けることでモード郡遅延差を小さくでき、受信側における信号処理の負荷を低減できることが分かった。【００６２】
そこで、同じ条件でモード郡遅延差の波長依存性についても計算した。その結果を図１０に示す。図１０よりモード郡遅延差の波長依存性は、Δｄが大きい方が大きくなることが分かった。従って、内側領域１１ａ，２１ａの屈折率と、外側領域１１ｂ，２１ｂの屈折率の差が大きい方がモード郡遅延差の波長依存性を小さく、使用波長の帯域が広い場合でもモード郡遅延差の変化が小さくなるので、広い波長帯域で光通信を行い易いことが分かった。【００６３】
次に、同じ条件で実効コア断面積Ａeffについても計算した。その結果を図１１に示す。図１１より実効コア断面積Ａeffは、Δｄが小さい方が大きくなることが分かった。従って、内側領域１１ａ，２１ａの屈折率と、外側領域１１ｂ，２１ｂの屈折率の差が小さい方が光のエネルギー密度が高くなりすぎることを抑制でき、非線形光学効果が生じることを抑制できることが分かった。【００６４】
以上より、モード郡遅延差の大きさ及びモード郡遅延差の波長依存性と実効コア断面積Ａeffとの兼ね合いから、Δｄを２程度にすればよいことが分かった。そこで、コア１１のΔｄを０．１３８％とし、ｒ２／ｒ１を１．９とし、Ｗ／ｒ２を０．６０として、コア２１のΔｄを０．１１４％とし、ｒ２／ｒ１を２．１とし、Ｗ／ｒ２を０．７１とした。このときの、波長１６２５ｎｍのＬＰ１１モードの光を１００ｋｍ伝搬した場合の互いに隣り合うコア１１，２１のクロストークを図１２に示す。【００６５】
図１２より、ＲPKが１００ｍｍ以下となることが分かった。また、この結果より、コア間距離が４０μｍ程度であれば、曲げ径を調節して、全てのコア１１，２１におけるクロストークを−４０ｄＢ／１００ｋｍとすることができることが分かった。また、図１２に示す結果より全てのコア１１，２１に光を均一に入射する場合、最近接するコアが６つあったとしても、−３０ｄＢ／１００ｋｍとすることができると考えられる。【００６６】
＜マルチコアファイバの作製＞
表２及び上記Δｄ、ｒ２／ｒ１、Ｗ／ｒ２の値に基づいて、長さ４０．４ｋｍの図３に示すマルチコアファイバ２を作製した。このマルチコアファイバ２の外側クラッド３０の外径、外側保護層４２の外径、コア間距離は、下記表２のようになった。
2015133407.tif 000004
【００６７】
次に作製したマルチコアファイバ２の光の伝搬損失、モードフィールド径（ＭＦＤ）、実効コア断面積（Ａeff）、２２ｍカットオフ波長、波長分散（モード郡遅延差の波長依存性）、偏波モード分散係数（ＰＭＤ係数）、偏波依存ロス（ＰＤＬ）を測定した。その結果を表３に示す。なお、それぞれの光学特性は、表３に記載のモードの光について測定をした。ただし、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積の値は、有限要素法による計算結果である。
2015133407.tif 000005
【００６８】
表３より、曲げ損失が最も大きいと考えられるＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が最も短いコアであっても、直径３０ｍｍの曲げ半径で、波長１６２５ｎｍのＬＰ１１モードの光を伝搬する場合の曲げ損失は、０．１４ｄＢ／ｍとなった。このような曲げ損失であれば、ＬＰ１１モードの光でＣ＋Ｌバンドでの光通信を問題なく行うことができる。【００６９】
次に作製したマルチコアファイバ２について、波長１５３０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１６０８ｎｍの光についてモード郡遅延差を測定した。その結果を表４に示す。なお、表４におけるコアＡ〜コアＬのうち、コアＣ，Ｆ，Ｉ，Ｌは、図３に示す内周側に位置するコア要素１０，２０のコア１１，２１を示し、コアＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｋは外周側に位置する位置するコア要素１０，２０のコア１１．２１を示す。
2015133407.tif 000006
【００７０】
表４より、作製したマルチコアファイバ２の全てのコアにおいて、それぞれの波長におけるモード郡遅延差を７００ピコ秒／ｋｍより小さくできる結果となった。【００７１】
次に作製したマルチコアファイバ２のクロストークを測定した。具体的には、モード合分波器を用いてＬＰ１１モードの光を長さ４０．４ｋｍのマルチコアファイバ２のそれぞれのコアに伝搬させ、互いに隣り合う２コア間のＬＰ１１モードの光同士のクロストークを測定した。クロストークは、波長が１５３０ｎｍ，１５５０ｎｍ，１６０８ｎｍの光について行い、測定に際しマルチコアファイバ２が直径３１０ｍｍで曲げられた状態とした。そして、測定された結果に対して電力結合理論を用いて、４０．４ｋｍにおけるクロストークから光を１００ｋｍ伝搬した場合のクロストークに変換した。また、上記のようにコアＣ，Ｆ，Ｉ，Ｌは、内周側に位置するコアであるため、それぞれ４つのコアと互いに隣り合っている。また、上記のようにコアＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｋは外周側に位置するコアであるため、それぞれ２つのコアと互いに隣り合っている。この点を考慮して、上記の測定結果から電力結合理論を用いて得られた１００ｋｍ伝搬した場合のクロストークを用いて、全てのコアに同時にＬＰ１１モードの光を１００ｋｍ伝搬させた場合のクロストークを算出した。この結果を表５に示す。
2015133407.tif 000007
【００７２】
表５より、全てのコアにおいて−５０ｄＢ／１００ｋｍ以下という低クロストークを達成することができる結果となった。【００７３】
（実施例２）
実施例１のコアが、図２に示す内側領域１１ａ，２１ａと外側領域１１ｂ，２１ｂとからなり２段の屈折率分布を有するのに対して、本実施例では、図２のマルチコアファイバ２のそれぞれのコアを図４に示すＧＩ型のコアとして、互いに隣り合うコア１１，２１の屈折率を変え、外側クラッドの外径が２３０μｍとなるマルチコアファイバ２を５ｋｍ作製した。このマルチコアファイバにおいて、実施例１と同様にして測定を行った。その結果、全てのコアにＬＰ１１モードの光を１００ｋｍ伝搬させた場合のクロストークは、平均で−３５ｄＢ／１００ｋｍ以下であった。全てのコアにおいて、モード郡遅延差の大きさが１００ピコ秒／ｋｍ以下となった。【００７４】
（実施例３）
実施例１と同様のコア１１，２１を図１に示すマルチコアファイバ１に適用し、外側クラッド３０の外径を２２５μｍとして、７ｋｍのマルチコアファイバ１を作製した。このマルチコアファイバにおいて、実施例１と同様に全てのコアにＬＰ１１モードの光を１００ｋｍ伝搬させた場合のクロストークは、平均で−５０ｄＢ／１００ｋｍ以下であった。また、全てのコアにおいて、モード郡遅延差の大きさが７００ピコ秒／ｋｍ以下となった。【００７５】
（実施例４）
図３に示すマルチコアファイバ２において、それぞれのコア要素が図４に示す屈折率分布を有するマルチコアファイバを４０ｋｍ作製する。このマルチコアファイバ２では、実施例１と同様の使用波長、実施例１と同様のＬＰモードの光がそれぞれのコア１１，２１が伝搬するものとする。そして、それぞれのコア１１，２１が同一の光を伝搬する場合に互いに隣り合うコア同士のＬＰ１１モードの光のクロストークが−３０ｄＢ／１００ｋｍを満たすようにする。ただし、本実施例で作製するマルチコアファイバ２では全てのコア１１，２１においてモード郡遅延差の大きさが概ね１００ピコ秒／ｋｍ以下となるようにする。また、外側クラッド３０の外径は実施例１と同様とする。【００７６】
＜マルチコアファイバの設計＞
マルチコアファイバ２の作製の前に、その設計を計算により行う。図４に示すようにそれぞれのコア１１，２１の屈折率分布はα乗分布をしている。また、図４に示すようにコア１１、２１の半径ｒ２とし、コア１１，２１の中心における外側クラッド３０に対する比屈折率差をΔ１とした。また、実施例１と同様にして、内側クラッド層１２，２２の屈折率と外側クラッド３０の屈折が互いに等しく、トレンチ層の１３，２３の外側クラッド３０に対する比屈折率差をΔ３とし、内側クラッド層１２，２２の外周の半径をｒ３とし、トレンチ層１３，２３の外周の半径をｒ４とし、トレンチ層１３，２３の幅をＷとする。【００７７】
図１３は、αを２．２とする場合において、図４に示すｒ２、Δ１を変化させた場合における実効コア断面積Ａeffのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。図１３に示すように波長が１５５０ｎｍのＬＰ０１モードの光においては、ｒ３／ｒ２に対して、実効コア断面積Ａeffの依存性が殆どないことが分かる。また、図１４は、実効コア断面積Ａeffを波長１５５０ｎｍにおいて一定にする場合の図４のｒ２とΔ１との関係を示す図である。図１４に示すように、Ａeffが一定の場合、Δ１はｒ２に比例する。図１３、図１４より、Δ１／ｒ２を概ね一定にしつつ、ｒ２を所定の範囲で変化することができることが示される。図１３、図１４で示される傾向は、αが２．２以外の場合であっても同様と考えられ、他の波長やＬＰ１１モードの光であっても同様と考えられる。【００７８】
次にαを変化させる場合のモード郡遅延差（ＤＭＤ）及びモード郡遅延差の波長依存性（ＤＭＤスロープ）のｒ３／ｒ２に対する依存性を考察する。【００７９】
図１５は、αを２．０とした場合において、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffが１１０μｍ２となるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。図１５において、実線はｒ＝９．０μｍでΔ１＝０．４％でのＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を示し、破線はｒ２＝１０．０μｍでΔ１＝０．５％でのＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を示し、点線はｒ２＝１１．０μｍでΔ１＝０．６％でのＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す。なお、Δ１が０．４％より低いとＬＰ１１モードの光の曲げ損失が増大することにより伝搬しづらくなり、Δ１が０．５％より大きいとＬＰ２１モードのカットオフ波長λｃがＣバンド帯に掛かってくる傾向がある。従って、Δ１は０．４％以上０．５％以下とされる。このため、図１５において点線は参考データである。図１５に示すようにＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合、実線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．２２以上１．２６以下となり、破線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．１５以上１．２２以下となる。従って、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍの線、及び、ＤＭＤが１００ピコ秒／ｋｍの線、実線、及び、破線で挟まれる領域が存在し、この領域内においてｒ２を設定することができる。従って、図３に示す互いに隣り合うコア要素１０，２０におけるコア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にして、それぞれのコア１１，２１においてＤＭＤを上記範囲内にできることが分かる。【００８０】
図１６は、αを図１５と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を示す図である。図１６において、実線、破線及び点線は図１５と同様のｒ２及びΔ１の状態を示す。図１５で示されるＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合の実線、破線のｒ３／ｒ２の範囲において、図１６においても実線と破線とで挟まれる領域が存在し、当該領域ではＤＭＤスロープが概ね０．１ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以上１ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以下となることが分かる。従って、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる領域で、コア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にする場合にＤＭＤスロープも良好な値とすることができることが分かる。【００８１】
図１７は、αを２．１とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。図１７に示すようにＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合、実線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．２５以上１．２９以下となり、破線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．２１以上１．２８以下となる。従って、αが２．１の場合であっても、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍの線、及び、ＤＭＤが１００ピコ秒／ｋｍの線、実線、及び、破線で挟まれる領域が存在し、この領域内においてｒ２を設定することができる。従って、この場合にも、図３に示す互いに隣り合うコア要素１０，２０におけるコア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にして、それぞれのコア１１，２１においてＤＭＤを上記範囲内にできることが分かる。【００８２】
図１８は、αを図１７と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。図１７で示されるＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合の実線、破線のｒ３／ｒ２の範囲において、図１８においても実線と破線とで挟まれる領域が存在し、当該領域ではＤＭＤスロープが概ね−０．４ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以上４ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以下となることが分かる。従って、αが２．１の場合であっても、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる領域で、コア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にする場合にＤＭＤスロープも良好な値とすることができることが分かる。【００８３】
図１９は、αを２．２とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。図１９に示すようにＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合、実線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．２７以上１．３２以下となり、破線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．２６以上１．３８以下となる。従って、αが２．２の場合であっても、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる状態で実線と破線とで挟まれる領域が存在し、この領域内においてｒ２を設定することができる。従って、この場合にも、図３に示す互いに隣り合うコア要素１０，２０におけるコア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にして、それぞれのコア１１，２１においてＤＭＤを上記範囲内にできることが分かる。【００８４】
図２０は、αを図１９と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。図１９で示されるＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合の実線、破線のｒ３／ｒ２の範囲において、図２０においても実線と破線とで挟まれる領域が存在し、当該領域ではＤＭＤスロープが概ね−１．２ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以上０．３ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以下となることが分かる。従って、αが２．２の場合であっても、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる領域で、コア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にする場合にＤＭＤスロープも良好な値とすることができることが分かる。【００８５】
図２１は、αを２．３とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１５と同様にして示す図である。図２１に示すようにＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合、実線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．３０以上１．３５以下となり、破線のｒ３／ｒ２の範囲は概ね１．３６以上１．６５以下となる。従って、αが２．２の場合であっても、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍの線、及び、ＤＭＤが１００ピコ秒／ｋｍの線、実線、及び、破線で挟まれる領域が存在し、この領域内においてｒ２を設定することができる。従って、この場合にも、図３に示す互いに隣り合うコア要素１０，２０におけるコア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にして、それぞれのコア１１，２１においてＤＭＤを上記範囲内にできることが分かる。【００８６】
図２２は、αを図２１と同じ値とした場合の波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤスロープのｒ３／ｒ２に対する依存性を図１６と同様にして示す図である。図２１で示されるＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる場合の実線、破線のｒ３／ｒ２の範囲において、図２２においても実線と破線とで挟まれる領域が存在し、当該領域ではＤＭＤスロープが概ね−２．１ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以上０．２ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ以下となることが分かる。従って、αが２．３の場合には、一部ＤＭＤスロープが悪化する領域があるが、ＤＭＤが−１００ピコ秒／ｋｍ以上１００ピコ秒／ｋｍ以下となる領域で、コア１１，２１の半径ｒ２を互いに異なる値にする場合にＤＭＤスロープも良好な値とすることができる領域があることが分かる。【００８７】
次に、αが上記のように２．０〜２．３の値をとる場合において、ｒ３／ｒ２が特定の値をとる場合のＤＭＤ、ＤＭＤスロープ、実効屈折率Δｎeffを下記表６に示す。
2015133407.tif 000008
【００８８】
表６に示すように、αが２．２の場合には、波長１５５０ｎｍにおけるＤＭＤを−２０ピコ秒／ｋｍ〜２０ピコ秒／ｋｍとすることができ、ＤＭＤスロープが−０．５ピコ秒／ｋｍ／ｎｍ〜０．２ピコ秒／ｋｍ／ｎｍとすることができる良好な結果となった。また、表６において、実効屈折率Δｎeffが０．００１４より大きな値となる結果となった。【００８９】
次にコア間のクロストークについて考察する。上記表６のαが２．２となる場合のコア要素１０，２０のパラメータの例を下記表７に示す。
2015133407.tif 000009
【００９０】
図２３は、表７で示すコア要素１０、２０が、図３に示すマルチコアファイバ２のように配置される場合において、４つのコア要素で囲まれるコア要素１０，２０のコア１１，２１のクロストークと曲げ直径との関係を示す図である。図２３では、Ｃ＋Ｌバンドにおける最長の波長１５６５ｎｍでＬＰ１１モードの光同士のクロストークを示す。図２３に示すように、互いに隣り合うコア１１，２１におけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなることが分かった。また、図２３より、コア間距離が４１μｍであってもクロストークを−３０ｄＢ／１００ｋｍに抑えることができる。これは、条長１０００ｋｍで３２ＱＡＭで信号を伝送可能なことを示す。また、図２３より、コア間距離が４３μｍであれば、クロストークは−３５ｄＢ／１００ｋｍ以下とすることができることが分かった。【００９１】
図２４は、表７で示すコア要素１０、２０のコア１１，２１のＤＭＤの波長依存性を示す図である。図２４に示すように、表７で示すコア要素１０，２０であれば、Ｃバンド、Ｌバンドにおいて、ＤＭＤの絶対値を５０ピコ秒／ｋｍ以下に出来ることが分かる。【００９２】
次にカットオフ波長について考察する。図２５は、表７で示すコア要素１０、２０が、図３に示すマルチコアファイバ２のように配置される場合において、４つのコア要素で囲まれるコア要素１０，２０のコア１１，２１のＬＰ２１モードのカットオフ波長とコア間距離との関係を有限要素法により計算した結果を示す図である。図２５に示すように、コア間距離が４１ｍｍ上であれば、コア要素１０、コア要素２０においてカットオフ波長をＣバンドにかからない１５３０ｎｍよりも小さくできることが分かった。【００９３】
次に外側クラッド３０の外周面とコア要素１０，２０との距離（クラッド厚）について考察する。上記表６のαが２．２となるコア要素１０，２０のパラメータの例を下記表８に示す。
2015133407.tif 000010
【００９４】
図２６は、表８で示すコア１１を伝搬するＬＰ１１モードの光の曲げ損失とクラッド厚との関係を示す図であり、図２７は、表８で示すコア２１を伝搬するＬＰ１１モードの光の曲げ損失とクラッド厚の関係を示す図である。図２６、図２７において、曲げ半径を１４０ｍｍとした。また、図２６，２７において、実線は波長１６２５ｎｍの光を示し、破線は波長１５６５ｎｍの光を示し、点線は波長１５５０ｎｍの光を示す。図２６，２７に示すように、クラッド厚が４７μｍ以上であれば、コア１１，２１において、曲げ損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下となることが分かった。【００９５】
＜マルチコアファイバの作製＞
以上を踏まえて、図４に示す屈折率分布を有するコア要素１０，２０が配列された図３に示すマルチコアファイバ２を作製した。作製したマルチコアファイバ２の外側クラッド外径、外側保護層の外径、コア間距離は表９の通りであった。上巻と下巻とはボビンに巻かれたファイバの両端を指す。上巻と下巻で寸法に大きな差がないことから長手方向に均一なファイバが得られたことがわかった。
2015133407.tif 000011
【００９６】
次に作製したマルチコアファイバ２のそれぞれのコア要素において、伝搬するＬＰ０１モードの光の損失、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とのモード郡遅延差ＤＭＤ、ＬＰ１１モードの光の５００ｋｍにおけるクロストーク、ＬＰ０１モードの光の偏波モード分散ＰＭＤ、ＬＰ０１モードの光の偏光依存損失ＰＤＬ、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積、ＬＰ２１モードの光のカットオフ波長を計測した。その結果を下記表１０に示す。なお、表１０におけるコアＡ〜コアＬの意味は、表４におけるコアＡ〜コアＬの意味と同じである。
2015133407.tif 000012
【００９７】
表１０に示すように作製したマルチコアファイバ２は、Ｃバンド、Ｌバンドにおいて概ねＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードの光を伝搬し、クロストークが抑えられ、モード郡遅延差が軽減される結果となった。【００９８】
以上より本発明によれば、数モードマルチコアファイバにおいて、クロストークが軽減され、モード郡遅延差が軽減され、光の受信側において信号処理の負荷を軽減できることができることが分かった。【００９９】
本発明に係るマルチコアファイバは、光の受信側において信号処理の負荷を軽減でき、光通信の分野で使用することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１，２・・・マルチコアファイバ
１０，２０・・・コア要素
１１，２１・・・コア
１１ａ，２１ａ・・・内側領域
１１ｂ，２１ｂ・・・外側領域
１２，２２・・・内側クラッド層
１３，２３・・・トレンチ層
３０・・・外側クラッド
４１・・・内側保護層
４２・・・外側保護層
【図１】
2015133407.tif 000013
【図２】
2015133407.tif 000014
【図３】
2015133407.tif 000015
【図４】
2015133407.tif 000016
【図５】
2015133407.tif 000017
【図６】
2015133407.tif 000018
【図７】
2015133407.tif 000019
【図８】
2015133407.tif 000020
【図９】
2015133407.tif 000021
【図１０】
2015133407.tif 000022
【図１１】
2015133407.tif 000023
【図１２】
2015133407.tif 000024
【図１３】
2015133407.tif 000025
【図１４】
2015133407.tif 000026
【図１５】
2015133407.tif 000027
【図１６】
2015133407.tif 000028
【図１７】
2015133407.tif 000029
【図１８】
2015133407.tif 000030
【図１９】
2015133407.tif 000031
【図２０】
2015133407.tif 000032
【図２１】
2015133407.tif 000033
【図２２】
2015133407.tif 000034
【図２３】
2015133407.tif 000035
【図２４】
2015133407.tif 000036
【図２５】
2015133407.tif 000037
【図２６】
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【図２７】
2015133407.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成29年1月19日(2017.1.19)
【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】
Ｃバンド及びＬバンドにおいて少なくとも２次ＬＰモードまでの光を伝搬するコアと、前記コアの外周面を包囲し前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周面を包囲し前記内側クラッド層の屈折率よりも低い屈折率とされるトレンチ層と、を有する９個以上のコア要素と、
それぞれの前記トレンチ層の外周面を包囲し前記トレンチ層の屈折率よりも高く前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる外側クラッドと、
を備え、
伝搬する光の実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが交互に円環状に配置され、
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなるように、前記互いに隣り合う前記コアを伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なり、
それぞれの前記コアにおけるモード群遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下となるように前記コアは外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされる
ことを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項２】
Ｃバンド及びＬバンドにおいて少なくとも２次ＬＰモードまでの光を伝搬するコアと、前記コアの外周面を包囲し前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる内側クラッド層と、前記内側クラッド層の外周面を包囲し前記内側クラッド層の屈折率よりも低い屈折率とされるトレンチ層と、を有する９個以上のコア要素と、
それぞれの前記トレンチ層の外周面を包囲し前記トレンチ層の屈折率よりも高く前記コアの屈折率よりも低い屈折率とされる外側クラッドと、
を備え、
伝搬する光の実効屈折率が互いに異なる２種類の前記コアが互いに隣り合うように正方格子状に配置され、
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが、直径１００ｍｍより小さい曲げ径でピークとなるように、前記互いに隣り合う前記コアを伝搬する光の前記実効屈折率が互いに異なり、
それぞれの前記コアにおけるモード群遅延差が７００ピコ秒／ｋｍ以下となるように前記コアは外周側の領域よりも中心軸を含む領域が高い屈折率とされる
ことを特徴とするマルチコアファイバ。
【請求項３】
前記コア要素は１２個とされ、
前記コアは、所定の正方格子の各格子点上、及び、前記所定の正方格子と隣り合う正方格子の各格子点上にそれぞれ配置される
ことを特徴とする請求項２に記載のマルチコアファイバ。
【請求項４】
前記外側クラッドの外径が１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項５】
それぞれの前記コアを伝搬する互いに同じＬＰモードの光の実効コア断面積の差が２０μｍ２以下とされる
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項６】
それぞれの前記コアを伝搬する最長波長の光における最高次ＬＰモードの光の曲げ損失が、直径６０ｍｍで１００ターン巻かれた場合にそれぞれ０．５ｄＢ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項７】
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが−３０ｄＢ／１００ｋｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項８】
それぞれの前記コアは、中心軸を含む内側領域と、前記内側領域の外周面を隙間なく包囲し前記内側クラッド層に隙間なく包囲される外側領域とを有し、
前記内側領域の屈折率は、前記外側領域の屈折率よりも高い
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項９】
それぞれの前記コアの屈折率は中心軸から外周側に進むにつれ低くなり、当該屈折率の変化率は外周側程大きい
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１０】
それぞれの前記コアが伝搬する光の波長帯はＣバンドとされる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【請求項１１】
前記外側クラッドの外径が１２５μｍ以上２３０μｍ以下とされ、
それぞれの前記コアの屈折率は中心軸から外周側に進むにつれ低くなり、当該屈折率の変化率は外周側程大きく、
それぞれの前記コアを伝搬する互いに同じＬＰモードの光の実効コア断面積の差が１０μｍ２以下とされ、
それぞれの前記コアにおけるＬＰ２１モードの光のカットオフ波長が１５３０ｎｍ以下とされ、
それぞれの前記コアを伝搬する最長波長の光における最高次ＬＰモードの光の曲げ損失が、直径６０ｍｍで１００ターン巻かれた場合にそれぞれ０．５ｄＢ以下とされ、
それぞれの前記コアにおけるモード群遅延差が１００ピコ秒／ｋｍ以下とされ、
互いに隣り合う前記コアに共通して伝搬する最高次ＬＰモードの光の当該互いに隣り合うコアにおけるクロストークの大きさが−３０ｄＢ／１００ｋｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
【国際調査報告】
2015133407.tif 000040
2015133407.tif 000041
2015133407.tif 000042
2015133407.tif 000043