(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、
（ｘ＋２）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する信号光伝搬コアと、
前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、
を備え、
前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、
ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制され、
前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記サイドコアは、シングルモードコアとされる
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、
（ｘ＋１）次ＬＰモードまでの光を伝搬する信号光伝搬コアと、
前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、
前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、
ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制され、
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされ、
前記サイドコアは、シングルモードコアとされる
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項５】
前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合う前記ＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎｅｆｆａとし、
前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｂとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎｅｆｆｃとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｄとする場合に、
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｄ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｄ
が全て成立する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆａ
が成立する
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎｅｆｆａとし、
前記信号光伝搬コアを伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記クラッドの屈折率の差をΔｎｅｆｆｂとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎｅｆｆｃとする場合に、
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
が全て成立する
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
【請求項９】
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆａ
が成立する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記信号光伝搬コアは、中心軸を含む内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み前記内側コアよりも屈折率の高い外側コアとからなる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記被結合部材は、伝搬する光を前記信号光伝搬コアよりも損失する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記信号光伝搬コアを複数有する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバに関し、設計の自由度を向上させる場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、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。このような伝送される情報量の増大に伴い、光ファイバ通信システムにおいては、数十本から数百本といった多数の光ファイバが用いられることで、大容量の長距離光通信が行われている。
【０００３】
こうした光ファイバ通信システムにおいて、複数のコアの外周が１個のクラッドにより囲まれたマルチコア光ファイバを用いて、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。また、コアが単一の光ファイバや、マルチコア光ファイバにおいて、コアに複数のモードの光を伝搬させ、それぞれのモードの光に情報を重畳させて、更なる大容量通信を行うフューモード光ファイバやフューモードマルチコア光ファイバが知られている。
【０００４】
このようにコアに複数のモードの光を伝搬させる場合、モード間郡遅延差（ＤＭＤ）が生じることが知られている。コアに複数のモードの光を伝搬させる場合、この光を受信する受信機では、一般的にＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）処理がなされるが、モード間郡遅延差が大きい場合、ＭＩＭＯ処理が複雑となる傾向がある。
【０００５】
下記非特許文献１〜３には、モード間結合が生じる場合にはモード間郡遅延差が平均化され、ＭＩＭＯ処理が軽減化される旨の記載がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】N.K. Fontaine et al., “Experimental investigation of crosstalk accumulation in a ring-core fiber,” 2013 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series, TuC4.2, pp. 111-112(2013)
【非特許文献２】R. Ryf et al., “1705-km transmission over coupled-core fiber supporting 6 spatial modes,” ECOC 2014, PD.3.2 (2014)
【非特許文献３】T. Fujisawa and K. Saitoh, A principal mode analysis of strongly- coupled 3-core fibers,” ECOC 2015, We.1.4.6 (2015)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
モード間結合を生じさせるためには、それぞれのモードの光の実効屈折率の差、すなわち実効屈折率差を小さくする必要がある。しかし、それぞれの実効屈折率差が小さい場合次のような懸念がある。すなわち、最も高次のＬＰモードの光の実効屈折率とクラッドの屈折率の差が小さくなり、もっとも高次のＬＰモードの光が損失する場合がある。あるいは、通信に不要なＬＰモードの光が伝搬され、ノイズとなったり、この不要な光と通信に必要な光とがモード間結合を起こし、通信に必要な光が損失する場合がある。これらの場合には、モード間結合した光が適切に伝搬されない虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、複数のＬＰモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバ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、本発明は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、（ｘ＋１）次ＬＰモードまでの光を伝搬する信号光伝搬コアと、前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光のモード間結合が抑制されることを特徴とするものである。
【００１０】
或いは、上記目的を達成するため、本発明は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、（ｘ＋２）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する信号光伝搬コアと、前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光のモード間結合が抑制され、前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合することを特徴とするものである。
【００１１】
上記のいずれの光ファイバによっても、通信に用いるＬＰモードよりも高次のＬＰモードの光を伝搬するため、通信に用いるＬＰモードの光を強固に信号光伝搬コアに閉じ込めることができる。また、通信に用いないＬＰモードの光は、被結合部材を伝搬する光に結合するため、通信に用いないＬＰモードの光が通信に用いるＬＰモードの光へ影響することを抑制できる。このため、本発明の光ファイバによれば、通信に用いる複数のモードの光をモード間結合させつつ、適切に伝搬することができる。
【００１２】
また、前記信号光伝搬コアは、中心軸を含む内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み前記内側コアよりも屈折率の高い外側コアからなることが好ましい。
【００１３】
このように屈折率分布がリング型のコアを用いることにより、所定のＬＰモードまでの光をモード間結合させ易くでき、かつ、所定のＬＰモードの光の実効屈折率と当該所定のＬＰモードの次のＬＰモードの光の実効屈折率とを離すことができる。例えば、ｘ次ＬＰモードが３次ＬＰモードである場合に、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光及びＬＰ２１モードの光の実効屈折率を近づけてモード間結合し易くでき、ＬＰ２１モードの光の実効屈折率と４次ＬＰモードであるＬＰ０２モードの光の実効屈折率を離して、ＬＰ０２モードの光が３次ＬＰモードまでの光とモード間結合することを抑制することができる。なお、３次ＬＰモードがＬＰ０２モードで４次ＬＰモードがＬＰ２１モードとなる場合や、他のＬＰモードの組み合わせとなることもある。
【００１４】
また、前記被結合部材は、伝搬する光を前記信号光伝搬コアよりも損失することが好ましい。
【００１５】
このように構成することで、被結合部材を伝搬する光に結合することにより被結合部材に移動した（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光を減衰させることができる。
【００１６】
また、前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされることが好ましい。
【００１７】
この場合、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はクラッドを伝搬するクラッドモード光と結合する。一般的に通信用の光ファイバにはクラッドが必須の構成である。この必須の構成のクラッドを被結合部材とすることで、別途被結合部材を設けなくともよい。従って、光ファイバの構成が複雑化することを抑制することができる。また、被結合部材がクラッドとされることで、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はクラッドモード光となり、再び信号光伝搬コアに（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が戻る比率を小さくすることができる。さらに、クラッドの外周面がクラッドよりも屈折率の高い被覆層で被覆されていれば、クラッド光が被覆層に吸収されることにより通信に不要な光を損失させることができる。
【００１８】
上記のように前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされる場合においては、前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎｅｆｆａとし、前記信号光伝搬コアを伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記クラッドの屈折率の差をΔｎｅｆｆｂとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎｅｆｆｃとする場合に、
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
が全て成立することが好ましい。
【００１９】
さらに、
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆａ
が成立することがより好ましい。
【００２０】
また、前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされることが好ましい。
【００２１】
被結合部材がサイドコアとされることで、サイドコアに移動した（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をサイドコアから取り出すことができる。また、信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッドモード光に結合させなくともよいため、信号光伝搬コアの設計自由度を向上させることができる。
【００２２】
上記のように前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされる場合においては、前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合う前記ＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎｅｆｆａとし、前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｂとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎｅｆｆｃとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｄとする場合に、
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｄ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｄ
が全て成立することが好ましい。
【００２３】
さらに、
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆａ
が成立することがより好ましい。
【００２４】
この場合、前記サイドコアは、シングルモードコアとされても良い。
【００２５】
この場合には、信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、サイドコアのＬＰ０１モードの光としてクロストークし、サイドコアに移動する。
【００２６】
また、前記信号光伝搬コアを複数有することが好ましい。
【００２７】
この場合、それぞれの信号光伝搬コアがモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、複数のモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図２】図１の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図４】図３の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。
【図５】図３の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の他の例を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る光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。
【００３１】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図１に示すように、光ファイバ１は、信号光を伝搬するコア１０と、コア１０の外周面を隙間無く囲むクラッド２０と、クラッド２０の外周面を被覆する被覆層３０とを備える。また、コア１０は、コア１０の中心軸を含む内側コア１１と内側コア１１の外周面を隙間なく囲む外側コア１２とから成る。なお、コア１０は、信号光を伝搬する信号光伝搬コアとされる。
【００３２】
図２は図１の光ファイバ１における屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。図２に示すように、外側コア１２の屈折率は内側コア１１の屈折率及びクラッド２０の屈折率よりも高く、屈折率分布がリング型とされる。本実施形態では、内側コア１１の屈折率はクラッド２０の屈折率と同等とされる。また、図２では、コア１０を伝搬するそれぞれのＬＰモードの光の実効屈折率、及び、クラッドの屈折率が破線で示されている。
【００３３】
光ファイバ１は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバとされる。ただし、コア１０は、この通信帯域において、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬することができる。図２では、ｘが３であり、５つのＬＰモードの光を伝搬する例が示されている。図２において、５つのＬＰモードは、ｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ５とされる。ｍｏｄｅ１はＬＰ０１モードとされ、ｍｏｄｅ２はＬＰ１１モードとされ、ｍｏｄｅ３はＬＰ２１モードとされ、ｍｏｄｅ４はＬＰ０２モードとされ、ｍｏｄｅ５はＬＰ３１モードとされる。ただし、ｍｏｄｅ３がＬＰ０２モードとされ、ｍｏｄｅ４はＬＰ２１モードとされても良い。この様に図２で示される例の光ファイバ１は通信帯域において５つのＬＰモードの光を伝搬するが、上記のようにｘが３とされるため、光ファイバ１はｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ３の３つのＬＰモードの光により通信を行い、光ファイバ１が伝搬するｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光は通信に用いない不要な光とされる。なお、本明細書において、ｘ次ＬＰモードの光という場合、実効屈折率の高い順に、１次ＬＰモード（ｍｏｄｅ１）、２次ＬＰモード（ｍｏｄｅ２）、３次ＬＰモード（ｍｏｄｅ３）・・・と数えるものとする。
【００３４】
また、光ファイバ１では、通信に用いるｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合するよう構成される。図２の例では、ｍｏｄｅ１の光、ｍｏｄｅ２の光及びｍｏｄｅ３の光は、互いにモード間結合を起こすものとされる。つまり、ｍｏｄｅ１の光の実効屈折率とｍｏｄｅ２の光の実効屈折率とは、モード間結合を起こすほど差が小さく設定されており、ｍｏｄｅ２の光の実効屈折率とｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とは、モード間結合を起こすほど差が小さく設定されている。
【００３５】
また、光ファイバ１では、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合を起こすものとされる。図２の例では、ｍｏｄｅ４の光の実効屈折率とｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とは差が小さく設定されており、ｍｏｄｅ４の光とｍｏｄｅ５の光とは互いにモード間結合を起こすものとされる。ここで、Δｎｅｆｆａを、ｘ次ＬＰモードと（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値とする。図２の例では、ｍｏｄｅ１の光とｍｏｄｅ２の光との実効屈折率差、ｍｏｄｅ２の光とｍｏｄｅ３の光との実効屈折率差、およびｍｏｄｅ４の光とｍｏｄｅ５の光との実効屈折率差のうち最大の実効屈折率差がΔｎｅｆｆａとなり、Δｎｅｆｆａは、モード間結合を起こすほど小さく（たとえば、１．０×１０−３以下あるいは２．０×１０−３以下等）設定されることになる。
【００３６】
また、上記のように、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合を起こすため、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制されている。ここで、通信に用いる最高次ＬＰモードであるｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、通信に用いない最低次ＬＰモードである（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎｅｆｆｃとすると、
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
が成立し、Δｎｅｆｆｃはｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制されるほど大きくされる。図２の例では、ｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とｍｏｄｅ４の光の実効屈折率との差がΔｎｅｆｆｃとなり、ｍｏｄｅ３の光とｍｏｄｅ４の光とではモード間結合が抑制されている。
【００３７】
さらに、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合するものとされる。クラッドモード光に最も結合し易い光は、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光である。そこで、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差をΔｎｅｆｆｂとする。この場合、図２の例では、ｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とクラッドの屈折率の差がΔｎｅｆｆｂとなる。従って、ｍｏｄｅ５の光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合できるようΔｎｅｆｆｂは所定の値より小さくされる。具体的には、
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
が成立する。
【００３８】
さらに、
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆａ
が成立することが好ましい。
【００３９】
上記のようにｍｏｄｅ１の光、ｍｏｄｅ２の光及びｍｏｄｅ３の光は、互いにモード間結合を起こすため、ΔｎｅｆｆｂがΔｎｅｆｆａより小さければ、より適切にコア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光（ｍｏｄｅ５の光）はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合することができる。ただし、Δｎｅｆｆａが十分に小さい場合には、ΔｎｅｆｆｂがΔｎｅｆｆａより大きい場合であっても、ｍｏｄｅ５はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合することができる。このように本実施形態では、クラッド２０は、通信に用いない不要なＬＰモードの光が結合する光を伝搬する部材であるため、被結合部材と理解することができる。また、クラッド２０は、被覆層３０で被覆されており、クラッド２０を伝搬する光は被覆層３０で吸収される。従って、クラッド２０は伝搬する光をコア１０よりも損失させる。
【００４０】
ところで、本実施形態において、ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との差をΔｎｅｆｆｄとすると、図２の例ではｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との差がΔｎｅｆｆｄとなる。この場合、ΔｎｅｆｆｄはΔｎｅｆｆｃより大きくなり、コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光のクラッドモード光との結合が抑制される。こうして、図２の例では、コアを伝搬するｍｏｄｅ１からｍｏｄｅ３までの光のクラッドモード光との結合が抑制される。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバとされ、コア１０は、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する。従って、通信に用いるｘ次ＬＰモードまでの光をコア１０に強固に閉じ込めることができると共に、ｘ次モードまでの光の実効屈折率差を小さくでき、当該ｘ次ＬＰモードまでの光をモード間結合し易くすることができる。さらに、被結合部材としてのクラッド２０を伝搬するクラッドモード光は、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光と結合し、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合するため、通信に用いない（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッド２０に逃がし減衰させることができる。従って、通信に用いないＬＰモードの光が通信に用いるＬＰモードの光へ影響することを抑制でき、本実施形態の光ファイバ１によれば、通信に用いる複数のモードの光をモード間結合させつつ、適切に伝搬することができる。
【００４２】
なお、図１、図２に示す例では、ｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光が（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光とされ、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合するものとされた。しかし、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が１モードのみである場合には、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する概念は存在しない。例えば、図２において、ｍｏｄｅ５が存在せず、ｍｏｄｅ４の光がクラッドモード光と結合する場合には、ｍｏｄｅ４の光はコア１０において他のモードの光と結合する必要はない。
【００４３】
また、本実施形態では、コア１０がリング型の屈折率分布を有する。従って、所定のＬＰモードまでの光を結合させ易くでき、かつ、所定のＬＰモードの光の実効屈折率と当該所定のＬＰモードの次のＬＰモードの光の実効屈折率とを離すことができる。例えば、上記実施形態のように、ＬＰ０１モードの光、ＬＰ１１モードの光及びＬＰ２１モードの光の実効屈折率を近づけてモード間結合し易くでき、ＬＰ２１モードの光の実効屈折率と４次ＬＰモードであるＬＰ０２モードの光の実効屈折率を離して、ＬＰ０２モードの光が３次ＬＰモードまでの光とモード間結合することを抑制するようなデザインを容易に行うことができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３から図５を参照して詳細に説明する。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、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００４５】
図３は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図３に示すように、光ファイバ２は、コア１０と並列するサイドコア４０を備える点において第１実施形態の光ファイバ１と異なる。
【００４６】
図４は図３の光ファイバ２における屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。図４に示すように、サイドコア４０の屈折率はクラッド２０の屈折率よりも高くされ、本実施形態ではサイドコア４０は、光ファイバ２の所定の通信帯域において、シングルモードコアとされる。なお、図４では、図２と同様にコア１０を伝搬するそれぞれのモードの光の実効屈折率及びクラッド２０の屈折率が破線で示され、サイドコア４０を伝搬する光の実効屈折率が点線で示されている。サイドコア４０は上記のようにシングルモードコアであるため、サイドコア４０を伝搬する光のモードはｍｏｄｅ１’で示される。
【００４７】
本実施形態では、さらに、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光はサイドコア４０を伝搬する光に結合し、コア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される。図４で示す例では、サイドコア４０を伝搬する光に最も結合し易い（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｍｏｄｅ４の光とされ、ｍｏｄｅ３の光はサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光とのモード間結合が抑制されている。
【００４８】
ここで、Δｎｅｆｆａ及びΔｎｅｆｆｃを第１実施形態と同様とする。また、本実施形態では、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｂとする。図４で示す例では、コア１０を伝搬するｍｏｄｅ４の光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率との差がΔｎｅｆｆｂとなる。また、コア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎｅｆｆｄとする。図４で示す例では、ｍｏｄｅ３の光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率との差がΔｎｅｆｆｄとなる。
【００４９】
このとき、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ４の光）は、サイドコア４０を伝搬する光に結合する必要があり、ｘ次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ３の光）はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される必要があるため、
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｄ
が成立する。
【００５０】
また、上記のようにコア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ３の光）はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される必要があるため、
Δｎｅｆｆa＜Δｎｅｆｆｄ
が成立する。
【００５１】
なお、第１実施形態の光ファイバ１と同様に
Δｎｅｆｆａ＜Δｎｅｆｆｃ
が成立する。
【００５２】
また、図４から明らかに
Δｎｅｆｆｂ＜Δｎｅｆｆｃ
が成立する。
【００５３】
上記条件を満たすことにより、図４の例では、ｍｏｄｅ４の光はサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。また、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合するため、ｍｏｄｅ５の光はｍｏｄｅ４と結合してサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。このように本実施形態では、サイドコア４０は、通信に用いない不要なＬＰモードの光が結合する光を伝搬する部材であるため、被結合部材と理解することができる。
【００５４】
なお、サイドコア４０は、コア１０よりも伝搬する光を損失することが好ましい。この様にサイドコア４０で光を損失させるには、サイドコア４０となるガラスロッドに水酸基が行きわたるようにして、かつ、脱水時に酸素を過剰に流す等すればよい。
【００５５】
次に、光ファイバ２における実効屈折率の他の例について説明する。図５は図３の光ファイバ２における屈折率分布及び実効屈折率の他の例を示す図である。図５に示すように、本例では、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がコア１０を伝搬するｍｏｄｅ４の光の実効屈折率とｍｏｄｅ５の光の実効屈折率との間に位置する点において図４の例と異なる。本例では、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率は、コア１０を伝搬するｍｏｄｅ５の光の実効屈折率よりもｍｏｄｅ４の光の実効屈折率に近いものとする。このようなにサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率が、コア１０を伝搬するｘ次モードの光の実効屈折率と（ｘ＋１）次モードの光の実効屈折率との間にない場合であっても、図４の例で示す各式が成立することで、ｍｏｄｅ４の光はサイドコア４０を伝搬する光に結合することができ、ｍｏｄｅ５の光はｍｏｄｅ４と結合してサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。
【００５６】
なお、特に図示しないが、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がｍｏｄｅ５の光の実効屈折率よりも小さい場合、すなわちｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との間となる場合には、ｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率の差をΔｎｅｆｆｂとすることで第１実施形態と同様の条件が適用される。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態の光ファイバ２によれば、被結合部材がサイドコア４０とされることで、サイドコア４０に移動したｘ＋１次ＬＰモード以上の光をサイドコア４０から取り出すことができる。また、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合させなくともよいため、コア１０の設計自由度を向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態においても、図３から図５に示す例では、ｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光が（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光とされ、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合するものとされた。しかし、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が１モードのみである場合には、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する概念は存在しない。例えば、図４、図５において、ｍｏｄｅ５が存在しない場合には、ｍｏｄｅ４の光はコア１０において他のモードの光と結合する必要はない。
【００５９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して詳細に説明する。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、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００６０】
図６は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図６に示すように、本実施形態の光ファイバ３は、第１実施形態に示すコア１０を複数有し、第１実施形態のクラッド２０と同様のクラッド２０を有するマルチコア光ファイバとされる。従って、それぞれのコア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、クラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合する。
【００６１】
本実施形態の光ファイバ３によれば、それぞれのコア１０がモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。
【００６３】
図７は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図７に示すように、本実施形態の光ファイバ４は、第２実施形態に示すコア１０及びサイドコア４０をそれぞれ複数有し、第２実施形態のクラッド２０と同様のクラッド２０を有するマルチコア光ファイバとされる。
【００６４】
本実施形態の光ファイバ４によれば、それぞれのコア１０がモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。なお、サイドコア４０の数はコア１０の数と同じであっても、異なっていても良い。例えば、図７に示す例では、それぞれのサイドコア４０は３つのコア１０と隣り合い、隣り合うそれぞれのコア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光と結合することができる。
【００６５】
（光ファイバの設計例）
次に、上記実施形態の光ファイバの設計例を示す。
【００６６】
図１の屈折率分布を有する光ファイバを設計した。この光ファイバにおいて、内側コア１１の半径ｒ１を４．５μｍとし、外側コア１２の外周の半径を１３．０μｍとし、内側コア１１の屈折率をクラッド２０の屈折率と同じとし、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差Δを０．３４％とした。この光ファイバを波長１５５０ｎｍで通信を行う光ファイバとした。
【００６７】
この波長において、コア１０を伝搬する光のＬＰモードは、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ０２モード、ＬＰ１２モードとなった。また、それぞれのモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆは表１の通りとなった。従って、互いにＬＰモードが隣り合う光の実効屈折率差Δｎｅｆｆは、表１の通りとなる。
【表１】
0006738180.tif 000002
【００６８】
表１から、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は８．９０８×１０−４となる。また、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との実効屈折率差は１．２０３×１０−３となる。従って、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との結合量は、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との結合量、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との結合量より抑えられることが分かる。また、ＬＰ３１モードの光とＬＰ０２モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ０２モードの光とＬＰ１２モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は６．３５４×１０−４となる（ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差よりも小さい）。従って、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との結合量は、ＬＰ３１モードの光とＬＰ０２モードの光の結合量、及び、ＬＰ０２モードの光とＬＰ１２モードの光の結合量より抑えられることが分かる。さらに、ＬＰ１２モードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差は１．０５７×１０−４となる。従って、ＬＰ１２モードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合してクラッド２０に伝搬する。このため、この光ファイバでは、上位３位以内のＬＰモードの光はモード間結合をしながら伝搬し、下位３位のＬＰモードの光はモード間結合をしながらクラッドモード光に結合して損失する。
【００６９】
（光ファイバの他の例）
次に、上記実施形態の光ファイバの他の例を示す。
【００７０】
図１の屈折率分布を有する光ファイバを設計した。この光ファイバにおいて、内側コア１１の半径ｒ１を３．４μｍとし、外側コア１２の外周の半径を９．５μｍとし、内側コア１１の屈折率をクラッド２０の屈折率と同じとし、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差Δを０．６０％とした。この光ファイバを波長１５５０ｎｍで通信を行う光ファイバとした。
【００７１】
この波長において、コア１０を伝搬する光のＬＰモードは、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モード、ＬＰ３１モード、ＬＰ０２モードとなった。また、それぞれのモードの光の実効屈折率ｎｅｆｆは表２の通りとなった。従って、互いにＬＰモードが隣り合う光の実効屈折率差Δｎｅｆｆは、表２の通りとなる。
【表２】
0006738180.tif 000003
【００７２】
表２から、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は１．６３６×１０−３となる。また、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との実効屈折率差は２．２１２×１０−３となる。従って、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との結合量は、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との結合量、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との結合量より抑えられることが分かる。また、ＬＰ３１モードの光とＬＰ０２モードの光との実効屈折率差は１．１５２×１０−３となる（ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ１１モードの光とＬＰ２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差よりも小さい）。従って、ＬＰ２１モードの光とＬＰ３１モードの光との結合量は、ＬＰ３１モードの光とＬＰ０２モードの光の結合量より抑えられる。さらに、ＬＰ０２モードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差は８．８６０×１０−４となる。従って、ＬＰ０２モードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合してクラッド２０に伝搬する。このため、この光ファイバでは、上位３位以内のＬＰモードの光はモード間結合をしながら伝搬し、下位２位のＬＰモードの光はモード間結合をしながらクラッドモード光に結合して損失する。
【００７３】
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。
【００７４】
例えば、上記実施形態の光ファイバ１〜４において、ｘ次モードまでの光のモード数は２以上であれば特に制限はなく、（ｘ＋１）次モード以上の光のモード数も１以上であれば特に制限はない。
【００７５】
また、第２実施形態、第４実施形態では、サイドコア４０がシングルモードコアであるとしたが、サイドコア４０が複数のモードの光を伝搬するコアであっても良い。この場合、サイドコア４０を伝搬する複数のモードの光のうちいずれかの光が、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合すればよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、それぞれのコア１０は屈折率分布がリング型とされたが、コア１０は、径方向における屈折率が一定のステップ型の屈折率分布を有するものであっても良く、中心軸に向かうほど屈折率が高くなる屈折率分布を有するものであっても良い。
【００７７】
また、上記実施形態では、それぞれのコア１０はクラッド２０に直接囲まれる構成とされたが、コア１０とクラッド２０との間にクラッド２０よりも屈折率の低いトレンチ層が形成されていても良い。
【００７８】
また、第３実施形態、第４実施形態では、コア１０が７つの場合を示したが、コア１０が複数の光ファイバでは、コア１０が２以上であれば特に制限はない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上説明したように、本発明によれば、複数のモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバが提供され、光通信の分野において利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１〜４・・・光ファイバ
１０・・・コア（信号光伝搬コア）
１１・・・内側コア
１２・・・外側コア
２０・・・クラッド
３０・・・被覆層
４０・・・サイドコア
【図１】
0006738180.tif 000004
【図２】
0006738180.tif 000005
【図３】
0006738180.tif 000006
【図４】
0006738180.tif 000007
【図５】
0006738180.tif 000008
【図６】
0006738180.tif 000009
【図７】
0006738180.tif 000010