(57)【要約】  本実施形態は、曲げや捻れが少ない状態でも十分なモード結合を生じ得るＣＣ−ＭＣＦに関する。当該ＣＣ−ＭＣＦは、コア同士が直接または間接に接続された２本のファイバ部を備え、各ファイバ部は、モード結合係数が１（１／ｍ）以上となる隣り合ったコアの組を含む複数のコアを有する。また、各ファイバ部は、ファイバ端面を含む遷移区間と、該遷移区間に隣接する定常区間が設けられている。定常区間は、ファイバ長手方向に沿って各コアのＭＦＤが略一定している区間であって、遷移区間は、定常区間からファイバ端面に向かって各コアのＭＦＤが連続的に拡大している区間である。
2017195834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸線に沿って延びた複数のコアと、前記複数のコアを包囲する単一のクラッドと、前記単一のクラッドを包囲する被覆と、前記複数のコアそれぞれの一方の端面が配置された接続端面と、をそれぞれが有する第１および第２のファイバ部を備え、
前記第１のファイバ部における前記複数のコアの前記一方の端面は、前記第２のファイバ部における前記複数のコアの前記一方の端面とそれぞれ直接または間接に接続されており、
前記第１および第２のファイバ部それぞれにおいて、前記複数のコアは、モード結合係数が１［１／ｍ］以上になる隣接コアの組を含み、
前記第１および第２のファイバ部それぞれは、前記接続端面を含む遷移区間と、前記中心軸線に沿って前記遷移区間に隣接して配置された定常区間と、を有するとともに、前記定常区間は、前記複数のコアそれぞれのモードフィールド径が前記中心軸線に沿って略一定になっている区間であり、かつ、前記遷移区間は、前記複数のコアそれぞれのモードフィールド径が前記定常区間から前記接続端面に向けて連続的に拡大している区間である、
結合型マルチコア光ファイバ。
【請求項２】
前記第１および第２のファイバ部のうち少なくとも一方において、前記遷移区間の長さは、前記単一のクラッドの外径の３倍以上であり、かつ、前記遷移区間における前記複数のコアそれぞれの、前記接続端面での前記モードフィールド径は、前記定常区間における前記複数のコアそれぞれの前記モードフィールド径の１．５倍以上である、請求項１に記載の結合型マルチコア光ファイバ。
【請求項３】
第１のファイバ端面と、前記第１のファイバ端面に対向する第２のファイバ端面と、前記第１のファイバ端面から前記第２のファイバ端面に向かって延びた複数のコアと、前記複数のコアを包囲する単一のクラッドと、前記単一のクラッドを包囲する被覆と、を有し、前記複数のコアそれぞれが、前記第１のファイバ端面上に配置された一方の端面と、前記第２のファイバ端面上に配置された他方の端面と、を有する第３のファイバ部を更に備え、
前記第３のファイバ部において、前記複数のコアは、モード結合係数が１［１／ｍ］以上となる隣り合ったコアの組を含み、
前記第３のファイバ部における前記複数のコアの前記一方の端面は、前記第１のファイバ部における前記複数のコアの前記一方の端面とそれぞれ直接に接続され、
前記第３のファイバ部における前記複数のコアの前記他方の端面は、前記第２のファイバ部における前記複数のコアの前記一方の端面とそれぞれ直接に接続され、
前記第３のファイバ部における前記複数のコアそれぞれのモードフィールド径は、前記第１および第２のファイバ部それぞれにおける前記複数のコアそれぞれの、前記接続端面での前記モードフィールド径と略等しい、請求項１または２に記載の結合型マルチコア光ファイバ。
【請求項４】
前記第１〜第３のファイバ部それぞれにおいて、前記複数のコアそれぞれは、シリカガラスからなり、前記単一のクラッドは、フッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、前記被覆は、紫外線硬化性樹脂からなり、
前記第１および第２のファイバ部それぞれにおける前記遷移区間のフッ素分布は、前記中心軸線に沿って変化していることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の結合型マルチコア光ファイバ。
【請求項５】
前記遷移区間と前記遷移区間に隣接する前記定常区間の一部を含み、かつ、前記被覆の一部が除去された前記第１および第２のファイバ部それぞれの先端区間に配置された、紫外線硬化性樹脂からなる再被覆を更に有するとともに、２００ｋｇｆ以上の破断強度を有する請求項４に記載の結合型マルチコア光ファイバ。
【請求項６】
変調された光信号を出力する光送信器と、
前記光信号を受ける光受信器と、
前記光送信器と前記光受信器とを光学的に結合する、請求項１〜５の何れか一項に記載の結合型マルチコア光ファイバと、を備え、
前記結合型マルチコア光ファイバは、前記光信号を伝送するとともに前記光信号にモード結合を与え、
前記光受信器は、モード結合された前記光信号をコヒーレント検出し、ＭＩＭＯ信号処理によってモード結合する前の前記光信号を復元する、光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結合型マルチコア光ファイバおよびそれを含む光伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１，２には、結合型マルチコア光ファイバに関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０１１４８８６号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Tetsuya Hayashi, et al., “Coupled-Core Multi-Core Fibers: High-Spatial-Density Optical Transmission Fibers with Low Differential Modal Properties,” Proc. ECOC 2015, We.1.4.1 (2015)
【非特許文献２】Masanori Koshiba et al., “Multi-core fiber design and analysis: coupled-mode theory and coupled-power theory,”, Optics Express Vol. 19, No. 26, pp. B102-B111 (2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、従来の結合型マルチコア光ファイバについて検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、１本の光ファイバの中に複数のコアが設けられたマルチコア光ファイバ（以下、「ＭＣＦ：Multi Core Fiber」と記す）は、情報伝送量の空間密度を高め、地中管路や海底ケーブルなどの限られた通信路の断面積の利用効率を高める技術として期待される。中でも、複数のコアの間で導波モード結合させる結合型マルチコア光ファイバ（以下、「ＣＣ−ＭＣＦ：Coupled-Core Multi Core Fiber」と記す）によれば、コア間の距離が短いので、情報伝送量の空間密度をより高めることができる。【０００６】
ＣＣ−ＭＣＦにおいては、結合されたコアを伝搬した複数の導波モードの信号を区別するために、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）信号処理技術が必要となる。ＭＩＭＯ信号処理の計算量は、モード間の遅延時間差（ＤＭＤ：Differential Mode Delay）の増大とともに増大するが、コア間の結合の強さを適切に設定することにより、ＤＭＤの増大を抑制することが可能である。すなわち、コア間の結合の強さを適切に設定すれば、モード間の群速度の差を小さくできる。更に、光ファイバの実用時に生じる曲がりや捻れによってモード結合を生じさせすることでＤＭＤの蓄積をランダム化すれば、ＤＭＤの蓄積の速度をファイバ長の１乗に比例する値から１／２乗に比例する値まで低減できる。このようなＭＣＦは、モード結合型ＣＣ−ＭＣＦ（以下、「ＣＭ−ＣＣ−ＭＣＦ：Coupled-Mode Coupled-Core Multi Core Fiber」と記す）と呼ばれる（例えば、非特許文献１を参照）。ＣＭ−ＣＣ−ＭＣＦは、典型的には１［１／ｍ］以上のコア間モード結合係数、または、１０［１／ｋｍ］以上のコア間パワー結合係数を有する。【０００７】
しかしながら、ＣＣ−ＭＣＦをＣＭ−ＣＣ−ＭＣＦに適用するためには、実使用時に十分な曲げや捻れを発生させることによりモード結合を促進する必要がある。曲げや捻れが少ない状態でＣＣ−ＭＣＦが使用されると、モード結合が不十分となり、ＤＭＤが増大するという課題があった。【０００８】
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、曲げや捻れが少ない状態で使用された場合であっても十分なモード結合を生じさせることができるＣＣ−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】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ（結合型マルチコア光ファイバ）は、中心軸線に沿って延びた複数のコアと、複数のコアを包囲する単一のクラッドと、単一のクラッドを包囲する被覆と、複数のコアそれぞれの一方の端面が配置された接続端面と、をそれぞれが有する第１および第２のファイバ部を備える。また、第１のファイバ部における複数のコアの一方の端面は、第２のファイバ部における複数のコアの一方の端面とそれぞれ直接または間接に接続されている。特に、第１および第２のファイバ部は、何れも結合型マルチコア光ファイバであるため、以下、第１のファイバ部を第１のＣＣ−ＭＣＦと記すとともに、第２のファイバ部を第２のＣＣ−ＭＣＦと記す。これら第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれにおいて、複数のコアは、モード結合係数が１［１／ｍ］以上になる隣接コアの組を含む。更に、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれは、接続端面を含む遷移区間と、中心軸線に沿って該遷移区間に隣接配置された定常区間と、を有する。なお、定常区間は、複数のコアそれぞれのモードフィールド径（以下、「ＭＦＤ」と記す）が中心軸線に沿って略一定になっている区間であり、遷移区間は、複数のコアそれぞれのＭＦＤが定常区間から接続端面に向けて連続的に拡大している区間である。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦによれば、曲げや捻れが少ない状態で使用された場合であっても十分なモード結合を生じさせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】は、第１実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦの中心軸線に沿った断面構造を模式的に示す図である。
【図２】は、図１中のI-I線およびII-II線に沿った断面図であって、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦの種々の断面構造の例を示す図である。
【図３】は、第２実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦの中心軸線に沿った断面構造を模式的に示す図である。
【図４】は、図３中のIII-III線に沿った断面図であって、第２実施形態における第３のＣＣ−ＭＣＦの断面構造の例を示す図である。
【図５】は、第３実施形態に係る光伝送システムの構成を概略的に示す図である。
【図６】は、比較例に係るＣＣ−ＭＣＦの断面構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
【００１３】
（１）  本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ（結合型マルチコア光ファイバ）は、その一態様として、中心軸線に沿って延びた複数のコアと、複数のコアを包囲する単一のクラッドと、単一のクラッドを包囲する被覆と、複数のコアそれぞれの一方の端面が配置された接続端面と、をそれぞれが有する第１および第２のＣＣ−ＭＣＦ（第１および第２のファイバ部）を備える。また、第１のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの一方の端面は、第２のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの一方の端面とそれぞれ直接または間接に接続されている。これら第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれにおいて、複数のコアは、モード結合係数が１［１／ｍ］以上になる隣接コアの組を含む。更に、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれは、接続端面を含む遷移区間と、中心軸線に沿って該遷移区間に隣接配置された定常区間と、を有する。なお、定常区間は、複数のコアそれぞれのＭＦＤが中心軸線に沿って略一定になっている区間であり、遷移区間は、複数のコアそれぞれのＭＦＤが定常区間から接続端面に向けて連続的に拡大している区間である。
【００１４】
（２）本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦにおいて、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれが、接続端面を含む遷移区間を有する。遷移区間では、複数のコアそれぞれのＭＦＤが定常区間側から接続端面へ向けて拡大するように連続的に変化する。そのため、隣接するコア間のモードフィールドの重なりが増し、モード結合係数が定常区間側から接続端面に向けて連続的に増大する。そして、モード結合係数が連続的に増大することにより、強いモード結合が生じる。したがって、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦによれば、曲げや捻れが少ない状態で使用された場合であっても十分なモード結合を生じさせることができる。その結果、ＤＭＤの蓄積を遅らせ、ＤＭＤを低減することができる。
【００１５】
（３）  本実施形態の一態様として、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦのうち少なくとも一方において、遷移区間の長さは、クラッドの外径の３倍以上であるのが好ましい。これにより、モード不整合による伝送損失を低く抑えることができる。加えて、遷移区間における複数のコアそれぞれの、接続端面でのＭＦＤは、定常区間における複数のコアそれぞれのＭＦＤの１．５倍以上であるのが好ましい。これにより、十分な強さのモード結合を生じさせることができる。
【００１６】
（４）本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦは、その一態様として、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦの間に配置される第３のＣＣ−ＭＣＦを更に備えてもよい。この第３のＣＣ−ＭＣＦは、第１のファイバ端面と、該第１のファイバ端面に対向する第２のファイバ端面と、第１のファイバ端面から第２のファイバ端面に向かって延びた複数のコアと、複数のコアを包囲する単一のクラッドと、単一のクラッドを包囲する被覆と、を有する。また、複数のコアそれぞれは、第１のファイバ端面上に配置された一方の端面と、第２のファイバ端面上に配置された他方の端面と、を有する。第３のＣＣ−ＭＣＦにおいて、複数のコアは、モード結合係数が１［１／ｍ］以上となる隣り合ったコアの組を含む。第１〜第３のＣＣ−ＭＣＦを備えた構成において、第３のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの一方の端面は、第１のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの一方の端面とそれぞれ直接に接続される。また、第３のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの他方の端面は、第２のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアの一方の端面とそれぞれ直接に接続される。更に、第３のＣＣ−ＭＣＦにおける複数のコアそれぞれのＭＦＤは、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれにおける複数のコアそれぞれの、接続端面でのＭＦＤは、と略等しいのが好ましい。このような第３のＣＣ−ＭＣＦを介して第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれのコア同士が一対一に光学的に接続されることによって、モード不整合による伝送損失を低く抑えることができる。
【００１７】
（５）本実施形態の一態様として、第１〜第３のＣＣ−ＭＣＦそれぞれにおいて、複数のコアそれぞれは、シリカガラスからなり、単一のクラッドは、フッ素（Ｆ）が添加されたシリカガラスからなり、かつ、被覆は、紫外線硬化性樹脂からなるのが好ましい。また、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれの遷移区間におけるフッ素分布は、中心軸線に沿って変化している。更に、本実施形態の一態様として、第１および第２のＣＣ−ＭＣＦそれぞれの先端区間に、上述の被覆に替えて、紫外線硬化性樹脂からなる再被覆が設けられてもよく、この場合、当該ＣＣ−ＭＣＦは、２００ｋｇｆ以上の破断強度を有するのが好ましい。なお、先端区間とは、遷移区間と該遷移区間に隣接する定常区間の一部を含み、かつ、上述の被覆が除去された区間を意味する。
【００１８】
（６）本実施形態に係る光伝送システムは、光送信器と、光受信器と、上述のような構造を有するＣＣ−ＭＣＦ（本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ）と、を備えるのが好ましい。光送信器は、変調された光信号を出力する。光受信器は、光送信器から出力された光信号を受ける。本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦは、光送信器と光受信器とを光学的に結合する。特に、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦは、光信号を伝送するとともに光信号にモード結合を与える。また、光受信器は、モード結合された光信号をコヒーレント検出し、ＭＩＭＯ信号処理によってモード結合する前の前記光信号を復元する。
【００１９】
（７）このような光伝送システムによれば、上記種々の態様に係るＣＣ−ＭＣＦを備えることによって、長い距離を伝送してもＤＭＤの蓄積が低く抑えられ、光受信器におけるＭＩＭＯ信号処理の計算量が小さくなる。その結果、信号処理に伴う信号の遅延および消費電力が低減される。
【００２０】
以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
【００２１】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦおよび光伝送システムの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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る。また、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。なお、以下の説明において、個別のコアで定義される光学特性（各コアの光学特性）は、１つのコアに着目し、他のコアが存在しないと仮定した場合に生じる光学特性をいう。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａの中心軸線に沿った断面構造を模式的に示す図である。図２は、当該ＣＣ−ＭＣＦ１Ａを構成するＣＣ−ＭＣＦ１０、２０の中心軸線に垂直な断面の構成例を示す図である。図１に示されたように、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａは、第１のファイバ部に相当するＣＣ−ＭＣＦ１０（第１のＣＣ−ＭＣＦ）と、第２のファイバ部に相当するＣＣ−ＭＣＦ２０（第２のＣＣ−ＭＣＦ）とを備える。なお、図２は、図１中のI-I線およびII-II線に沿った、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の断面構造の種々の例を示す図であり、図１に示されたＣＣ−ＭＣＦ１０，２０それぞれは、タイプＡの断面構造を有する。
【００２３】
なお、ＣＣ−ＭＣＦ１０は、端面１０ａ（接続端面）を含む遷移区間１６と、中心軸線に沿って遷移区間１６に隣接配置された定常区間１５を有する。また、ＣＣ−ＭＣＦ２０は、端面２０ａ（接続端面）を含む遷移区間２６と、中心軸線に沿って遷移区間２６に隣接配置された定常区間２５を有する。定常区間１５，２５は、コア１１，２１それぞれのＭＦＤが中心軸線に沿って略一定になっている区間である。遷移区間１６，２６は、コア１１，２１それぞれのＭＦＤが中心軸線に沿って変化している区間である。以下の説明において、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０それぞれの構造について言及する場合には、遷移区間１６，２６が形成される前の状態、すなわち、定常区間１５，２５の構造を意味するものとする。
【００２４】
図２のタイプＡに示されたように、ＣＣ−ＭＣＦ１０は、中心軸線Ｃ１（当該ＣＣ−ＭＣＦ１０の断面中心を通過する線）を取り囲むように配置された複数のコア１１と、該複数のコア１１を包囲する単一のクラッド１２と、該単一のクラッド１２を包囲する被覆１３とを有する。同様に、ＣＣ−ＭＣＦ２０も、中心軸線Ｃ１を取り囲むように配置された複数のコア２１と、該複数のコア２１を包囲する単一のクラッド２２と、該単一のクラッド２２を包囲する被覆２３とを有する。複数のコア１１の配置と、複数のコア２１の配置とは互いに同一である。図２に示されたタイプＡは、クラッド１２（２２）にそれぞれが包囲された６個のコア１１（２１）が、中心軸線Ｃ１周りに略対称的に等角度間隔で配置されている例である。クラッド１２（２２）および被覆１３（２３）は、中心軸線Ｃ１を中心とする略同心円状に配置されている。なお、コアの数および配置は、上記の内容に限定されるものではなく、図２のタイプＢ〜Ｅに示されたように、コアの数は４〜７個であってもよく、中心軸線Ｃ１上にコア１１（２１）を有していてもよい。特に、中心軸線Ｃ１上にコア１１（２１）を有するタイプＣ〜Ｅの配置は、当該ＣＣ−ＭＣＦ１０、２０それぞれの中心軸を挟んで対向するコア間でのモード結合が強まり、モード間の光学特性の均一性を高まり、前述のＭＩＭＯ処理がより有効に作用するため好ましい。
【００２５】
コア１１，２１およびクラッド１２，２２は、ＧｅまたはＦが添加されたシリカガラスを主成分として構成される。特に、クラッド１２，２２には、Ｆが４０００ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ未満、より好ましくは８０００ｐｐｍ以上１６０００ｐｐｍ未満、添加されていることが好ましい。Ｆは拡散速度が速く、かつガラスの屈折率を下げる効果が大きい。そのため、光ファイバを加熱することによってＦを拡散させることでＭＦＤを効率的に変化させることが可能になる。なお、コア１１，２１およびクラッド１２，２２は、プリフォーム（preform）作成時の脱水工程で混入する塩素（Ｃｌ）を含有していてもよい。また、コア１１，２１およびクラッド１２，２２には、ガラスの粘性を下げる効果を有するＮａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｃａなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含有されてもよい。被覆１３，２３は、紫外線硬化性樹脂により構成されている。被覆１３，２３は、複数の層により構成されてもよい。例えば、クラッド１２，２２側（内側）の層が、外側の層（例えば最外層）よりも低いヤング率を有している構成では、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の外周に作用するランダムな外力のうちガラス部分（コア１１，２１およびクラッド１２，２２）に作用してマイクロベンドを生じさせる成分を減衰させることができる。また、外部から視認される被覆１３，２３の最外層が着色されることにより、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の識別を容易にすることができる。
【００２６】
ＣＣ−ＭＣＦ１Ａの定常区間１５，２５（遷移区間１６，２６の形成前のＣＣ−ＭＣＦ）において、コア１１，２１の直径は、例えば６μｍ以上１８μｍ以下である。これにより、個別のコア１１，２１において定義される基底モードを適切な強さで閉込めて伝搬させることができる。更に、ファイバ曲げにより高次モードを減衰させることで該高次モードの伝搬を防ぎ、結果、ＤＭＤの増大を防ぐことができる。クラッド１２，２２の外径は、例えば１２４μｍ以上１２６μｍ以下である。これにより、広く用いられている光コネクタへの接続が容易となる。被覆１３，２３の外径は、例えば２４０μｍ以上２６０μｍ以下である。これにより、実使用時に生じる断続的な微小な曲げ（マイクロベンド）による損失を低く抑えることができる。
【００２７】
隣接するコア同士の間隔（コア間隔）は好ましくはコア直径以上３０μｍ以下であり、ＣＣ−ＭＣＦ１０において隣接するコア１１間のモード結合係数、およびＣＣ−ＭＣＦ２０において隣接するコア２１間のモード結合係数は、共に１［１／ｍ］以上である。或いは、ＣＣ−ＭＣＦ１０において隣接するコア１１間のパワー結合係数、およびＣＣ−ＭＣＦ２０において隣接するコア２１間のパワー結合係数は、共に１０［１／ｋｍ］以上である。ここで、「コア間隔」とは、コア中心同士を結んだ線分の長さで規定される。また、隣接するコアとは、該当する組のコアの中心同士を結んだ線分が、他の何れの組のコアの中心同士を結んだ線分との交差しない（当該組の線分の両端以外において他の組の線分と接しない）ようなコアの組を指す。また、「モード結合係数」とは、あるモードが単位長さを伝搬する際に別のモードに結合する成分の複素振幅の比率である。より詳細には、非特許文献２に記載されているように、モード結合方程式の係数として定義される。本明細書では記述を簡潔にするために、隣接するコアにおける基底モード間のモード結合係数を、コア間のモード結合係数と呼ぶ。また、「パワー結合係数」とは、あるモードが単位長さを伝搬する際に別のモードに結合する成分のパワーの比率である。より詳細には、非特許文献２に記載されているように、パワー結合方程式の係数として定義される。本明細書では記述を簡潔にするために、隣接するコアにおける基底モード間のパワー結合係数を、コア間のパワー結合係数と呼ぶ。更に、コア１１，２１は中心軸線Ｃ１を中心として、中心軸線Ｃ１に沿って螺旋状に伸びてもよい。螺旋の周期は、例えば０．５（ｍ）以下である。これにより、モード結合を効率良く生じさせ、ＤＭＤの蓄積の速度をファイバ長の０．５〜０．７乗に比例する速度にまで低減することができる。
【００２８】
ＣＣ−ＭＣＦ１０の端面１０ａと、ＣＣ−ＭＣＦ２０の端面２０ａとは、中心軸線Ｃ１周りの角度が調整された状態で、例えば融着等によって互いに接続されている。これにより、端面１０ａにおける各コア１１と、端面２０ａにおける各コア２１とが互いに直接に接続される。このとき、ＣＣ−ＭＣＦ１０のコア１１の配置とＣＣ−ＭＣＦ２０のコア２１の配置は、製造のバラツキなどにより必ずしも厳密には一致しない場合がしばしば生じる。そのため、一対一に対応するコア同士の間での位置ズレ（コア中心のズレ）の絶対値の平均値が最小となるように、中心軸線周りの角度が調整された状態で２つのＣＣ−ＭＣＦ１０，２０が接続されることが好ましい。より好ましくは、位置ズレの絶対値の平均値が２μｍ以下、もしくは１μｍ以下であることが好ましい。なお、被覆１３，２３は、融着接続のために端面１０ａ，２０ａを含む所定長の区間において除去される。ただし、融着接続後、被覆１３，２３が除去された区間には紫外線硬化性樹脂からなる再被覆５が形成され、該再被覆５により融着接続部分が被覆される。更に、本実施形態において、融着接続部分を含む区間は、２００ｋｇｆ以上の破断強度を有していることが好ましい。これにより、本実施形態の接続されたＣＣ−ＭＣＦ１Ａを光ケーブルに用適用することが可能になる。そのような破断強度を確保するために、当該ＣＣ−ＭＣＦ１Ａは、２００ｋｇｆ以上の張力を０．１秒以上の時間に渡って印加するスクリーニングを経ていることが好ましい。
【００２９】
図１では、複数のコア１１および複数のコア２１のうち、各３本のコア１１，２１が示されている。図１に示されたように、ＣＣ−ＭＣＦ１０は、定常区間１５および遷移区間１６を有する。遷移区間１６は、端面１０ａを含み、定常区間１５と端面１０ａとの間に設けられた区間である。定常区間１５は、ＣＣ−ＭＣＦ１０の全区間のうち遷移区間１６を除く残りの区間である。定常区間１５では、コア１１それぞれのＭＦＤが中心軸線Ｃ１に沿って略一定である。
【００３０】
遷移区間１６では、コア１１それぞれのＭＦＤが、定常区間１５と同じ大きさから、端面１０ａに向けて連続的に拡大している。このようなＭＦＤの変化は、例えばコア１１の径が、定常区間１５と同じ大きさから端面１０ａに向けて次第に拡大することによって実現される。或いは、例えばコア１１の屈折率が、定常区間１５と同じ大きさから端面１０ａに向けて次第に小さくなることによって実現される。遷移区間１６の長さは、例えばクラッド１２の外径の３倍以上、１０倍以上、若しくは３０倍以上である。そして、コア１１それぞれのＭＦＤは、遷移区間１６の定常区間１５側の端から端面１０ａにかけて１．５倍以上（若しくは２倍以上）変化する。すなわち、端面１０ａ上におけるコア１１それぞれのＭＦＤは、定常区間１５におけるコア１１それぞれのＭＦＤの１．５倍以上となる。遷移区間１６では、コア１１それぞれのＭＦＤの拡大に伴って、隣り合うコア１１間でのモードフィールドの重なりが増大する。これにより、遷移区間１６では、モード結合係数が端面１０ａに向かって連続的に増大する。より好ましくは、遷移区間１６において、コア１１それぞれのＭＦＤの変化に係わらず、クラッド径は実質的に一定に保たれる。これにより、応力の集中や不十分な断面積に起因する当該ＣＣ−ＭＣＦ１Ａの破断強度の低下が防がれ、高い機械的信頼性が実現され得る。
【００３１】
ＣＣ−ＭＣＦ２０も同様に、定常区間２５および遷移区間２６を有する。遷移区間２６は、端面２０ａを含み、定常区間２５と端面２０ａとの間に設けられた区間である。定常区間２５は、ＣＣ−ＭＣＦ２０の全区間のうち遷移区間２６を除く残りの区間である。定常区間２５では、コア２１それぞれのＭＦＤが中心軸線Ｃ１に略一定である。
【００３２】
遷移区間２６では、コア２１それぞれのＭＦＤが、定常区間２５と同じ大きさから、端面２０ａに向けて連続的に拡大する。このようなＭＦＤの変化は、例えばコア２１の径が、定常区間２５と同じ大きさから端面２０ａに向けて次第に拡大することによって実現される。或いは、例えばコア２１の屈折率が、定常区間２５と同じ大きさから端面２０ａに向けて次第に小さくなることによって実現される。遷移区間２６の長さは、例えばクラッド２２の外径の３倍以上、１０倍以上、若しくは３０倍以上である。そして、コア２１それぞれのＭＦＤは、遷移区間２６の定常区間２５側の端から端面２０ａにかけて１．５倍以上（若しくは２倍以上）変化する。すなわち、端面２０ａ上におけるコア２１それぞれのＭＦＤは、定常区間２５におけるコア２１それぞれのＭＦＤの１．５倍以上となる。遷移区間２６では、コア２１それぞれのＭＦＤの拡大に伴って、隣り合うコア２１間でのモードフィールドの重なりが増大する。これにより、モード結合係数が端面２０ａに向かって連続的に増大する。
【００３３】
なお、コア１１，２１それぞれの径を端面１０ａ，２０ａに近づくに従って次第に拡大する方法としては、例えば光ファイバの屈折率分布を形成するために光ファイバに添加されているＧｅやＦなどのドーパントを、プロパンなどの可燃性ガスの火炎を用いて熱的に拡散させる方法が有効である。このような方法および方法を実現する装置は特許文献１に開示されている。また、コア１１，２１それぞれの屈折率を端面１０ａ，２０ａに近づくに従って次第に小さくする方法としても、上述のＧｅやＦなどのドーパントを熱的に拡散させる方法を有効に用いることができる。より好ましくは、クラッド１２，２２に添加されたＦがコア１１，２１に拡散することで、上記のコア径および／または屈折率の変化が実現される。Ｇｅや他の元素に比べて拡散速度が速いＦの拡散を利用することで加える熱量を低減し、当該ＣＣ−ＭＣＦ１Ａの生産性と安全性を高めることができる。
【００３４】
次に、上述の本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａによって得られる効果について説明する。図６は、比較例に係るＣＣ−ＭＣＦ１００の断面構造を示す模式図である。ＣＣ−ＭＣＦ１００は、ＣＣ−ＭＣＦ１１０，１２０を備える。ＣＣ−ＭＣＦ１１０は複数のコア１１１を有する。ＣＣ−ＭＣＦ１２０は複数のコア１２１を有する。
【００３５】
ＣＣ−ＭＣＦ１００と本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａとの相違点は、ＣＣ−ＭＣＦ１１０，１２０が遷移区間を有していない点である。すなわち、ＣＣ−ＭＣＦ１１０の全区間において、コア１１１それぞれのＭＦＤは中心軸線Ｃ１に沿って略一定である。同様に、ＣＣ−ＭＣＦ１２０の全区間においても、コア１２１それぞれのＭＦＤは中心軸線Ｃ１に沿って略一定である。なお、これ以外のＣＣ−ＭＣＦ１００の構成は、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａと同様である。
【００３６】
上述のような構造を有するＣＣ−ＭＣＦ１００では、コア１１１においてモードＭ１〜Ｍ３がそれぞれ伝搬する。これらモードＭ１〜Ｍ３は、ＣＣ−ＭＣＦ１１０とＣＣ−ＭＣＦ１２０との境界面を経てコア１２１にそれぞれ入射し、コア１２１においてそれぞれ伝搬する。モードＭ１〜Ｍ３は、ＣＣ−ＭＣＦ１１０，１２０が本来有する捻れや、実使用時に生じる曲げや捻れによって互いに結合する。すなわち、モードＭ１〜Ｍ３間にモード結合Ｍａが生じる。これにより、ＣＣ−ＭＣＦ１００がＣＭ−ＣＣ−ＭＣＦとしての機能を有することになる。このとき、ＤＭＤの蓄積がランダム化され、ＤＭＤの蓄積の速度が低減され得る。しかしながら、ＣＣ−ＭＣＦ１００の場合、実使用時に十分な曲げや捻れが発生しなければ、十分なモード結合が得られないことがある。
【００３７】
これに対し、本実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ａにおいては、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０が、端面１０ａ，２０ａに隣接する遷移区間１６，２６を有する。遷移区間１６，２６では、コア１１，２１それぞれのＭＦＤが端面１０ａ，２０ａに近づくに従って連続的に拡大する。これにより、隣接するコア間のモードフィールドの重なりが増し、モード結合係数が端面１０ａ，２０ａに向けて連続的に増大する。そして、モード結合係数が連続的に増大することにより、強いモード結合Ｍｂが生じる。従って、本実施形態のＣＣ−ＭＣＦ１Ａによれば、曲げや捻れが少ない状態で使用された場合であっても十分なモード結合を生じさせ、ＣＭ−ＣＣ−ＭＣＦを実現することができる。これにより、ＤＭＤの蓄積を更に遅らせ、ＤＭＤをより効果的に低減することができる。更に、中心軸線Ｃ１に沿ったモード不整合に伴う伝送損失を低減することができる。特に、隣接するコア間のモードフィールドの重なりで規定されるクロストークが、１つの遷移区間あたり−４０ｄＢ以上、より好ましくは−３０ｄＢ以上であることが好ましい。また、遷移区間は１０ｋｍ以上１００ｋｍ以下に１回の頻度で存在することが好ましい。これにより、１０００ｋｍから１００００ｋｍの長距離伝送（long-haul transmission）において、モードが十分に結合され、モード間の光学特性の均一性が高められる。
【００３８】
また、本実施形態のように、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の遷移区間１６，２６の長さは、クラッド１２，２２の外径の３倍以上、１０倍以上、若しくは３０倍以上であってもよい。これにより、モード不整合による伝送損失を低く抑えることができる。また、個別のコア１１，２１において定義されるモードフィールド径は、遷移区間１６，２６において１．５倍以上、若しくは２倍以上変化してもよい。これにより、十分な強さのモード結合Ｍｂを生じさせることができる。
【００３９】
また、上述のように、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の間の融着接続部は再被覆５によって被覆される。再被覆５が柔軟な樹脂により形成されることによって、遷移区間１６、２６を屈曲可能とすることができる。屈曲を加えることにより、遷移区間１６、２６における強いモード結合Ｍｂが更に強められ、ＤＭＤが更に低減される。
【００４０】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ｂの中心軸線に沿った断面構造を模式的に示す図である。図４は、ＣＣ−ＭＣＦ１Ｂを構成するＣＣ−ＭＣＦ３０の中心軸線に垂直な断面構造の例を示す図である。図３に示されたように、第２実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１Ｂは、第１実施形態に係るＣＣ−ＭＣＦ１０，２０に加えて、第３のファイバ部に相当するＣＣ−ＭＣＦ３０（第３のＣＣ−ＭＣＦ）を更に備える。なお、図４は、図３中のIII-III線に沿ったＣＣ−ＭＣＦ３０の断面構造の例を示す図であり、ＣＣ−ＭＣＦ１０、２０それぞれの断面構造（図２のタイプＡ）に対応した断面構造を示す。
【００４１】
図４に示されたように、ＣＣ−ＭＣＦ３０は、複数のコア３１と、該複数のコア３１を包囲する単一のクラッド３２と、該単一のクラッド３２を包囲する被覆３３とを有する。複数のコア３１の配置は、ＣＣ−ＭＣＦ１０の複数のコア１１、およびＣＣ−ＭＣＦ２０の複数のコア２１の配置と同一である。図４の例では、図２に示されたタイプＡに対応して６個のコア３１が、中心軸線Ｃ１周りに略対称的に等角度間隔で配置されている。クラッド３２および被覆３３は、略同心円状に配置されている。コア３１およびクラッド３２の構成材料は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０のコア１１，２１およびクラッド１２，２２と同様である。被覆３３の構成材料は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の被覆１３，２３と同様である。
【００４２】
コア３１の直径は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の定常区間１５，２５でのコア１１，２１の直径よりも大きい。なお、図３の例では、コア３１の直径は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の端面１０ａ，２０ａにおけるコア１１，２１の直径と略等しい。コア３１それぞれのＭＦＤは、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の定常区間１５，２５におけるコア１１，２１それぞれのＭＦＤの１．５倍以上（より好ましくは２倍以上）である。なお、図３の例では、コア３１それぞれのＭＦＤは、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０におけるコア１１，２１それぞれの、端面１０ａ，２０ａでのＭＦＤと略等しい。ＣＣ−ＭＣＦ３０において隣接するコア３１間のモード結合係数は１［１／ｍ］以上であり、定常区間１５，２５におけるコア１１間およびコア２１間のモード結合係数よりも大きい。或いは、ＣＣ−ＭＣＦ３０において隣接するコア３１間のパワー結合係数は１０［１／ｋｍ］以上であり、定常区間１５，２５におけるコア１１間およびコア２１間のパワー結合係数よりも大きい。一例では、コア３１間のモード結合係数（若しくはパワー結合係数）は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の端面１０ａ，２０ａにおけるコア１１間、コア２１間のモード結合係数（若しくはパワー結合係数）と略等しい。
【００４３】
クラッド３２の外径は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０のクラッド１２，２２の外径と等しい。被覆３３の外径は、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の被覆１３，２３の外径と等しい。
【００４４】
ＣＣ−ＭＣＦ１０の端面１０ａ（接続端面）は、ＣＣ−ＭＣＦ３０の端面３０ａ（第１のファイバ端面）と接続され、ＣＣ−ＭＣＦ２０の端面２０ａ（接続端面）は、ＣＣ−ＭＣＦ３０の端面３０ｂ（第２のファイバ端面）と接続されている。これにより、端面１０ａにおけるコア１１と、端面２０ａにおけるコア２１とが、ＣＣ−ＭＣＦ３０のコア３１を介してそれぞれ間接的に接続される。すなわち、ＣＣ−ＭＣＦ３０を介して、コア１１とコア２１が一対一に光学的に接続されている。
【００４５】
ＣＣ−ＭＣＦ３０の端面３０ａと、ＣＣ−ＭＣＦ１０の端面１０ａとは、中心軸線Ｃ１周りの角度が調整された状態で、例えば融着等によって互いに接続されている。これにより、端面３０ａにおけるコア３１と、端面１０ａにおけるコア１１とがそれぞれ互いに直接に接続される。なお、被覆１３，３３は、融着接続のために端面１０ａ，３０ａを含む所定長の区間において除去される。ただし、融着接続後、被覆１３，３３が除去された区間には紫外線硬化性樹脂からなる再被覆５ａが形成され、該再被覆５ａにより融着接続部分が被覆される。
【００４６】
また、ＣＣ−ＭＣＦ３０の端面３０ｂと、ＣＣ−ＭＣＦ２０の端面２０ａとは、中心軸線Ｃ１周りの角度が調整された状態で、例えば融着等によって互いに接続されている。これにより、端面３０ｂにおけるコア３１と、端面２０ａにおけるコア２１とがそれぞれ互いに直接に接続される。なお、被覆２３，３３は、融着接続のために端面３０ｂおよび端面２０ａを含む所定長の区間において除去される。ただし、融着接続後、被覆２３，３３が除去された区間には再被覆５ｂが形成され、該再被覆５ｂにより融着接続部分が被覆される。
【００４７】
上述のような構造を有するＣＣ−ＭＣＦ１Ｂでは、第１実施形態と同様に、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の定常区間１５，２５においてモードＭ１〜Ｍ３間のモード結合Ｍａが生じ、遷移区間１６，２６において更に強いモード結合Ｍｂが生じる。加えて、本実施形態では、ＣＣ−ＭＣＦ３０においてモードＭ１〜Ｍ３間に更に強いモード結合Ｍｃが生じる。これにより、遷移区間１６、ＣＣ−ＭＣＦ３０、および遷移区間２６の間にほぼ完全なモード結合が生じることになる。したがって、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０が有するコア間の群遅延差や伝送損失差を全てのモードに分散させ、コアの特性のばらつきの影響を低減することができる。また、ＣＣ−ＭＣＦ３０が、ＣＣ−ＭＣＦ１０，２０の端面１０ａ，２０ａにおけて拡大されたＭＦＤおよびモード結合係数と同等のＭＦＤおよびモード結合係数を有することにより、モード不整合による伝送損失を低く抑えることができる。
【００４８】
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に遷移区間１６、２６が屈曲可能なように再被覆５ａ，５ｂが形成されることにより、モード結合をより強め、ＤＭＤを更に低減することができる。
【００４９】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る光伝送システム７の構成を概略的に示す図である。図５に示されたように、この光伝送システム７は、光送信器７１、光増幅器７２、光受信器７３、およびＣＣ−ＭＣＦ１Ｃを備える。光送信器７１は、変調された光信号Ｌａを出力する。光増幅器７２は、この光信号Ｌａを増幅する。例えば、光増幅器７２は、エルビウムが添加されたシリカガラスに励起光を入力して反転分布を形成することにより、導波される複数のモードの光を増幅する。
【００５０】
ＣＣ−ＭＣＦ１Ｃは、光増幅器７２を介して、光送信器７１と光受信器７３とを光学的に結合する。なお、図５の例では、ＣＣ−ＭＣＦ１Ｃは、第２実施形態に係る２本のＣＣ−ＭＣＦ１Ｂを含む。一方のＣＣ−ＭＣＦ１Ｂは、光送信器７１と光増幅器７２とを光学的に結合し、光送信器７１から出力された光信号Ｌａをモード結合させながら光増幅器７２へ伝搬させる。他方のＣＣ−ＭＣＦ１Ｂは、光増幅器７２と光受信器７３とを光学的に結合し、光増幅器７２から出力された増幅後の光信号Ｌａを更にモード結合させながら光受信器７３へ伝搬させる。
【００５１】
光受信器７３は、増幅された光信号Ｌａを受ける。例えば、光受信器７３は、モード結合された光信号Ｌａと、略等しい光周波数を有する局部発信光とを干渉させてコヒーレント検出を行い、デジタル信号処理によって分散および非線形歪みの影響を補正するとともに、ＭＩＭＯ信号処理によってモード結合する前の光信号Ｌａを復元する。
【００５２】
本実施形態に係る光伝送システム７によれば、ＣＣ−ＭＣＦ１Ｃを備えることによって、長い距離を伝送してもＤＭＤの蓄積が低く抑えられ、光受信器７３におけるＭＩＭＯ信号処理の計算量が小さくなる。その結果、信号処理に伴う信号の遅延および消費電力が低減される。なお、ＣＣ−ＭＣＦ１Ｃは、少なくとも一方のＣＣ−ＭＣＦ１Ｂに代えて、第１実施形態のＣＣ−ＭＣＦ１Ａを含んでもよい。
【００５３】
本発明に係る結合型マルチコア光ファイバは、上述の実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上述の実施形態それぞれを、必要な目的および効果に応じて互いに組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１Ａ〜１Ｃ…ＣＣ−ＭＣＦ、５，５ａ，５ｂ…再被覆、７…光伝送システム、１０…第１のＣＣ−ＭＣＦ、１１，２１，３１…コア、１２，２２，３２…クラッド、１３，２３，３３…被覆、１５，２５…定常区間、１６，２６…遷移区間、２０…第２のＣＣ−ＭＣＦ、３０…第３のＣＣ−ＭＣＦ、７１…光送信器、７２…光増幅器、７３…光受信器、Ｃ１…中心軸線、Ｌａ…光信号、Ｍ１〜Ｍ３…モード、Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ…モード結合。
【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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【国際調査報告】
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