特許 6335949 マルチコアファイバ

(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】6335949

(24)【登録日】2018年5月11日

(45)【発行日】2018年5月30日

(54)【発明の名称】マルチコアファイバ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20180521BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20180521BHJP

   G02B 6/28 20060101ALI20180521BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/02 481

   G02B6/036

   G02B6/28 E

   G02B6/28 W

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-25262(P2016-25262)

(22)【出願日】2016年2月12日

(65)【公開番号】特開2017-142467(P2017-142467A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2016年11月18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、国立研究開発法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究／革新的光ファイバ技術の研究開発 課題イ 光ファイバ接続技術」、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】佐々木 雄佑

(72)【発明者】

【氏名】植村 仁

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 晋聖

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 剛

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１２９７７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０９４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１３７３４４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 西本笙子，外５名，溶融延伸型マルチコアファイバカプラを用いた５モード合分波器の設計，電子情報通信学会技術研究報告，２０１６年 ２月１１日，第115巻，第452号，pp. 95-100

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／０２−６／０３６

Ｇ０２Ｂ ６／０４−６／０８

Ｇ０２Ｂ ６／２４

Ｇ０２Ｂ ６／２５５

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／３６−６／４０

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝搬する第１コアと、
ＬＰ_０１モードの光を伝搬する２つ第２コアと、
を備え、
前記第１コアのＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と前記第２コアのＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが一致する異モード相互作用区間と、
前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる異モード非相互作用区間と、
が設けられ、
前記第１コアは、内側コアと、前記内側コアを隙間なく囲むと共に前記内側コアより屈折率が高い外側コアと、を有し、
前記第１コアを伝搬するＬＰ_１１モードの光の伝搬定数と伝搬定数が一致する光を伝搬するコアが非配置とされ、
前記第２コアが２つ備えられ、
前記第１コアの中心から延びる第１線分と重なる位置に一方の前記第２コアが配置されると共に、前記第１コアの中心から前記第１線分に対して１３５度の方向に延びる第２線分と重なる位置に他方の前記第２コアが配置される
ことを特徴とするマルチコアファイバ。

【請求項2】

前記第１コアは、クラッドの中心に位置する
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】

前記異モード相互作用区間は、前記異モード非相互作用区間の一部が延伸されることで形成される
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】

使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、前記異モード相互作用区間と前記異モード非相互作用区間とで変化しない
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はマルチコアファイバに関し、異なるモードの光を合分波する場合に好適なものである。

【背景技術】

【0002】

光ファイバを用いた光通信において、ＬＰ_０１モード（基本モード）の光に情報を重畳させると共に、ＬＰ_１１モード等の基本モードよりも高次のＬＰ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。多モード通信では、１つのコアを伝搬する複数のＬＰモードの光を複数の光ファイバに分波したり、複数の光ファイバを伝搬する互いに異なるＬＰモードの光を一つの光ファイバに合波したりすることが行われる。

【0003】

下記非特許文献１には、一組の光ファイバのそれぞれに互いに同じＬＰモードの光が伝搬する場合に、モードコンバータ等を用いてそれぞれの光ファイバを伝搬する光を互いに異なるＬＰモードとして、その後合波することが行われる旨の記載がある。

【0004】

また、下記特許文献１に記載のモード合分波器は、２つの導波路を有する。これら導波路のうち、一方の導波路が特定のＬＰモードの光を伝搬し、他方の導波路が特定のＬＰモードの光と当該特定のＬＰモードと異なる他のＬＰモードとを伝搬する。これらの導波路に互いに同じ特定のＬＰモードの光が伝搬する場合に、一方の導波路における当該特定のＬＰモードの光の伝搬定数と、他方の導波路における他のＬＰモードの伝搬定数とが一致するようにされている。このような構成により、一方の導波路の特定のＬＰモードの光が、他方の導波路の他のＬＰモードの光として合波される。他方の導波路には元々特定のＬＰモードの光が伝搬しているため、この結果、他方の導波路には特定のＬＰモードの光と他のＬＰモードの光とが伝搬することになる。こうして、モードコンバータを用いずとも、複数の光導波路を互いに同じＬＰモードの光が伝搬する場合に、それぞれの光を一つの導波路に互いに異なるモードの光として伝搬させることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ａｎ Ｌｉ ｅｔ ａｌ．， “Ｌｏｗ−Ｌｏｓｓ Ｆｕｓｅｄ Ｍｏｄｅ Ｃｏｕｐｌｅｒ ｆｏｒ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”， ＯＦＣ， ＯＴｕ３Ｇ４ （２０１３）．

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３− ３７０１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献１に記載のモード合分波器ではモードコンバータを必要とする。また、特許文献１に記載のモード合分波器では、モード合分波が行われる場所ではモード合分波が起きるようにそれぞれの導波路が近接され、それ以外の場所では、モード合分波が起きないようにそれぞれの導波路が離れている。従って、非特許文献１に記載のモード合分波器はモードコンバータを配置する場所が必要となり、特許文献１に記載のモード合分波器はモード合分波が行われない場所におけるそれぞれの導波路を離す場所が必要となる。

【0008】

そこで、本発明は小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現しようとすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【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、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝搬する第１コアと、ＬＰ_０１モードの光を伝搬する第２コアと、を備え、前記第１コアのＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と前記第２コアのＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが一致する異モード相互作用区間と、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる異モード非相互作用区間と、が設けられ、前記第１コアは、内側コアと、前記内側コアを隙間なく囲むと共に前記内側コアより屈折率が高い外側コアと、を有することを特徴とするものである。

【0010】

コアの屈折率が径方向において概ね一定である所謂ステップインデックス型ファイバやコアの屈折率が外周から中心に向かって徐々に高くなるグレーデッドインデックス型ファイバでは、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率とＬＰ_０２モードの光の実効屈折率との差が小さいため、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードのうちどちらか一方のモードの光のみをカットオフすることは難しい。一方、上記マルチコアファイバの第１コアは、内側コアと内側コアより屈折率が高い外側コアとを有する所謂リングインデックス型のコアである。第１コアがこのようなリングインデックス型であることによって、第１コアでは、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率とＬＰ_０２モードの光の実効屈折率との差を大きくすることができる。従って、内側コアの屈折率と外側コアの屈折率とが適切に設計されることによって、第１コアは、ＬＰ_２１モードの光を伝搬させると共にＬＰ_０２モードの光の伝搬を抑制することができる。上記マルチコアファイバから伝送用ファイバにＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝送する場合、第１コアにおいてＬＰ_０２モードの光の励振が抑制されることによって、ＬＰ_０２モードの光に結合することによる光の損失を小さくすることができる。

【0011】

また、このマルチコアファイバの異モード相互作用区間では、第２コアのＬＰ_０１モードの光の伝搬定数が、第１コアのＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と一致している。従って、異モード相互作用区間において、第２コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_２１モードの光としてモード合波させたり、第１コアのＬＰ_２１モードの光を第２コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波させたりすることができる。

【0012】

さらに、このマルチコアファイバの異モード非相互作用区間では、第２コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされる。このため異モード非相互作用区間では、特許文献２のように第１コアと第２コアとを離すことをせずとも、モード合分波が起きることを抑制することができる。

【0013】

従って、このマルチコアファイバによれば、小型化が可能なモード合分波器を実現することができるのである。

【0014】

また、上記マルチコアファイバは、前記第２コアを２つ備え、前記第１コアの中心から延びる第１線分と重なる位置に一方の前記第２コアが配置されると共に、前記第１コアの中心において前記第１線分と１３５度で交わる第２線分と重なる位置に他方の前記第２コアが配置されることが好ましい。

【0015】

ＬＰ_２１モードの光は、節を４つ持ち、最も強度が強い箇所が互いに４５度＋９０度×ｎ（ｎは０から３の整数）回転させた関係にある異なる２つのモード（ＬＰ_２１ａ及びＬＰ_２１ｂ）の光から構成される。２つの第２コアが第１コアを中心として互いに４５度＋９０度×ｎ回転させた関係になるように配置されることによって、異モード相互作用区間において、第１コアのＬＰ_２１ａモードの光が一方の第２コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波すると共に第１コアのＬＰ_２１ｂモードの光が他方の第２コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波することができる。また、異モード相互作用区間において、一方の第２コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_２１ａモードの光としてモード合波させると共に他方の第２コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_２１ｂモードの光としてモード合波させることができる。このとき、２つの第２コアが第１コアを中心として互いに４５度回転させた位置に配置される場合に比べて、２つの第２コアが第１コアを中心として互いに１３５度回転させた位置に配置される方が、２つの第２コアの間隔を広くすることができるので、一方の第２コアを伝搬する光と他方の第２コアを伝搬する光との間でのクロストークが抑制されやすくなる。従って、第１コアの中心から延びる第１線分と重なる位置に一方の第２コアが配置されると共に、第１コアの中心において第１線分と１３５度で交わる第２線分と重なる位置に他方の第２コアが配置されることによって、一方の第２コアを伝搬する光と他方の第２コアを伝搬する光との間でのクロストークが抑制されやすくなる。

【0016】

また、上記マルチコアファイバは、ＬＰ_０１モードの光を伝搬する第３コアを更に備え、前記異モード相互作用区間において、前記第１コアのＬＰ_１１モードの光の伝搬定数と前記第３コアのＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが一致し、前記異モード非相互作用区間において、前記第１コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数と前記第３コアの各ＬＰモードの光の伝搬定数とが不一致とされることが好ましい。

【0017】

上記第３コアが備えられることによって、異モード相互作用区間において、第３コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_１１モードの光としてモード合波させたり、第１コアのＬＰ_１１モードの光を第３コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波させたりすることができる。よって、ＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１モードの光、及びＬＰ_２１モードの光に情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。

【0018】

また、上記マルチコアファイバは、前記第３コアを２つ備え、前記第１コアの中心から延びる第３線分と重なる位置に一方の前記第３コアが配置されると共に、前記第１コアの中心において前記第３線分と９０度で交わる第４線分と重なる位置に他方の前記第３コアが配置されることが好ましい。

【0019】

ＬＰ_１１モードの光は、最も強度が強い箇所が互いに９０度回転させた関係にある異なる２つのモード（ＬＰ_１１ａ及びＬＰ_１１ｂ）の光から構成される。２つの第３コアが第１コアを中心として互いに９０度回転させた関係になるように配置されることによって、異モード相互作用区間において、第１コアのＬＰ_１１ａモードの光を一方の第３コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波させると共に第１コアのＬＰ_１１ｂモードの光を他方の第３コアのＬＰ_０１モードの光としてモード分波させることができる。また、異モード相互作用区間において、一方の第３コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_１１ａモードの光としてモード合波させると共に他方の第３コアのＬＰ_０１モードの光を第１コアのＬＰ_１１ｂモードの光としてモード合波させることができる。よって、ＬＰ_１１ａモードの光及びＬＰ_１１ｂモードの光にも情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。

【0020】

また、前記第２コア及び前記第３コアがそれぞれ２つ備えられる場合、前記第１コアの中心から延びる第１線分と重なる位置に一方の前記第２コアが配置されると共に、前記第１コアの中心において前記第１線分と１３５度で交わる第２線分と重なる位置に他方の前記第２コアが配置され、前記第１コアの中心から延びる第３線分と重なる位置に一方の前記第３コアが配置されると共に、前記第１コアの中心において前記第３線分と９０度で交わる第４線分と重なる位置に他方の前記第３コアが配置され、前記第１線分と前記第３線分が第１コアの中心において６７．５度で交わり、前記第２線分と前記第４線分が第１コアの中心において６７．５度で交わることが好ましい。

【0021】

２つの第２コア及び２つの第３コアが上記のように配置されることによって、２つの第２コア及び２つの第３コアが互いに離れて配置されることになるので、各コアを伝搬する光同士のクロストークが抑制されやすくなる。

【0022】

また、上記マルチコアファイバがＬＰ_０１モードの光を伝搬する第３コアを更に備える場合、前記第１コアが前記第２コアと前記第３コアとの間に配置されるように、前記第１コア、前記第２コア、及び前記第３コアは一つの直線に重なる位置に配置されることが好ましい。

【0023】

ＬＰ_１１ａモードの光及びＬＰ_１１ｂモードの光のどちらか一方とＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光のどちらか一方とを用いる場合は、上記のように第２コア及び第３コアは１つずつで良い。そして、第１コア、第２コア及び第３コアが直線上に配置されることによって、互いのコア間距離が大きくなり、クロストークが抑制されやすくなる。

【0024】

また、前記第１コアは、クラッドの中心に位置することとしても良い。

【0025】

また、前記異モード相互作用区間は、前記異モード非相互作用区間の一部が延伸されることで形成されることが好ましい。

【0026】

このように異モード相互作用区間を形成することで、異モード相互作用区間におけるマルチコアファイバの断面の構造と異モード非相互作用区間におけるマルチコアファイバの断面の構造とが、互いに相似の関係となる。このため異モード相互作用区間の光の伝搬定数と異モード非相互作用区間の光の伝搬定数との相関性を計算し易い。また、異モード相互作用区間が延伸により形成されるため、融着接続機等のエネルギーの小さな加熱器を用いて容易にマルチコアファイバを延伸して異モード相互作用区間を形成することができる。

【0027】

また、使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、前記異モード相互作用区間と前記異モード非相互作用区間とで変化しないことが好ましい。

【0028】

それぞれの区間で伝搬定数が変化しないことにより、不要なＬＰモードの光が励振されることを考慮せずに済み、効率よく光をハンドリングすることができる。

【発明の効果】

【0029】

以上のように本発明によれば、小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】第１実施形態におけるマルチコアファイバを示す図である。

【図2】図１のマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図3】第２実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図4】第３実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。

【図5】内側コアの直径と外側コアの直径との比が０．３３の場合において、第１コアに各モードの光が伝搬する条件を示す図である。

【図6】内側コアの直径と外側コアの直径との比が０．３４の場合において、第１コアに各モードの光が伝搬する条件を示す図である。

【図7】内側コアの直径と外側コアの直径との比が０．３５の場合において、第１コアに各モードの光が伝搬する条件を示す図である。

【図8】内側コアの直径と外側コアの直径との比が０．３６の場合において、第１コアに各モードの光が伝搬する条件を示す図である。

【図9】第３コアの半径が４．３９μｍであるときのＬＰ_１１モードの選択比を示す図である。

【図10】第３コアの半径が４．４０μｍであるときのＬＰ_１１モードの選択比を示す図である。

【図11】第３コアの半径が４．４１μｍであるときのＬＰ_１１モードの選択比を示す図である。

【図12】第２コアの半径が４．５１μｍであるときのＬＰ_１１モードの選択比を示す図である。

【図13】第２コアの半径が４．５２μｍであるときのＬＰ_２１モードの選択比を示す図である。

【図14】第２コアの半径が４．５３μｍであるときのＬＰ_２１モードの選択比を示す図である。

【図15】第１コアと第２コアとのコア間距離が２２．５μｍであるときのＬＰ_２１モードの選択比を示す図である。

【図16】第１コアと第２コアとのコア間距離が２３．０μｍであるときのＬＰ_２１モードの選択比を示す図である。

【図17】実施例２で結合効率の測定を行った際の測定系を説明する図である。

【図18】実施例２で結合効率の測定を行った際の測定系を説明する他の図である。

【図19】実施例２で行った結合効率の測定結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

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。

【0032】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるマルチコアファイバを示す図である。図１に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ１は、１つの第１コア１１と、２つの第２コア１２と、第１コア１１の外周面及び第２コア１２の外周面を隙間なく包囲するクラッド２０とを備える。２つの第２コア１２は、配置以外は互いに同様の構成である。

【0033】

また、マルチコアファイバ１は、長手方向に沿って大径部３１とテーパ部３２と小径部３３とが形成されている。テーパ部３２及び小径部３３は、大径部３１の一部が加熱されて延伸されることで形成される。このような加熱による延伸は、酸水素バーナによる加熱で行われても良いが、放電による加熱で十分に行うことができる。例えば、アーク放電を用いる光ファイバの融着機が実用されているが、このアーク放電を延伸用の熱源として利用しても良い。密閉された空間でのアーク放電による加熱でファイバを延伸させることによって、ファイバの溶け方を一定とすることが容易になる。また、ファイバを延伸する際に融着機のモータと画像解析とが組み合わせられた延伸加工機能が用いられることによって、マルチコアファイバ１を精度良く延伸加工することが容易になる。

【0034】

図２は、マルチコアファイバ１の大径部３１及び小径部３３のそれぞれにおける長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図２（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図２（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。

【0035】

図２（Ａ）に示すように、第１コア１１は、内側コア１１ａと内側コア１１ａの外周面を隙間なく囲う外側コア１１ｂとを有している。また、第１コア１１は、クラッド２０の中心に位置しており、２つの第２コア１２は、第１コア１１の中心から延びる第１線分Ｌ１と重なる位置に一方の第２コア１２が配置されると共に、第１コア１１の中心において第１線分Ｌ１と１３５度で交わる第２線分Ｌ２と重なる位置に他方の第２コア１２が配置される。また、上記のように小径部３３は大径部３１が延伸されることで形成されるため、クラッド２０の外径と第１コア１１の直径及び第２コア１２の直径との比は、マルチコアファイバ１の何処であっても変わらない。このため、小径部３３における第１コア１１の直径は大径部３１における第１コア１１の直径よりも小さく、小径部３３における第２コア１２の直径は大径部３１における第２コア１２の直径よりも小さい。

【0036】

図２（Ｂ）において、実線はマルチコアファイバ１の屈折率分布を示す。図２（Ｂ）に示すように、外側コア１１ｂの屈折率は内側コア１１ａの屈折率及びクラッド２０の屈折率よりも高い。また、内側コア１１ａの屈折率はクラッド２０の屈折率よりも低い。そして、第２コア１２の屈折率はクラッド２０の屈折率よりも高い。これらの屈折率は、マルチコアファイバ１の長手方向に沿って一定である。

【0037】

また、図２（Ｂ）において、破線は第１コア１１及び第２コア１２を伝搬する各ＬＰモードの光の実効屈折率ｎ_ｅｆｆを示す。第１コア１１は、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝搬し、これらのモードより高次モードの光の伝搬が抑制されるフューモードコアとされる。また、第２コア１２は、ＬＰ_０１モードの光を伝搬し、ＬＰ_１１モードの光の伝搬が抑制されるシングルモードコアとされる。

【0038】

大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが不一致とされる。伝搬定数は実効屈折率ｎ_ｅｆｆと対応している。従って、本実施形態では、大径部３１の第１コア１１のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}、ＬＰ_１１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ１１}、及びＬＰ_２１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ２１}と第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}とは不一致とされる。このため、大径部３１では、第１コア１１を伝搬する各ＬＰモードの光と第２コアを伝搬するＬＰ_０１モードの光とのクロストークが抑制されている。従って、大径部３１では、異モードの合分波が起きることが抑制され、大径部３１は異モード非相互作用区間とされる。

【0039】

一方、小径部３３では上記のようにそれぞれのコアの直径が大径部３１でのそれぞれのコアの直径と異なるので、小径部３３での実効屈折率ｎ_ｅｆｆは大径部３１での実効屈折率ｎ_ｅｆｆと異なる。そして、小径部３３では、第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ２１}と第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}とが一致する。つまり、第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが一致する。このため、小径部３３では、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１モードの光と第２コアを伝搬するＬＰ_０１モードの光とがクロストークする。従って、小径部３３では、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１モードの光と第２コアを伝搬するＬＰ_０１モードの光とのモード合分波が起きる。このため、小径部３３は、異モード相互作用区間とされる。

【0040】

また、使用波長帯域におけるそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しても良いが、変化しない方が好ましい。従って、本実施形態では、大径部３１及び小径部３３のそれぞれにおいて、第１コア１１は、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光が伝搬すると共にこれらのモードより高次モードの光の伝搬が抑制され、第２コア１２は、ＬＰ_０１モードの光が伝搬しＬＰ_１１モードの光の伝搬が抑制されることが好ましい。

【0041】

本実施形態のマルチコアファイバ１では、第１コア１１及び第２コア１２のそれぞれにＬＰ_０１モードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_２１モードの光として合波する。或いは、第１コア１１にＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードから成る光を入射し第２コア１２に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１のＬＰ_２１モードの光が第２コア１２にＬＰ_０１モードの光として分波する。こうしてモード合分波が達成される。

【0042】

ここで、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１モードの光と２つの第２コア１２を伝搬するＬＰ_０１モードの光との合分波についてより詳細に説明する。

【0043】

ＬＰ_２１モードの光は、当該光が伝搬するコアの中心を通り径方向に伸びる互いに垂直な２つの直線で区切られる４つの領域において、互いに隣り合う領域での電場の分布は、正負が逆の状態となり、それぞれの領域で同じエネルギーの分布となる。従って、ＬＰ_２１モードの光は伝搬するコアの中心を基準に９０度回転させると回転前と同じエネルギー分布となるが、それ以外の角度で回転させると回転前と異なるエネルギー分布となる。そしてＬＰ_２１モードの光は、互いに４５度や１３５度といった具合に４５度＋９０ｎ度（ｎは０以上の整数）回転させた関係にある２つのＬＰ_２１モードの光を合波しても、やはりＬＰ_２１モードと呼ばれる。

【0044】

そこで、例えば、互いに４５度＋９０ｎ度（ｎは０以上の整数）回転させた関係にある２つのＬＰ_２１モードの光の一方をＬＰ_２１ａモードの光とし他方をＬＰ_２１ｂモードの光として、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１モードの光が、ＬＰ_２１ａモードの光とＬＰ_２１ｂモードの光との足し合わせとする。そして、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１モードの光が、第２コア１２を伝搬するＬＰ_０１モードの光にモード分波する場合を想定する。この場合、ＬＰ_２１ａモードの光が一方の第２コア１２を伝搬するＬＰ_０１モードの光に重畳し、ＬＰ_２１ｂモードの光が他方の第２コア１２を伝搬するＬＰ_０１モードの光に分波する傾向がある。また、２つの第２コア１２を伝搬するそれぞれのＬＰ_０１モードの光を第１コア１１のＬＰ_２１モードの光にモード合波する場合を想定する。この場合、一方の第２コア１２を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光の一方に合波し、他方の第２コア１２を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光の他方に合波する傾向がある。

【0045】

従って、本実施形態のマルチコアファイバ１によれば、第１コア１１を伝搬するＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光に情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。

【0046】

なお、本実施形態のマルチコアファイバ１では、第１コア１１の中心において互いに１３５度で交わる線分上に第２コア１２が配置される。２つの第２コア１２が第１コア１１を中心として互いに４５度回転させた位置に配置される場合に比べて、２つの第２コア１２が第１コア１１を中心として互いに１３５度回転させた位置に配置される方が、２つの第２コア１２の間隔を広くすることができるので、一方の第２コア１２を伝搬する光と他方の第２コア１２を伝搬する光との間でのクロストークが抑制されやすくなる。

【0047】

上記のように小径部３３においてモード合分波が達成される。しかし、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数とが不一致とされるので、第１コア１１と第２コア１２とを離す構造とせずとも、このような合分波が生じることが抑制される。従って、本実施形態のマルチコアファイバ１によれば、小型化が可能なモード合分波器を実現することができる。

【0048】

また、以下に説明するように、第１コア１１は、ＬＰ_２１モードの光を伝搬させると共にＬＰ_０２モードの光の伝搬を抑制することができる。コアの屈折率が径方向に概ね一定である所謂ステップインデックス型ファイバやコアの屈折率が中心に向かって徐々に高くなるグレーデッドインデックス型ファイバでは、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率とＬＰ_０２モードの光の実効屈折率との差が小さいため、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードのうちどちらか一方のモードの光のみをカットオフすることは難しい。一方、マルチコアファイバ１の第１コア１１は、内側コア１１ａと内側コア１１ａより屈折率が高い外側コア１１ｂとを有する所謂リングインデックス型のコアである。第１コア１１がこのようなリングインデックス型であることによって、第１コア１１では、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率とＬＰ_０２モードの光の実効屈折率との差を大きくすることができる。従って、内側コア１１ａの屈折率と外側コア１１ｂの屈折率とが適切に設計されることによって、第１コア１１は、ＬＰ_２１モードの光を伝搬させると共にＬＰ_０２モードの光の伝搬を抑制することができる。マルチコアファイバ１から伝送用ファイバにＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードのみの光を伝送する場合、第１コアにおいてＬＰ_０２モードの光の励振が抑制されることによって、ＬＰ_０２モードの光に結合することによる光の損失を小さくすることができる。

【0049】

（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。

【0050】

図３は、本実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図３（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図３（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。

【0051】

本実施形態のマルチコアファイバ２は、２つの第３コア１３を更に備える点において第１実施形態のマルチコアファイバ１と異なる。２つの第３コア１３は、配置以外は互いに同様の構成である。２つの第３コア１３は、第１コア１１の中心から延びる第３線分Ｌ３と重なる位置に一方の第３コア１３が配置されると共に、第１コア１１の中心において第３線分Ｌ３と９０度で交わる第４線分Ｌ４と重なる位置に他方の第３コア１３が配置される。

【0052】

第３コア１３は、ＬＰ_０１モードの光を伝搬する。本実施形態では、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数が第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と一致し、第３コア１３のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数が第１コア１１のＬＰ_１１モードの光の伝搬定数と一致する。つまり、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}が第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ２１}と一致し、第３コア１３のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}が、第１コア１１のＬＰ_１１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ１１}と一致する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光伝搬定数とが不一致とされる。

【0053】

従って、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３のそれぞれにＬＰ_０１モードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_２１モードの光として合波し、第３コア１３のＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_１１モードの光として合波する。また、第１コア１１にＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を入射し第２コア１２及び第３コア１３に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１のＬＰ_２１の光が第２コア１２にそれぞれＬＰ_０１モードの光として分波し、第１コア１１のＬＰ_１１モードの光が第３コア１３にＬＰ_０１モードの光として分波する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２及び第３コア１３との間でモード合分波が生じることが抑制される。

【0054】

ここで、第１コア１１を伝搬するＬＰ_１１モードの光と第３コア１３を伝搬するＬＰ_０１モードの光との合分波についてより詳細に説明する。

【0055】

ＬＰ_１１モードの光は、当該光が伝搬するコアの中心を通り径方向に伸びる直線を基準として、一方側に正の電場が分布し他方側に負の電場が分布し、一方側と他方側とで同じエネルギーの分布となる。従って、ＬＰ_１１モードの光は伝搬するコアの中心を基準に１８０度回転させると回転前と同じエネルギー分布となるが、それ以外の角度で回転させると回転前と異なるエネルギー分布となる。そしてＬＰ_０１モードの光は、互いに９０度回転させた関係にある２つのＬＰ_１１モードの光を合波しても、やはりＬＰ_１１モードの光と呼ばれる。

【0056】

そこで、互いに９０度回転させた関係にある２つのＬＰ_１１モードの光の一方をＬＰ_１１ａモードの光とし他方をＬＰ_１１ｂモードの光として、第１コア１１を伝搬するＬＰ_１１モードの光が、ＬＰ_１１ａモードの光とＬＰ_１１ｂモードの光との足し合わせとする。そして、第１コア１１を伝搬するＬＰ_１１モードの光が、第３コア１３を伝搬するＬＰ_０１モードの光にモード分波する場合を想定する。この場合、ＬＰ_１１ａモードの光が一方の第３コア１３を伝搬するＬＰ_０１モードの光に分波し、ＬＰ_１１ｂモードの光が他方の第３コア１３を伝搬するＬＰ_０１モードの光に分波する傾向がある。また、２つの第３コア１３を伝搬するそれぞれのＬＰ_０１モードの光を第１コア１１のＬＰ_１１モードの光にモード合波する場合を想定する。この場合、一方の第３コア１３を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ_１１ａモードの光及びＬＰ_１１ｂモードの光の一方に合波し、他方の第３コア１３を伝搬する光は、第１コア１１を伝搬するＬＰ_１１ａモードの光及びＬＰ_１１ｂモードの光の他方に合波する傾向がある。

【0057】

従って、本実施形態のマルチコアファイバ２によれば、ＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１ａモードの光、ＬＰ_１１ｂモードの光、ＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光に情報を重畳させることができるので、より多くの情報量を有する光通信を行うことができる。

【0058】

また、本実施形態のマルチコアファイバ２では、第１線分Ｌ１と第３線分Ｌ３とが第１コア１１の中心において６７．５度で交わり、第２線分Ｌ２と第４線分Ｌ４とが第１コア１１の中心において６７．５度で交わる。２つの第２コア１２及び２つの第３コア１３がこのような各線分上に配置されることによって、２つの第２コア１２及び２つの第３コア１３が互いに離れて配置されることになるので、各コアを伝搬する光同士のクロストークが抑制されやすくなる。

【0059】

なお、本実施形態においてもそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しないことが好ましい。

【0060】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態及び第２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。

【0061】

図４は、本実施形態におけるマルチコアファイバの大径部及び小径部における長手方向に垂直な断面の様子を示す図である。具体的に図４（Ａ）は大径部３１及び小径部３３の断面における構造の様子を示し、図４（Ｂ）は大径部３１及び小径部３３の断面における屈折率分布の様子を示す。

【0062】

本実施形態のマルチコアファイバ３は、第１コア１１の中心を基準として一方側に１つの第２コア１２を備え、その反対側に１つの第３コア１３を備える。第１コア１１は第２コア１２と第３コアとの間に配置され、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３は一つの直線に重なるように配置される。本実施形態の第２コア１２及び第３コア１３は、配置される数と位置が異なる点を除き第２実施形態と同様の構成とされる。従って、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数が第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の伝搬定数と一致し、第３コア１３のＬＰ_０１モードの光の伝搬定数が第１コア１１のＬＰ_１１モードの光の伝搬定数と一致する。つまり、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}が第１コア１１のＬＰ_２１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ２１}と一致し、第３コア１３のＬＰ_０１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ０１}が第１コア１１のＬＰ_１１モードの光の実効屈折率ｎ_{ｅｆｆ１１}と一致する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しない構成とされる。

【0063】

このような構成のマルチコアファイバ３において、第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３のそれぞれにＬＰ_０１モードの光を入射すると、小径部３３において、第２コア１２のＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_２１モードの光として合波すると共に第３コア１３のＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_１１モードの光として合波する。また、第１コア１１にＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード及びＬＰ_２１モードから成る光を入射し、第２コア１２及び第３コア１３に光を入射しない場合、小径部３３において、第１コア１１のＬＰ_２１モードの光が第２コア１２にＬＰ_０１モードの光として分波すると共に第１コア１１のＬＰ_１１モードの光が第３コア１３にＬＰ_０１モードの光として分波する。また、大径部３１では、第１コア１１の各ＬＰモードの光の伝搬定数と第２コア１２及び第３コア１３の各ＬＰモードの光の伝搬定数とが一致しないので、第１コア１１と第２コア１２及び第３コア１３との間でモード合分波が生じることが抑制される。

【0064】

ＬＰ_１１ａモードの光及びＬＰ_１１ｂモードの光のどちらか一方とＬＰ_２１ａモードの光及びＬＰ_２１ｂモードの光のどちらか一方とを用いる場合は、本実施形態のように第２コア１２及び第３コア１３は１つずつで良い。そして、本実施形態のように第１コア１１、第２コア１２及び第３コア１３が直線上に配置されることによって、互いのコア間距離が大きくなり、クロストークが抑制されやすくなる。本実施形態の場合、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との間、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との間、及び、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_２１モードの光との間のモード間クロストークはそれぞれ小さいため、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード及びＬＰ_２１モードの光のみが伝搬する伝送用ファイバを用いた伝送路の受信端でもモード結合補償がなくてもよくなり、簡易なシステムでも多モード通信を実現することができる。

【0065】

なお、本実施形態においてもそれぞれのコアを伝搬する光のＬＰモードの数は、大径部３１と小径部３３とで変化しないことが好ましい。

【0066】

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。

【0067】

第１から第３実施形態では、第２コア１２及び第３コア１３がＬＰ_０１モードのみを伝搬する形態を例示して説明したが、第２コア１２及び第３コア１３はそれぞれＬＰ_１１モードの光も伝搬してもよい。

【0068】

また、第１及び第２実施形態では、第２コア１２が２つ備えられる形態を例示して説明したが、第２コア１２は一つであってもよい。また、第２実施形態では、第３コア１３が２つ備えられる形態を例示して説明したが、第３コア１３は一つであってもよい。

【0069】

また、第１実施形態では、線分Ｌ１と線分Ｌ２との成す角が１３５度である形態を例示して説明したが、当該角は４５度＋９０ｎ度（ｎは０以上の整数）であればよい。

【0070】

また、第２実施形態では、線分Ｌ１と線分Ｌ３とが成す角及び線分Ｌ２と線分Ｌ４とが成す角が共に６７．５度である形態を例示して説明したが、これらの角度は限定されない。

【0071】

また、上記例において、第１コア１１はクラッド２０の中心に位置するものとしたが、第１コア１１はクラッド２０の中心に位置しなくても良い。

【実施例1】

【0072】

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。

【0073】

＜実施例１＞
本実施例では、第３実施形態のマルチコアファイバ３に相当するマルチコアファイバの設計を検討した。

【0074】

（第１コアの設計）
第１コア１１は、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝搬し、これらのモードより高次モードの光の伝搬を抑制する。第１コア１１がこのように設計される条件について以下のように検討した。

【0075】

図５から図８は、縦軸が外側コア１１ｂのクラッド２０に対する比屈折率差Δ^＋、横軸が第１コアの半径ｒ_１であり、波長を１５５０ｎｍとしたときに第１コア１１に各モードの光が伝搬する条件を示している。図５は、内側コア１１ａの直径ｄと外側コア１１ｂの外径（第１コア１１の直径）２ｒ_１との比ｄ／２ｒ_１＝０．３３の場合、図６はｄ／２ｒ_１＝０．３４の場合、図７はｄ／２ｒ_１＝０．３５の場合、図８はｄ／２ｒ_１＝０．３６の場合である。

【0076】

図５から図８において、各モードに対応した曲線よりも比屈折率差Δ^＋又は半径ｒ_１が小さい場合は当該モードの光が伝搬されることを意味し、当該曲線より比屈折率差Δ^＋又は半径ｒ_１が大きい場合は当該モードの光の伝搬が抑制されることを意味する。なお、ＬＰ_２１モードの光が伝搬する条件では、ＬＰ_０１モード及びＬＰ_１１モードの光も伝搬する。すなわち、ＬＰ_２１モードの曲線とＬＰ_０２モード又はＬＰ_４１モードの曲線との間の領域では、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光が伝搬し、これらのモードより高次モードの光の伝搬が抑制される。

【0077】

コア内モード間クロストークを抑制する観点からは、内側コア１１ａと外側コア１１ｂとの比屈折率差が大きいことが好ましい。ただし、プリフォームの作製し易さの観点から、内側コア１１ａのクラッド２０に対する比屈折率差Δ⁻を−０．７％、外側コア１１ｂのクラッド２０に対する比屈折率差Δ^＋を０．９％とした。

【0078】

第１コア１１がＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、及びＬＰ_２１モードの光を伝搬し、これらのモードより高次モードの光の伝搬を抑制するように構成するためには、大径部３１においてＬＰ_０２モード及びＬＰ_４１モードの光がカットオフされ、小径部３３においてＬＰ_２１モードの光が伝搬されるように構成される必要がある。すなわち、大径部３１での第１コアの半径ｒ_１はＬＰ_０２モード及びＬＰ_４１モードの曲線より小さく、小径部３３での第１コアの半径ｒ_１はＬＰ_２１モードの曲線より大きい必要がある。そして、できる限り延伸比を大きくする観点からは、大径部３１での第１コアの半径ｒ_１と小径部３３での第１コアの半径ｒ_１との差を大きくする必要がある。よって、ＬＰ_２１モードの曲線とＬＰ_０２モード及びＬＰ_４１モードの曲線との間隔が広いことが好ましい。なお、延伸比とは、小径部３３と大径部３１との相似比であり、小径部３３でのマルチコアファイバの直径を１とする場合における大径部３１でのマルチコアファイバの直径と同じ値である。図５から図８を比較すると、比屈折率差Δ^＋が０．９％である場合、ＬＰ_２１モードの曲線とＬＰ_０２モード及びＬＰ_４１モードの曲線との間隔が最も広いのは図８に示すｄ／２ｒ_１＝０．３６の場合であることがわかる。そして、ｄ／２ｒ_１＝０．３６の場合、大径部３１での第１コアの半径ｒ_１を７．９１μｍとすれば良いことがわかった。また、このとき、延伸比は１．４５程度にすることができる。

【0079】

（第３コアの設計）
第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離Λ_３が小さいほど、小径部３３においてモード合分波が生じやすくなる。しかし、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離Λ_３が小さいほど、大径部３１におけるクロストークが大きくなる傾向になる。これらの観点から、本実施例では、第１コア１１と第３コア１３とのコア間距離Λ_３を２０μｍとした。

【0080】

図９から図１１は、第３コア１３のクラッド２０に対する比屈折率差が０．８％で一定であると仮定し、第３コア１３の半径ｒ_３を変えてＬＰ_１１モードの選択比[ｄＢ]を計算した結果である。ここでいうモード選択比とは、第３コア１３に入射したＬＰ_０１モードの光のパワーに対する第１コア１１から出射するＬＰ_１１モードの光のパワーの割合を意味する。図９は、第３コア１３の半径ｒ_３が４．３９μｍであるときの選択比の状態を示す図であり、図１０は、第３コア１３の半径ｒ_３が４．４０μｍであるときの選択比の状態を示す図であり、図１１は、第３コア１３の半径ｒ_３が４．４１μｍであるときの選択比の状態を示す図である。なお、図９から図１１において、縦軸はテーパ部３２の長さ、横軸は小径部３３の長さである。

【0081】

上記選択比を評価することで、第１コアと第３コアとの間でどの程度のモード合分波が生じているかが分かる。選択比は高い方が良い。図９から図１１から、第３コア１３の半径ｒ_３が４．３９μｍ〜４．４０μｍであり、テーパ部３２の長さが２〜４ｍｍであり、小径部３３の長さが６ｍｍであることが好ましいことがわかる。

【0082】

（第２コアの設計）
図１２から図１４は、第２コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差は０．４％で一定であると仮定し、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２を２３．５μｍとし、第２コア１２の半径ｒ_２を変えてＬＰ_２１モードの選択比[ｄＢ]を計算した結果である。この場合の選択比とは、第２コア１２に入射したＬＰ_０１モードの光のパワーに対する第１コア１１から出射するＬＰ_２１モードの光のパワーの割合を意味する。図１２は、第２コア１２の半径ｒ_２が４．５１μｍであるときの選択比の状態を示す図であり、図１３は、第２コア１２の半径ｒ_２が４．５２μｍであるときの選択比の状態を示す図であり、図１４は、第２コア１２の半径ｒ_２が４．５３μｍであるときの選択比の状態を示す図である。なお、図１２から図１４において、縦軸はテーパ部３２の長さ、横軸は小径部３３の長さである。

【0083】

上記選択比を評価することで、第１コアと第２コアとの間でどの程度のモード合分波が生じているかが分かる。選択比は高い方が良い。なお、上記のように第３コア１３の適切な設計では、テーパ部３２の長さが２〜４ｍｍであり、小径部３３の長さが６ｍｍである。従って、テーパ部３２の長さが２〜４ｍｍであり、小径部３３の長さが６ｍｍであることを前提とすると、図１２から図１４から、第２コア１２の半径ｒ_２は４．５２μｍ〜４．５３μｍであることが好ましいことがわかる。

【0084】

次に、図１５及び図１６は、第２コア１２の半径ｒ_２を４．５２μｍとし、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２を変化させたときのＬＰ_２１モードの選択比[ｄＢ]を計算した結果である。図１５は第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２を２２．５μｍとした場合であり、図１６は第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２を２３．０μｍとした場合である。第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離が２３．５μｍの場合である図１３と比較して、図１６に示すように第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２は２３．０μｍとする方が選択比が高くなることがわかる。

【0085】

これまでの検討結果から得られる最適パラメータを下記表１及び表２に示す。

【0086】

【表1】

【表2】

【0087】

＜実施例２＞
上記実施例１の結果を踏まえて、第１実施形態のマルチコアファイバ１に相当するマルチコアファイバ作製し、作製されたマルチコアファイバ１によりモード合分波を行えるかを確認した。

【0088】

大径部３１におけるマルチコアファイバ１の直径は１２３．８μｍ、第１コア１１と第２コア１２とのコア間距離Λ_２は２３．２μｍであった。そして、延伸比が１．４５、テーパ部３２の長さが３ｍｍ、小径部３３の長さが６ｍｍとなるように延伸し、マルチコアファイバ１を作製した。なお、第１コア１１及び第２コア１２の屈折率及び大径部３１における半径は表１に示した通りである。

【0089】

作製したマルチコアファイバ１の第２コア１２に波長１５５０ｎｍのＬＰ_０１モードの光を入射すると、第１コア１１からＬＰ_２１モードの光が出力されることを確認できた。

【0090】

次に、結合効率の測定を行った。測定系の概略図を図１７及び図１８に示し、測定結果を図１９に示す。なお、図１７及び図１８において破線はコアの位置を示しており、マルチコアファイバ１の第２コア１２については一方の第２コア１２のみ示している。

【0091】

まず、図１７に示すように、シングルコアファイバを介して、波長可変光源から出射される光を延伸前のマルチコアファイバ１の第２コア１２の一端から入射させ、第２コア１２の他端から出射される光のパワーをパワーメータによって測定した。このパワーをＰ_０とする。そして、図１８に示すように、シングルコアファイバを介して、波長可変光源から出射される光を延伸後のマルチコアファイバ１の第２コア１２の一端から入射させ、第１コア１１の他端から出射される光のパワーをリングインデックスコア型のフューモードファイバを介して測定した。このパワーをＰ_１とする。図１９の縦軸（結合効率）はＰ_０に対するＰ_１の割合であり、横軸は波長可変光源から出射される光の波長である。また、図１９において、０，４５，９０，１３５，１８０は、それぞれ波長可変光源とシングルコアファイバとの間に設置した偏波コントローラの１／２波長板の角度を示している。

【0092】

図１９からわかるように、Ｃバンド全域でおよそ８０％以上の結合効率が得られ、第２コア１２に入射されたＬＰ_０１モードの光が第１コア１１にＬＰ_２１モードの光として合波されることが確認された。また、結合効率の偏波角度依存性が小さいこともわかった。

【産業上の利用可能性】

【0093】

本発明に係る光デバイスは、小型化が可能なモード合分波器をマルチコアファイバを用いて実現しようとするものであり、光通信の産業において利用することができる。

【符号の説明】

【0094】

１，２，３・・・マルチコアファイバ
１１・・・第１コア
１１ａ・・・内側コア
１１ｂ・・・外側コア
１２・・・第２コア
１３・・・第３コア
２０・・・クラッド
３１・・・大径部
３２・・・テーパ部
３３・・・小径部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】