特許 5986594 光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5986594

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】光デバイス

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20160823BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20160823BHJP

   G02B 6/04 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/02 461

   G02B6/02 411

   G02B6/036 301

   G02B6/04 B

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-26624(P2014-26624)

(22)【出願日】2014年2月14日

(65)【公開番号】特開2015-152774(P2015-152774A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2014年12月24日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度、独立行政法人情報通信研究機構、「高度通信・放送研究開発委託研究／革新的光通信インフラの研究開発」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】100143764

【弁理士】

【氏名又は名称】森村 靖男

(74)【代理人】

【識別番号】100129296

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 博昭

(72)【発明者】

【氏名】植村 仁

(72)【発明者】

【氏名】竹永 勝宏

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 晋聖

【審査官】 奥村 政人

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５２２６７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１６１８０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１２−５２４３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／００− ６／５４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内側コアと前記内側コアの外周面を隙間なく包囲する外側コアとから成る複数のコアと、
前記コアの外周面を隙間なく包囲し前記外側コアの屈折率より低い屈折率とされるクラッドと、
を備え、
それぞれの前記コアは、長手方向の一方側から他方側に向かって縮径されるテーパ部を有し、
それぞれの前記内側コアは、低屈折率部と、前記低屈折率部の外周面を隙間なく包囲し前記低屈折率部の屈折率よりも高い屈折率とされる高屈折率部とから成り、
前記外側コアは、前記高屈折率部より低い屈折率とされ、
前記低屈折率部は、前記外側コアの屈折率以下の屈折率とされ、
前記低屈折率部は、前記クラッドの屈折率と等しい屈折率とされ、
前記内側コアの半径をｒ_１とし、前記外側コアの外周の半径をｒ_２とし、前記低屈折率部の直径をｄとし、前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ_１とし、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ_２とし、前記コアの縮径後の直径を１とする場合における縮径前の直径をＲとする場合に、以下の式を満たす
ことを特徴とする光デバイス。

【数1】

【請求項2】

前記コアの縮径後の直径を１とする場合における縮径前の直径が３から５とされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。

【請求項3】

下記式を満たす
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光デバイス。
０．３＜ｄ／２ｒ_１＜０．６

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光デバイスに関し、複数のモードの光を入出力させ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】

マルチコアファイバに対する光の入出力を行う光デバイスとして、例えば下記特許文献１に開示されたものがある。この光デバイスは、キャピラリに形成される複数の空孔のそれぞれに単芯の光ファイバを一体化させると共に延伸することで作製されており、当該光ファイバが一端側から他端側に向かって縮径されている。また、それぞれの光ファイバは、コアが内側コアと内側コアを隙間なく包囲する外側コアとから成る二重の構造とされており、内側コアの屈折率が外側コアの屈折率よりも高くされ、クラッドの屈折率は外側コアよりも低い屈折率とされる。また、縮径されていない上記一端側では、内側コアをシングルモードの光が伝搬し易いように内側コアの直径及び内側コアと外側コアとの屈折率差が設定され、縮径された上記他端側では、光が外側コアまで広がって内側コアと外側コアとを合わせたコアをシングルモードの光を伝搬し易いよう外側コアの外径及び外側コアとクラッドとの屈折率差が設定される。

【0005】

この光デバイスにおいては、それぞれの光ファイバの一端側から他端側に伝搬するシングルモードの光は、一端側において内側コアを伝搬するが、縮径により内側コアが所定の直径よりも小さくなると、内側コアから外側コアへの光の染み出しが大きくなる。このため内側コアが所定の直径よりも小さくなってからは、光は外側コアまで広がって内側コアと外側コアとを合わせたコアを伝搬する。このためこの光デバイスでは、光ファイバ間の距離が小さくされるにもかかわらず、それぞれの光ファイバを伝搬する光のモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）の変化が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特表２０１３−５２２６７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１に記載の光デバイスは、シングルモードの光を伝搬することが前提とされている。従って、この光デバイスは、シングルモードの光が上記のように伝搬するように内側コアや外側コアの屈折率や径といった条件が設定される。

【0008】

ところで、光通信では、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モードの光に情報を重畳させて情報通信を行う多モード通信が知られている。そこで、上記特許文献１のようにコアを二重とする構成において、多モードの光を伝搬させるためにコア径を大きくする場合に、光の損失が大きくなる場合があることが本発明者等により見出された。

【0009】

この原因は、次の様に考えられる。ＬＰ０１モードの光は、コアの中心に強度のピークがあり、コアの外周に向かうにつれて小さくなる。従って、ＬＰ０１モードの光の強度は、コアの中心以外にピークが存在しない。一方、高次モードの光の強度は、コアの中心以外にピークが存在する。例えば、奇モードの光の強度は、コアの中心でゼロであり、コアの中心以外にピークが存在する。また例えば、ＬＰ０１モード以外の偶モードの光の強度は、コアの中心にピークが存在するが、コアの中心以外にもピークが存在する。このため、上記光デバイスを伝搬するＬＰ０１モードの光は、縮径により内側コアの直径が小さくなる場合であっても、内側コアを伝搬する傾向がある。その一方、高次モードの光は、コアの中心以外に強度のピークを有するため、ＬＰ０１モードの光が内側コアを伝搬するような条件であっても、内側コアのみを伝搬することができずに外側コアまで広がって、内側コアと外側コアとを合わせたコアを伝搬する傾向がある。このため、光デバイスの縮径されていない一方側から多モードの光を入射する場合、縮径されている他方側から、ＬＰ０１モードの光が内側コアを伝搬する状態で出射し、高次モードの光が内側コアと外側コアとを合わせたコアを伝搬する状態で出射する場合がある。この場合、他方側ではコアが縮径されているため、ＬＰ０１モードの光のモードフィールド径は、高次モードの光のモードフィールド径と比べて小さくなる。

【0010】

このようにＬＰ０１モードの光のモードフィールド径とＬＰ１１モードの光のモードフィールド径とが異なる出射光が光デバイスに接続されるマルチコアファイバに入射すると、入射後に少なくとも一方のモードの光のモードフィールド径が急激に変わり光の損失が大きくなり易い。

【0011】

そこで、本発明は、光の損失を抑制することができる光デバイス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】

【0012】

かかる課題を解決するため本発明の光デバイスは、内側コアと前記内側コアの外周面を隙間なく包囲する外側コアとから成る複数のコアと、前記コアの外周面を隙間なく包囲し前記外側コアの屈折率より低い屈折率とされるクラッドと、を備え、それぞれの前記コアは、長手方向の一方側から他方側に向かって縮径されるテーパ部を有し、それぞれの前記内側コアは、低屈折率部と、前記低屈折率部の外周面を隙間なく包囲し前記低屈折率部の屈折率よりも高い屈折率とされる高屈折率部とから成り、前記外側コアは、前記高屈折率部より低い屈折率とされることを特徴とするものである。

【0013】

この光デバイスでは、それぞれのコアの縮径されていない一方側から縮径されている他方側へ伝搬する光は、内側コアを伝搬し、テーパ部の途中から外側コアまで広がって内側コアと外側コアとを合わせたコア全体を伝搬する。このとき内側コアの屈折率の構成は、低屈折率部が高屈折率部によって包囲される構成とされるため、コアの屈折率が一様である場合と比べてＬＰ０１モードの光の強度分布がコアの外周方向へ広がり易い。従って、ＬＰ０１モードの光が、コアの縮径に伴い、内側コアを伝搬する状態から内側コアと外側コアとを合わせたコア全体を伝搬する状態に移行し易くすることができる。また、他のモードの光もコアの縮径に伴い、内側コアを伝搬する状態から内側コアと外側コアとを合わせたコア全体を伝搬する状態に移行することができる。こうして、コアが縮径された状態でＬＰ０１モードの光が内側コア内に留まることを抑制して、それぞれのモードの光のモードフィールド径が大きく異なった状態で光が出射することを抑制することができ、光の損失を抑制することができる。

【0014】

また、前記低屈折率部は、前記高屈折率部の屈折率と外側コアの屈折率との間の屈折率とされることとしても良い。

【0015】

また、前記低屈折率部は、前記外側コアの屈折率以下の屈折率とされることとしても良い。

【0016】

この場合、前記低屈折率部は、前記外側コアの屈折率と等しい屈折率とされることが好ましい。この場合、低屈折率部の屈折率が外側コアの屈折率と異なる場合と比べて、コアの屈折分布が一定となる状態に近づけることができる。

【0017】

また、前記低屈折率部は、前記外側コアの屈折率とクラッドの屈折率との間の屈折率とされることとしても良い。

【0018】

また、前記低屈折率部は、前記クラッドの屈折率以下の屈折率とされることとしても良い。

【0019】

また、前記低屈折率部は、前記クラッドの屈折率と等しい屈折率とされることとしても良い。このような構成において、クラッド屈折率が純粋石英レベルの場合、前期低屈折率部は石英に添加物を入れないことで作製できるため、屈折率の制御、およびガラスの作製が容易となる。

【0020】

この場合、前記内側コアの半径をｒ_１とし、前記外側コアの外周の半径をｒ_２とし、前記低屈折率部の直径をｄとし、前記内側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ_１とし、前記外側コアの前記クラッドに対する比屈折率差をΔ_２とし、前記コアの縮径後の直径を１とする場合における縮径前の直径をＲとする場合に、以下の式を満たすことが好ましい。

【数1】

【0021】

本発明者等は、光デバイスが上記条件を満たすことで、ＬＰ０１モードの光のモードフィールド径が入射側と出射側とで略同じとなり、かつ、ＬＰ１１モードの光のモードフィールド径が入射側と出射側とで略同じとなることを見出した。従って、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とで多モード通信を行う際に、光のモードフィールド径の管理が容易となり、これらのモードの光を用いた多モード通信を容易に行うことができる。

【0022】

また、前記コアの縮径後の直径を１とする場合における縮径前の直径が３から５とされることが好ましい。

【発明の効果】

【0023】

以上のように本発明によれば、光の損失を抑制することができる光デバイスが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】第１実施形態における光デバイスを示す図である。

【図2】大径部及び小径部における光デバイスの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図3】中継ファイバのコアをＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が伝搬する様子を示す図である。

【図4】第２実施形態における光デバイスを示す図である。

【図5】図４の光デバイスの長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図6】実施例１における外側コアの比屈折率差Δ_２と半径ｒ_２との関係を示す図である。

【図7】実施例２における外側コアの比屈折率差Δ_２と半径ｒ_２との関係を示す図である。

【図8】実施例３における外側コアの比屈折率差Δ_２と半径ｒ_２との関係を示す図である。

【図9】実施例４における外側コアの比屈折率差Δ_２と半径ｒ_２との関係を示す図である。

【図10】比較例１における外側コアの比屈折率差Δ_２と半径ｒ_２との関係を示す図である。

【図11】高屈折率部の屈折率差体積Ｖ_１と外側コアの比屈折率差体積Ｖ_２との関係を示す図である。

【図12】屈折率差体積Ｖ_１を延伸比Ｒで除した値と比屈折率差体積Ｖ_２との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本発明に係る光デバイス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。

【0026】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における光デバイスを示す図である。図１に示すように、本実施形態の光デバイス１は、複数の中継ファイバ１０と、キャピラリ２０とを主な構成要素として備える。なお、本例では中継ファイバ１０の数が７本とされる。

【0027】

中継ファイバ１０は、キャピラリ２０の一端から他端までキャピラリ２０内に挿入されており、中継ファイバ１０とキャピラリ２０とが隙間なく一体とされている。また、中継ファイバ１０におけるキャピラリ２０内に挿入されていない部分は露出している。

【0028】

キャピラリ２０は、断面の形状が円形とされ、長手方向に沿って大径部２１とテーパ部２２と小径部２３とが形成されている。このような形状は次の様に形成される。まず、挿入される中継ファイバ１０の数と同様の貫通孔が形成され、太さが一定のキャピラリを準備して、中継ファイバ１０がそれぞれの貫通孔に個別に挿入される。その後、加熱によりキャピラリと中継ファイバ１０とが一体とされて、キャピラリと中継ファイバとの一体物が溶融延伸される。この延伸によりテーパ部２２と小径部２３とが形成される。従って、キャピラリ２０のテーパ部２２内ではそれぞれの中継ファイバ１０もキャピラリ２０の縮径に伴い縮径しており、小径部２３内ではそれぞれの中継ファイバ１０も小径化している。

【0029】

図２は、光デバイス１のキャピラリ２０含む位置における長さ方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図２の（Ａ）は当該断面における構造の様子を示し、図２（Ｂ）は当該断面におけるＸ−Ｘ線での屈折率分布の様子を示す。なお、本例の場合、キャピラリ２０の外径と中継ファイバ１０の外径との比は、キャピラリの長手方向に垂直な断面であれば、大径部２１、テーパ部２２、小径部２３の何れであっても同じである。従って、キャピラリ２０のどの位置における断面図かは特定する必要がない。

【0030】

上記のように本実施形態の中継ファイバ１０の数は７本とされ、１本の中継ファイバ１０がキャピラリ２０の中心に配置され、当該中心に配置された中継ファイバ１０の周囲に６本の中継ファイバ１０が配置される。この状態で、それぞれの中継ファイバ１０の中心を結ぶ線が三角格子状とされ、それぞれの中継ファイバ１０の中心間距離は等しくされる。

【0031】

図１、図２（Ａ）に示すように、それぞれの中継ファイバ１０は、コア１３とコア１３の外周面を隙間なく包囲するクラッド１５とを有する単芯の光ファイバであり、コア１３は、内側コア１１と外側コア１２とから成る。また、図１では省略しているが、中継ファイバ１０の内側コア１１は、中心に位置する低屈折率部１１ａと低屈折率部１１ａの外周面を隙間なく包囲する高屈折率部１１ｂとから成る。また、上記のようにキャピラリ２０の外径に対するそれぞれの中継ファイバ１０の直径の比率は、大径部２１、テーパ部２２及び小径部２３の何れであっても変わらない。従って、それぞれの中継ファイバ１０はテーパ部２２において大径部２１側から小径部２３側に向かって縮径されている。このため、中継ファイバ１０のコア１３を構成する低屈折率部１１ａ、高屈折率部１１ｂ、外側コア１２及びクラッド１５は、それぞれの径の比率が維持されたまま大径部２１側から小径部２３側に向かって縮径されている。

【0032】

また、図２（Ｂ）に示すように、高屈折率部１１ｂの屈折率は低屈折率部１１ａの屈折率よりも高くされる。外側コア１２の屈折率は高屈折率部１１ｂの屈折率よりも低くされる。クラッド１５の屈折率は、外側コアの屈折率よりも低くされる。また、本実施形態では、低屈折率部１１ａはクラッド１５の屈折率が同じ屈折率とされ、キャピラリ２０の屈折率は、クラッド１５の屈折率と同等とされる。

【0033】

なお、本実施形態では、低屈折率部１１ａの直径がｄで示され、内側コア１１の直径（高屈折率部１１ｂの外径）が２ｒ_１とされ、コア１３の直径（外側コア１２の外径）が２ｒ_２とされる。また、高屈折率部１１ｂのクラッド１５に対する比屈折率差がΔ_１とされ、外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差がΔ_２とされる。

【0034】

ところで、一般的な光ファイバのクラッドの外径は１２５μｍである、一方、一般的なマルチコアファイバのコア間距離は３０μｍ〜５０μｍ程度である。そこで、大径部２１では中継ファイバ１０の外径が一般的な光ファイバの外径と同等となり、小径部２３ではコア間距離が一般的なマルチコアファイバのコア間距離とされることが好ましい。また、縮径前におけるキャピラリ２０の貫通孔間の壁厚は、強度を確保しながら小型化する観点から通常１０μｍ〜２５μｍとなることが好ましい。そうすると、縮径後である小径部２３のキャピラリ２０の外径を１とする場合に縮径前である大径部２１のキャピラリ２０の外径、すなわち大径部２１と小径部２３との延伸比は、（１２５＋（１０〜２５））／（３０〜５０）＝３〜５とされることが好ましい。なお、この延伸比は、コア１３の延伸比と同じになる。

【0035】

このような光デバイス１のそれぞれのコア１３には次のように光が伝搬する。図３は、それぞれの中継ファイバ１０のコア１３をＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が伝搬する様子を示す図である。具体的には図３（Ａ）は大径部２１側と小径部２３側のコア１３の様子を示し、図３（Ｂ）は、大径部２１側と小径部２３側におけるＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光の電界の様子を示している。

【0036】

図３に示すように中継ファイバ１０が縮径されていない大径部２１においては、外側コア１２が内側コア１１に対するクラッドとして機能し、それぞれのモードの光は、内側コア１１を伝搬する。このように光が伝搬するには、例えば、光の波長が１５５０ｎｍである場合に、高屈折率部１１ｂのクラッド１５に対する比屈折率差Δ_１が１．８２とされ、外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_２が１．１１とされ、低屈折率部１１ａの直径ｄが４．２２μｍとされ、大径部２１における内側コア１１の直径２ｒ_１が８．４４μｍとされれば良い。

【0037】

内側コア１１を伝搬する光が大径部２１側から小径部２３側に進むと、テーパ部２２において、コア１３が縮径する。このため、内側コア１１を伝搬するそれぞれのモードの光は、内側コア１１から外側コア１２への光の染み出しが大きくなる。従って、小径部２３側においては、それぞれの光が外側コア１２まで広がって、内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３全体を伝搬する。ただし、ＬＰ０１モードの光とＬＰ１１モードの光とがテーパ部２２の同じ場所において外側コア１２まで広がるわけではなく、少なくとも小径部２３に達するまでにそれぞれのモードの光が外側コア１２まで広がって、内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３を伝搬するのである。このように光が伝搬するには、例えば、上記のように光の波長が１５５０ｎｍである場合に、外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差は上記と同様であるので、小径部２３におけるコア１３の直径２ｒ_２が３．９３μｍとされれば良い。

【0038】

ところで、ＬＰ１１モードの光は、光の強度のピークが光の中心からずれた位置に存在する。このため、内側コア１１を伝搬するＬＰ１１モードの光は、内側コア１１が縮径すると外側コア１２まで広がりやすい。しかしＬＰ０１モードの光の強度のピークは、コアの中心に位置する。従って、内側コア１１を伝搬するＬＰ０１モードの光は、内側コア１１の径方向における屈折率が一定であるには、内側コア１１が縮径しても外側コア１２まで広がりづらい傾向にある。しかし、本実施形態の光デバイス１では内側コア１１は内側コア１１の中心に位置する低屈折率部１１ａが高屈折率部１１ｂで包囲される構成とされるため、内側コア１１の屈折率が一定である場合と比べて、内側コア１１の縮径によりＬＰ０１モードの光が外側コア１２まで広がり易い。なお、低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１との比が０．３以上０．６以下であることが好ましい。この比が０．３以上であることにより、テーパ部においてＬＰ０１モードの光を外側コア１２まで広がり易くすることができ、この比が０．６以下であることにより、縮径前に内側コア１１内を光が伝搬し易くすることができる。

【0039】

以上説明したように本実施形態の光デバイスによれば、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光を、コア１３の縮径に伴い、内側コア１１を伝搬する状態から内側コア１１と外側コア１２とを合わせたコア１３全体を伝搬する状態に移行し易くすることができる。従って、それぞれのモードの光のモードフィールド径の差が入射時と比べて大きくなって出射することを抑制できる。従って、小径部２３にマルチコアファイバが接続される場合等に、それぞれのコア１３から出射する光がマルチコアファイバ等に入射する場合に光の損失を抑制することができる。

【0040】

（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。

【0041】

図４は、本発明の第２実施形態に係る光デバイスを示す図であり、図５は、図４の光デバイス２の長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。図４、図５に示すように本実施形態の光デバイス２は、コア１３の外周面が第１実施形態のキャピラリ２０と同様のガラス体でなるクラッド２５で隙間なく包囲されており、コア１３がクラッド２５内にのみ位置している点において、第１実施形態の光デバイスと異なる。すなわち、本実施形態の光デバイス２は、第１実施形態の光デバイス１において、中継ファイバ１０のキャピラリ２０から露出している部分を除去して、それぞれのクラッド１５を除去して、クラッド１５が除去されることで生じる空間をキャピラリ２０で埋めたものと同等である。

【0042】

このような光デバイスは、断面の構造が図５のようにされ、大径部２１と同じ太さのマルチコアファイバを作成し、作成したマルチコアファイバを溶融延伸してテーパ部２２及び小径部２３を形成すれば良い。

【0043】

なお、本実施形態の光デバイス２においても、大径部２１と小径部２３との延伸比は第１実施形態の大径部２１と小径部２３との延伸比と同様であることが好ましい。

【0044】

このようなマルチコアファイバを用いた光デバイス２であっても、第１実施形態の光デバイス１と同様にして多モードの光を伝搬することができる。

【0045】

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。

【0046】

例えば、第１実施形態における中継ファイバ１０の数や第２実施形態におけるコア１３の数は適宜変更可能である。

【0047】

また第１実施形態において、クラッド１５の屈折率とキャピラリ２０の屈折率とが互いに等しくされたが、クラッド１５の屈折率とキャピラリ２０の屈折率とが互いに異なるようにされても良い。

【0048】

また、第１実施形態では低屈折率部１１ａの屈折率がクラッド１５の屈折率と等しくされ、第２実施形態では低屈折率部１１ａの屈折率がクラッド２５の屈折率に等しくされた。しかし、低屈折率部１１ａの屈折率は、高屈折率部１１ｂの屈折率より低い限りにおいて、適宜変えることができる。例えば、低屈折率部１１ａは、高屈折率部１１ｂの屈折率と外側コア１２の屈折率との間の屈折率とされることとしても良い。また、低屈折率部１１ａは、外側コア１２の屈折率以下の屈折率とされることとしても良く、この場合、低屈折率部１１ａは、外側コア１２の屈折率と等しい屈折率とされることが好ましい。低屈折率部１１ａの屈折率と外側コア１２の屈折率とが等しい場合、低屈折率部１１ａの屈折率が外側コア１２の屈折率と異なる場合と比べて、コア１３の屈折分布が一定となる状態に近づけることができる。また、低屈折率部１１ａは、外側コア１２の屈折率とクラッド１５，２５の屈折率との間の屈折率とされることとしても良い。また、低屈折率部１１ａは、クラッド１５，２５の屈折率以下の屈折率とされることとしても良く、この場合に上記実施形態のように、低屈折率部１１ａは、クラッド１５，２５の屈折率と等しい屈折率とされることとしても良い。

【実施例】

【0049】

以下、実施例及び比較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。なお、以下の実施例及び比較例は有限要素法を用いた計算機シミュレーションによるものである。

【0050】

（実施例１）
第１実施形態の光デバイス１をモデルとしてシミュレーションを行った。本モデルでは、第１実施形態と同様に低屈折率部１１ａをクラッド１５の屈折率と同じ屈折率とした。また、内側コア１１の低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１の比（ｄ／２ｒ_１）を０．３とした。

【0051】

次に大径部２１において、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１１０μｍ^２となり、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１７０μｍ^２となるための条件を求めた。具体的には、外側コア１２のクラッド１５に対する比屈折率差Δ_２が０．５，１．０，１．５のそれぞれにおいて、内側コア１１の半径ｒ_１及び高屈折率部１１ｂのクラッド１５に対する比屈折率差Δ_１を求めた。その結果を表１に示す。

【表1】

【0052】

次に、表１の条件で、コア１３の小径部２３での直径を１とする場合における大径部の直径が３，４，５の場合、すなわち延伸比Ｒが３，４，５の場合のそれぞれにおいて、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２、及び、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２を求めた。その結果を図６に示す。

【0053】

図６において、延伸比Ｒが３の場合に、ＬＰ０１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係、及び、ＬＰ１１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係が菱型印で示される。また、延伸比Ｒが４の場合に、ＬＰ０１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係、及び、ＬＰ１１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係が丸印で示される。また、延伸比Ｒが５の場合に、ＬＰ０１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係、及び、ＬＰ１１モードの光が大径部２１と小径部２３とで同じ実効コア断面積となるΔ_２とｒ_２との関係が三角印で示される。さらに、ＬＰ０１モードの光について、菱型印同士を結ぶ線、丸印同士を結ぶ線、三角印同士を結ぶ線が破線で示され、ＬＰ１１モードの光について、菱型印同士を結ぶ線、丸印同士を結ぶ線、三角印同士を結ぶ線が実線で示されている。

【0054】

図６から明らかなように、上記三角同士を結ぶ破線と実線とが、Δ_２が１．５でｒ２が８．１μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが５の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。従って、延伸比Ｒが５の場合において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のそれぞれについて、入射光と出射光とが等しい実効コア断面積とされる条件を有することが示された。

【0055】

（実施例２）
内側コア１１の低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１の比（ｄ／２ｒ_１）を０．４としたこと以外は、実施例１と同様にして、大径部２１において、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１１０μｍ^２となり、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１７０μｍ^２となるための条件を求めた。その結果を表２に示す。

【表2】

【0056】

次に、表２の条件で、延伸比Ｒが３，４，５の場合のそれぞれにおいて、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２、及び、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２を求めた。その結果を図６と同様の方法で図７に示す。

【0057】

図７から明らかなように、上記三角印同士を結ぶ破線と上記三角印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が１．０でｒ_２が７．８μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが５の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。また、上記丸印同士を結ぶ破線と上記丸印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が１．５でｒ_２が８．１μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが４の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。従って、延伸比Ｒが４及び５のそれぞれの場合に、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のそれぞれについて、入射光と出射光とが等しい実効コア断面積とされる条件を有することが示された。

【0058】

（実施例３）
内側コア１１の低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１の比（ｄ／２ｒ_１）を０．５としたこと以外は、実施例１と同様にして、大径部２１において、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１１０μｍ^２となり、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１７０μｍ^２となるための条件を求めた。その結果を表３に示す。

【表3】

【0059】

次に、表３の条件で、延伸比Ｒが３，４，５の場合のそれぞれにおいて、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２、及び、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２を求めた。その結果を図６と同様の方法で図８に示す。

【0060】

図８から明らかなように、上記三角印同士を結ぶ破線と上記三角印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が０．８％でｒ_２が７．５μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが５の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。また、上記丸印同士を結ぶ破線と上記丸印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が１．１％でｒ_２が７．８μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが４の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。また、上記菱型印同士を結ぶ破線と上記菱型印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が１．５％でｒ_２が８．２μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが３の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。従って、延伸比Ｒが３、４及び５のそれぞれの場合に、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のそれぞれについて、入射光と出射光とが等しい実効コア断面積とされる条件を有することが示された。

【0061】

（実施例４）
内側コア１１の低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１の比（ｄ／２ｒ_１）を０．６としたこと以外は、実施例１と同様にして、大径部２１において、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１１０μｍ^２となり、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１７０μｍ^２となるための条件を求めた。その結果を表４に示す。

【表4】

【0062】

次に、表４の条件で、延伸比Ｒが３，４，５の場合のそれぞれにおいて、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２、及び、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２を求めた。その結果を図６と同様の方法で図９に示す。

【0063】

図９から明らかなように、上記三角印同士を結ぶ破線と上記三角印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が０．７％でｒ_２が７．４μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが５の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。また、上記丸印同士を結ぶ破線と上記丸印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が０．９％でｒ_２が７．７μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが４の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。また、上記菱型印同士を結ぶ破線と上記菱型印同士を結ぶ実線とが、Δ_２が１．２％でｒ_２が７．９μｍの近辺で交差している。このことは、延伸比Ｒが３の場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされることを示す。従って、延伸比Ｒが３、４及び５のそれぞれの場合に、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のそれぞれについて、入射光と出射光とが等しい実効コア断面積とされる条件を有することが示された。

【0064】

（比較例１）
内側コア１１の低屈折率部１１ａの直径ｄと高屈折率部１１ｂの外径２ｒ_１の比（ｄ／２ｒ_１）を０とした（内側コア１１となるべき部位が全て高屈折率部１１ｂで埋められている）こと以外は、実施例１と同様にして、延伸比が４，５の場合について、大径部２１において、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１１０μｍ^２となり、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆが１７０μｍ^２となるための条件を求めた。その結果を表５に示す。

【表5】

【0065】

次に、表５の条件で、延伸比Ｒが４，５の場合のそれぞれにおいて、ＬＰ０１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２、及び、ＬＰ１１モードの光の実効コア断面積が大径部２１と小径部２３とで同じ大きさとなるための外側コア１２の半径ｒ_２を求めた。その結果を図６と同様の方法で図１０に示す。

【0066】

図１０から明らかなように、上記三角印同士を結ぶ破線と上記三角印同士を結ぶ実線とは交差しない。また、上記丸印同士を結ぶ破線と上記丸印同士を結ぶ実線とは交差しない。このことは、延伸比Ｒが４及び５のそれぞれの場合に、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされるような状態が存在しないことを示す。この結果から延伸比が３の場合にも、大径部２１を伝搬するＬＰ０１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ０１モードの光とが等しい実効コア断面積とされ、かつ、大径部２１を伝搬するＬＰ１１モードの光と小径部２３を伝搬するＬＰ１１モードの光と等しい実効コア断面積とされるような状態が存在しないことが分かる。

【0067】

以上より、本発明によればＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光のそれぞれについて、入射光と出射光とが等しい実効コア断面積とされる条件を有する場合があることが示された。

【0068】

次に、実施例１〜４において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が共に入射光の実効コア断面積と出射光の実効コア断面積とが等しい条件において、高屈折率部１１ｂ及び外側コア１２の比屈折率差体積を求めた。高屈折率部１１ｂの比屈折率差体積Ｖ_１は、コア１３の長手方向に垂直な断面における高屈折率部１１ｂの面積に、高屈折率部１１ｂの比屈折率差Δ_１を乗じて求めることができる。つまり比屈折率差体積Ｖ_１は下記式で示される。

【数2】

同様に外側コア１２の比屈折率差体積Ｖ_２は、コア１３の長手方向に垂直な断面における外側コア１２の面積に、外側コア１２の比屈折率差Δ_２を乗じて求めることができる。つまり比屈折率差体積Ｖ_２は下記式で示される。

【数3】

【0069】

求めた高屈折率部１１ｂの比屈折率差体積Ｖ_１と外側コア１２の比屈折率差体積Ｖ_２との関係を図１１に示す。比屈折率差体積Ｖ_１は延伸前の実効コア断面積に強く影響するパラメータである。この値は、中心低屈折率部の直径ｄが大きくなるほど実効的な屈折率低下が起こるため広くする必要がある。一方、比屈折率差体積Ｖ₂は延伸後の実効コア断面積に強く影響するパラメータである。延伸前のパラメータＶ_１が大きい場合、それに応じてパラメータＶ_２を大きくしないと所望の実効コア断面積Ａ_ｅｆｆを得ることが困難となる。これらの相関から、パラメータＶ_１とパラメータＶ_２とに延伸比に応じた比例関係があると考えられる。

【0070】

次に、求めた比屈折率差体積Ｖ_１を延伸比Ｒで除した値と、比屈折率差体積Ｖ_２との関係を図１２に示す。前述のとおり比屈折率差体積Ｖ_２は延伸後の実効コア断面積に関連するパラメータであり、延伸比Ｒで除することでパラメータＶ_１に対してより一般的な関係が得られると考えられる。そこで図１１より、図１２に示すようにＶ_２とＶ_１／Ｒとの関係をプロットして、プロットの最小２乗法よりより、屈折率差体積Ｖ_１と比屈折率差体積Ｖ_２とが次の関係を満たす領域において、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が共に入射光の実効コア断面積と出射光の実効コア断面積とが等しくなること結果となった。

【数4】

【0071】

以上より、ＬＰ０１モードの光及びＬＰ１１モードの光が共に入射光の実効コア断面積と出射光の実効コア断面積とが等しくなる条件が求められた。

【0072】

なお、低屈折率部１１ａのクラッドに対する比屈折率差をΔ_０とすると、低屈折率部１１ａの比屈折率体積Ｖ_０は、下記式で示される。

【数5】

この比屈折率差体積Ｖ_０と高屈折率部１１ｂの比屈折率差体積Ｖ_１とが所定の関係になっていることが、所定の観点から好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明に係る光デバイスは、光の損失を抑制することができる光デバイスが提供され、マルチコアファイバを取り扱う産業において利用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１，２・・・光デバイス
１０・・・中継ファイバ
１１・・・内側コア
１１ａ・・・低屈折率部
１１ｂ・・・高屈折率部
１２・・・外側コア
１３・・・コア
１５・・・クラッド
２０・・・キャピラリ
２１・・・大径部
２２・・・テーパ部
２３・・・小径部
２５・・・クラッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】