特開 2024-118138 数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118138

(43)【公開日】2024-08-30

(54)【発明の名称】数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20240823BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20240823BHJP

   H04J 14/04 20060101ALI20240823BHJP

【ＦＩ】

G02B6/02 461

G02B6/036

H04J14/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023024399

(22)【出願日】2023-02-20

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【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】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100129230

【弁理士】

【氏名又は名称】工藤 理恵

(72)【発明者】

【氏名】寒河江 悠途

(72)【発明者】

【氏名】中島 和秀

(72)【発明者】

【氏名】松井 隆

(72)【発明者】

【氏名】坂本 泰志

(72)【発明者】

【氏名】森 崇嘉

(72)【発明者】

【氏名】岩屋 太郎

(72)【発明者】

【氏名】今田 諒太

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 晋聖

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 剛

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝憲

【テーマコード（参考）】

2H250

5K102

【Ｆターム（参考）】

2H250AC64

2H250AC83

2H250AC94

2H250AC95

2H250AD14

2H250AD33

2H250AE25

2H250AE64

2H250AE72

2H250AE73

2H250AH22

5K102AD00

5K102PA11

5K102PA16

5K102PH49

5K102PH50

(57)【要約】

【課題】マイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システムを提供する。
【解決手段】数モードマルチコア光ファイバは、光波モードが伝搬する、少なくとも２つ以上のコア領域と、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、全てのコア領域を包含するように配置されたディプレスト領域と、ディプレスト領域の屈折率以上、且つ、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、ディプレスト領域を囲むように配置されたクラッド領域と、を備える。そして、波長１６２５ｎｍにおいて、光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、クラッド領域の伝搬モードにおける実効屈折率の間の差分が、０．００２１以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光波モードが伝搬する、少なくとも２つ以上のコア領域と、
前記コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、全ての前記コア領域を包含するように配置されたディプレスト領域と、
前記ディプレスト領域の屈折率以上、且つ、前記コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、前記ディプレスト領域を囲むように配置されたクラッド領域と、
を備え、
波長１６２５ｎｍにおいて、前記光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、前記クラッド領域の伝搬モードにおける実効屈折率の間の差分が、０．００２１以上である、数モードマルチコア光ファイバ。

【請求項2】

前記クラッド領域の直径が１２６μｍ以下であって、
前記ディプレスト領域に対する前記コア領域の比屈折率差をΔ_１とし、
前記ディプレスト領域に対する前記クラッド領域の比屈折率差をΔ_２とし、
前記差分をΔｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}として、

【数1】

を満たす、請求項１に記載の数モードマルチコア光ファイバ。

【請求項3】

前記コア領域の半径をａ（単位μｍ）とし、
前記コア領域の中心から前記ディプレスト領域の外形面までの距離をｗ（単位μｍ）とし、
前記コア領域の中心から前記クラッド領域の外形面までの距離をτ（単位μｍ）として、
２．５≦ｗ／ａ≦３．５、かつ、τ≧２９．３μｍにおいて、

【数2】

を満たす、請求項２に記載の数モードマルチコア光ファイバ。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の数モードマルチコア光ファイバと、
信号光を生成する送信機と、
前記信号光を前記光波モードに変換するモード合波器と、
前記数モードマルチコア光ファイバの一端側に配置され、前記光波モードを含む入力光を前記コア領域に入力する光結合部と、
前記数モードマルチコア光ファイバの他端側に配置され、前記コア領域からの出力光を抽出する光抽出部と、
前記出力光から前記光波モードを分離して前記信号光を取り出すモード分離器と、
前記モード分離器からの前記信号光を受信する受信機と、
を備える光伝送システム。

【請求項5】

少なくとも４台の前記送信機と、
少なくとも２台の前記モード合波器と、
を備え、
各モード合波器は、少なくとも２つ以上の前記信号光を、それぞれ前記光波モードに変換する、請求項４に記載の光伝送システム。

【請求項6】

少なくとも４台の前記受信機と、
少なくとも２台の前記モード分離器と、
を備え、
各モード分離器は、少なくとも２つ以上の前記光波モードを、それぞれ前記信号光に変換する、請求項４に記載の光伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

将来の大容量光ネットワーク実現に向けて空間分割多重技術の研究が盛んに行われている。空間分割多重技術は１本の光ファイバに複数の空間チャネル（コア、モード）を収める技術であり、従来の光ファイバと比較して光ファイバ１本当たりの伝送容量の飛躍的な向上が期待されている。

【0003】

非特許文献１には、複数のコアを有するマルチコア光ファイバの構造であって、製造性および既存設備との整合性の観点から、標準光ファイバと同等の直径１２５μｍのクラッド（標準クラッド）に単一モードが伝搬可能な同種コアを配置する構造が開示されている。

【0004】

非特許文献２には、更なる伝送容量拡大に向けて、直径１２５μｍのクラッドに、３モードが伝搬可能な同種コアを配置した数モードマルチコア光ファイバが開示されている。

【0005】

非特許文献３には、汎用的な単一モードコアの光ファイバと比較して、数モードコアの光ファイバでは、マイクロベンド損失が増大する傾向にあることが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】T. Matsui et al., "Design of 125μm cladding multi-core fiber with full-band compatibility to conventional single-mode fiber," 2015 European Conference on Optical Communication (ECOC), Valencia, Spain, 2015, pp. 1-3, doi: 10.1109/ECOC.2015.7341966.

【非特許文献2】Y. Sagae et al., “A 125-μm Cladding Diameter Uncoupled 3-mode 4-core Fibre with the Highest Core Multiplicity Factor," 2022 European Conference on Optical Communication (ECOC), 2022, Tu3A.2

【非特許文献3】P. Sillard et al., “Micro-bend-Resistant Low-Differential-Mode-Group-Delay Few-Mode Fibers," Journal of lightwave technology, vol. 35, no. 4, pp. 734-740, 2017

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

非特許文献２に記載された技術によれば、共通ディプレスト構造を利用して標準クラッド径に３モードコアを４つ配置している。しかしながら、マイクロベンド損失を抑制可能な構造は明らかではなく、依然として、数モードコアの光ファイバにおいてマイクロベンド損失が増大する傾向にあるという問題がある。

【0008】

本開示は、上記問題に鑑みてなされたものである。その目的とするところは、マイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る数モードマルチコア光ファイバは、光波モードが伝搬する、少なくとも２つ以上のコア領域と、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、全てのコア領域を包含するように配置されたディプレスト領域と、ディプレスト領域の屈折率以上、且つ、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、ディプレスト領域を囲むように配置されたクラッド領域と、を備える。そして、波長１６２５ｎｍにおいて、光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、クラッド領域の伝搬モードにおける実効屈折率の間の差分が、０．００２１以上である。

【0010】

また、本開示の一態様に係る光伝送システムは、本開示の数モードマルチコア光ファイバと、信号光を生成する送信機と、信号光を光波モードに変換するモード合波器と、数モードマルチコア光ファイバの一端側に配置され、光波モードを含む入力光をコア領域に入力する光結合部と、数モードマルチコア光ファイバの他端側に配置され、コア領域からの出力光を抽出する光抽出部と、出力光から光波モードを分離して信号光を取り出すモード分離器と、モード分離器からの信号光を受信する受信機と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、マイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバ及び光伝送システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバの構造を示す断面図である。

【図2】図２は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバにおける屈折率分布の一例を示す図である。

【図3】図３は、比屈折率差に関する構造条件を示す図である。

【図4】図４は、実効屈折率差と構造条件に現れる第１パラメータの態様を示す図である。

【図5】図５は、実効屈折率差と構造条件に現れる第２パラメータの態様を示す図である。

【図6】図６は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第１パターン）を示す図である。

【図7】図７は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第２パターン）を示す図である。

【図8】図８は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第３パターン）を示す図である。

【図9】図９は、カットオフ波長の形状依存性に現れる第３パラメータの態様を示す図である。

【図10】図１０は、カットオフ波長の形状依存性に現れる第４パラメータの態様を示す図である。

【図11】図１１は、漏洩損失の形状依存性に現れる第５パラメータの態様を示す図である。

【図12】図１２は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第４パターン）を示す図である。

【図13】図１３は、コア領域の中心からクラッド領域の外形面までの距離に関する設計可能領域を示す図である。

【図14】図１４は、漏洩損失の形状依存性に現れる第６パラメータの態様を示す図である。

【図15】図１５は、漏洩損失の形状依存性に現れる第７パラメータの態様を示す図である。

【図16】図１６は、実効屈折率差の形状依存性を示す図である。

【図17】図１７は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバを用いた光伝送システムの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、図面を参照して、本開示の実施の形態を詳細に説明する。説明において、同一のものには同一符号を付して重複説明を省略する。

【0014】

［１．数モードマルチコア光ファイバの構成］
図１は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバの構造を示す断面図である。図１では、数モードマルチコア光ファイバＦＢの延在する方向（中心軸の方向）に直交する断面での断面図が示されている。数モードマルチコア光ファイバＦＢは、光波モードが伝搬するコア領域１０と、ディプレスト領域２０と、クラッド領域３０と、を備える。

【0015】

数モードマルチコア光ファイバＦＢは、少なくとも２つ以上のコア領域１０を備えるものであってもよい。図１では、４つのコア領域１０が配置される例が示されている。なお、数モードマルチコア光ファイバＦＢが有するコア領域１０の数、及び、配置は、図１に示す例に限定されない。例えば、数モードマルチコア光ファイバＦＢは、２つ以上の任意の個数のコア領域１０を有するものであってもよい。また、数モードマルチコア光ファイバＦＢにおいて、複数のコア領域１０は、円環状に配置されていてもよいし、六方最密配置で配置されていてもよい。

【0016】

数モードマルチコア光ファイバＦＢ内を伝搬する光線は、コア領域１０における全反射の繰り返しによって伝搬する。ここで、光線の傾きは任意の値が許されるものではなく、特別の角度を有する光線のみが伝搬可能となる。このような光線の形態を光波モードと呼ぶ。コア領域１０を伝搬可能な光波モードは、例えば電磁界解析によって求めることができる。

【0017】

例えば、光波モードには、直線偏光モード（Ｌｉｎｅａｒｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｍｏｄｅ）が存在する。直線偏光モードは、「ＬＰ_ｍｌ」の形式で表現される。ここで、「ｍ」は、コア領域１０を伝搬する光線の横方向電界の強度分布の角度方向の変化の様子を示すモード次数であり、「ｌ」は、コア領域１０を伝搬する光線の横方向電界の強度分布の半径方向の変化の様子を示すモード次数である。

【0018】

本実施形態では、コア領域１０は、少なくとも２つ以上の光波モードを有するものとする。例えば、コア領域１０は、「ＬＰ_０１」および「ＬＰ_１１」を光波モードとして有する。コア領域１０が有する光波モードは、ここに挙げた例に限定されない。

【0019】

ディプレスト領域２０は、数モードマルチコア光ファイバＦＢに配置された全てのコア領域１０を包含するように配置される。ディプレスト領域２０は、コア領域１０の屈折率未満の屈折率を有する。例えば、ディプレスト領域２０の断面形状は円形である。

【0020】

クラッド領域３０は、ディプレスト領域２０を囲むように配置される。例えば、クラッド領域３０の断面形状は円形であり、ディプレスト領域２０の外形面の中心軸とクラッド領域３０の外形面の中心軸は、共通であってもよい。つまり、クラッド領域３０は、ディプレスト領域２０の同軸上に配置されてもよい。

【0021】

また、クラッド領域３０は、ディプレスト領域２０の屈折率以上、且つ、コア領域１０の屈折率未満の屈折率を有する。

【0022】

以下の説明のため、コア領域１０の半径を「ａ」（単位μｍ）とする。コア領域１０の中心からディプレスト領域２０の外形面までの距離を「ｗ」（単位μｍ）とする。コア領域１０の中心からクラッド領域３０の外形面までの距離を「τ」（単位μｍ）とする。また、ディプレスト領域２０に対するコア領域１０の比屈折率差をΔ_１とする。ディプレスト領域２０に対するクラッド領域３０の比屈折率差をΔ_２とする。

【0023】

図２は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバにおける屈折率分布の一例を示す図である。図２では、縦軸に、ディプレスト領域２０に対する比屈折率差を示し、横軸に、径方向の位置を示す。例えば、図１において数モードマルチコア光ファイバＦＢの中心軸を通る断面における比屈折率差の分布は、図２のように示される。

【0024】

以下、説明のため、図１、図２に示される数モードマルチコア光ファイバＦＢの構成において、コア領域１０を伝搬する光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、クラッド領域３０の伝搬モードにおける実効屈折率の差分をΔｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}とする。

【0025】

ここで、非特許文献３によれば、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」とマイクロベンド損失の間に、強い相関があることが報告されている。そこに着目し、本願の発明者は、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}≧０．００２１」という条件が満たされる場合に、マイクロベンド損失を抑制可能であるとの知見を得た。マイクロベンド損失を抑制できる理由を以下で、説明する。

【0026】

［２．実効屈折率の差分の観点からの構造条件］
「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}≧０．００２１」という条件を満たすために「Δ_１」及び「Δ_２」に課せられる構造条件を検討するため、種々の数モードマルチコア光ファイバＦＢに関して、構造計算を実施した。

【0027】

図３は、比屈折率差に関する構造条件を示す図である。図３では、「τ＝３３．５μｍ」の場合に、波長１６２５ｎｍにおいて、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}＝０．００２１，０．００２４，０．００２７，０．００３０」となる、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の関係を示している。なお、波長１５５０ｎｍにおいて光波モードの「ＬＰ_０１」のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、標準単一モード光ファイバと同等の１０．０μｍとしている。また、クラッド領域３０の直径が１２６μｍ以下であるとしている。

【0028】

その結果、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の間には次の数式１が成立することが分かった。

【数1】

【0029】

なお、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」及び数式１に現れる第１パラメータ「Ｋ_１」の間には次の数式２が成立する。図４は、実効屈折率差と構造条件に現れる第１パラメータの態様を示す図である。

【数2】

【0030】

「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」及び数式１に現れる第２パラメータ「Ｋ_２」の間には次の数式３が成立する。図５は、実効屈折率差と構造条件に現れる第２パラメータの態様を示す図である。

【数3】

【0031】

上述した数式１～３に基づくと、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}≧０．００２１」とする場合の、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の間の関係は、次の数式４によって表される。

【数4】

【0032】

［３．カットオフ波長及び漏洩損失の観点からの構造条件］
次に、カットオフ波長及び漏洩損失の観点から、「Δ_１」及び「Δ_２」に課せられる構造条件を検討するため、種々の数モードマルチコア光ファイバＦＢに関して、構造計算を実施した。

【0033】

図６は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第１パターン）を示す図である。図６では、「τ＝３３．５μｍ」かつ「ｗ／ａ＝２．５」の場合に、光波モードの「ＬＰ_２１」のカットオフ波長「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下であって、波長１６２５ｎｍにおける漏洩損失「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の関係を示している。なお、波長１５５０ｎｍにおいて光波モードの「ＬＰ_０１」のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、標準単一モード光ファイバと同等の１０．０μｍとしている。

【0034】

図６において、実線は「λ_ｃ」に関する条件によって定まる境界線であり、破線は「α_ｃ」に関する条件によって定まる境界線である。そして、図６の斜線で示された領域が、利用可能な条件を示す。図６の実線、及び、破線は、次の数式５によって表される。

【数5】

【0035】

図７は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第２パターン）を示す図である。図６に示す場合とは異なり、図７は、「ｗ／ａ＝３．０」の場合における、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の関係を示している。

【0036】

図７において、実線は「λ_ｃ」に関する条件によって定まる境界線であり、破線は「α_ｃ」に関する条件によって定まる境界線である。そして、図７の斜線で示された領域が、利用可能な条件を示す。図７の実線、及び、破線は、次の数式６によって表される。

【数6】

【0037】

図８は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第３パターン）を示す図である。図６に示す場合とは異なり、図８は、「ｗ／ａ＝３．５」の場合における、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の関係を示している。

【0038】

図８において、実線は「λ_ｃ」に関する条件によって定まる境界線であり、破線は「α_ｃ」に関する条件によって定まる境界線である。そして、図８の斜線で示された領域が、利用可能な条件を示す。図７の実線、及び、破線は、次の数式７によって表される。

【数7】

【0039】

よって、図６～８の結果より、「ｗ／ａ」が「２．５」から「３．５」の範囲における、「λ_ｃ」と「ｗ／ａ」の関係は、次の数式８によって表されることが分かった。

【数8】

【0040】

ここで、「ｗ／ａ」及び数式８に現れる第３パラメータ「Ｋ_３」の間には次の数式９が成立する。図９は、カットオフ波長の形状依存性に現れる第３パラメータの態様を示す図である。

【数9】

【0041】

また、「ｗ／ａ」及び数式８に現れる第４パラメータ「Ｋ_４」の間には次の数式１０が成立する。図１０は、カットオフ波長の形状依存性に現れる第４パラメータの態様を示す図である。

【数10】

【0042】

したがって、光波モードの「ＬＰ_２１」のカットオフ波長「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下となる構造条件は、「Δ_１」、「Δ_２／Δ_１」、及び、「ｗ／ａ」を用いて、次の数式１１によって表される。

【数11】

【0043】

さらに、図６～８の結果より、「ｗ／ａ」が「２．５」から「３．５」の範囲における、「α_ｃ」と「ｗ／ａ」の関係は、次の数式１２によって表されることが分かった。

【数12】

【0044】

ここで、「ｗ／ａ」及び数式１２に現れる第５パラメータ「Ｋ_５」の間には次の数式１３が成立する。図１１は、漏洩損失の形状依存性に現れる第５パラメータの態様を示す図である。

【数13】

【0045】

したがって、「τ＝３３．５μｍ」において、「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下、かつ、「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる、「Δ_１」、「Δ_２／Δ_１」、及び、「ｗ／ａ」に関する構造条件は、次の数式１４によって表される。

【数14】

【0046】

［４．クラッド領域の外形面までの距離の観点からの構造条件］
次に、クラッド領域の外形面までの距離の観点から、「Δ_１」及び「Δ_２」に課せられる構造条件を検討するため、種々の数モードマルチコア光ファイバＦＢに関して、構造計算を実施した。

【0047】

図１２は、カットオフ波長及び漏洩損失に関する構造条件（第４パターン）を示す図である。図１２では、「τ＝３０．７μｍ」かつ「ｗ／ａ＝３．５」の場合に、光波モードの「ＬＰ_２１」のカットオフ波長「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下であって、波長１６２５ｎｍにおける漏洩損失「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる、「Δ_１」及び「Δ_２／Δ_１」の関係を示している。なお、波長１５５０ｎｍにおいて光波モードの「ＬＰ_０１」のモードフィールド径（ＭＦＤ）は、標準単一モード光ファイバと同等の１０．０μｍとしている。

【0048】

図１２において、実線は「λ_ｃ」に関する条件によって定まる境界線であり、破線は「α_ｃ」に関する条件によって定まる境界線である。そして、図１２の斜線で示された領域が、利用可能な条件を示す。図１２の実線、及び、破線は、次の数式１５によって表される。

【数15】

【0049】

よって、図８及び図１２の結果より、コア領域１０の中心からクラッド領域３０の外形面までの距離に応じて、設計可能領域を定めることができる。図１３は、コア領域の中心からクラッド領域の外形面までの距離に関する設計可能領域を示す図である。

【0050】

図１３では、「Δ_１＝０．７８％」であって、光波モードの「ＬＰ_２１」のカットオフ波長「λ_ｃ」が１５３０ｎｍとなる場合の、「Δ_２／Δ_１」と「τ」の関係が実線で示されている。また、漏洩損失「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる場合の、「Δ_２／Δ_１」と「τ」の関係が破線で示されている。そして、図１３の斜線で示された領域が、利用可能な条件を示す。

【0051】

図１３の実線により、カットオフ波長「λ_ｃ」に関する「Δ_２／Δ_１」は、有意な「τ」依存性を示していないことが分かる。一方、漏洩損失「α_ｃ」に関する「Δ_２／Δ_１」は、「τ」が減少するのに伴って減少する。そして、「τ＜２９．３μｍ」の範囲で設計可能領域が消滅する。

【0052】

「τ」が増加するのに伴って、「Δ_２／Δ_１」に関する設計可能領域は拡大する。しかしながら、「τ」が増加するとコア領域１０間の距離が小さくなってしまい、コア間クロストークが増大する。一般に、コア間クロストークは受信機において－１７ｄＢ以下に抑制できるように設計されることが望ましいとされている（次の文献を参照：P. J. Winzer et al., “Penalties from In-Band Crosstalk for Advanced Optical Modulation Formants,”ECOC2011 Tu5B7 (2011)）。

【0053】

したがって、「τ≧２９．３μｍ」である領域で、コア間クロストークが光伝送システムの要求レベルに基づいて定まる閾値以下となるように、「τ」が選択されることが望ましい。

【0054】

上述した漏洩損失「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる場合の、「Δ_２／Δ_１」と「τ」の関係は、次の数式１６によって表される。

【数16】

【0055】

ここで、「τ」及び数式１６に現れる第６パラメータ「Ｋ_６」の間には次の数式１７が成立する。図１４は、漏洩損失の形状依存性に現れる第６パラメータの態様を示す図である。

【数17】

【0056】

また、「τ」及び数式１６に現れる第７パラメータ「Ｋ_７」の間には次の数式１８が成立する。図１５は、漏洩損失の形状依存性に現れる第７パラメータの態様を示す図である。

【数18】

【0057】

以上の結果から、「２．５≦ｗ／ａ≦３．５」及び「τ≧２９．３μｍ」の範囲で、「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下、かつ、「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる、「Δ_１」、「Δ_２／Δ_１」、及び、「ｗ／ａ」に関する構造条件は、次の数式１９によって表される。

【数19】

【0058】

［５．補足］
なお、実効屈折率の差分「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」に関して、コア領域１０の中心からクラッド領域３０の外形面までの距離「τ」への依存性についても調べた。図１６は、実効屈折率差の形状依存性を示す図である。

【0059】

図１６では、「Δ_１＝０．７８％」及び「Δ_２／Δ_１＝０．２９」における、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」と「τ」の関係を示している。少なくとも「τ≧２９．３μｍ」の範囲で、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」は、有意な「τ」依存性を示していない。そのため、上述した、「Δｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}」、「Δ_１」、「Δ_２／Δ_１」の関係は、「τ」に依存せずに成立することが分かる。

【0060】

［６．光伝送システムの構成］
図１７は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバを用いた光伝送システムの構成を示す図である。光伝送システム１００は、本開示の実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバＦＢ、送信機ＳＴ、モード合波器ＭＴ、光結合部ＦＩ、光抽出部ＦＯ、モード分離器ＭＲ、受信機ＳＲを備える。

【0061】

送信機ＳＴは、信号光を生成する。送信機ＳＴは複数台であってもよい。特に、送信機ＳＴは４台以上であってもよい。

【0062】

モード合波器ＭＴは、信号光を光波モードに変換する。モード合波器ＭＴは複数台であってもよい。各モード合波器ＭＴは、少なくとも２つ以上の信号光を、それぞれ光波モードに変換するものであってもよい。

【0063】

光結合部ＦＩは、数モードマルチコア光ファイバＦＢの一端側に配置され、光波モードを含む入力光をコア領域１０に入力する。光結合部ＦＩは、モード合波器ＭＴと接続され、各モード合波器ＭＴの出力を数モードマルチコア光ファイバＦＢの各コア領域１０に導入するものであってもよい。その他、光結合部ＦＩは、ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）であってもよい。ＭＵＸとは、複数の入力信号を一つの出力信号に変換する回路である。ＭＵＸは、複数の入力信号のうち、一つだけを選択して出力信号とする選択する信号は、選択信号と呼ばれる制御信号によって決定される。

【0064】

光抽出部ＦＯは、数モードマルチコア光ファイバＦＢの他端側に配置され、コア領域１０からの出力光を抽出する。光抽出部ＦＯは、モード分離器ＭＲと接続され、数モードマルチコア光ファイバＦＢの各コア領域１０の出力を各モード合波器ＭＴに導入するものであってもよい。その他、光抽出部ＦＯは、ＤＥＭＵＸ（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）であってもよい。ＤＥＭＵＸは、ＭＵＸの逆の機能を持ち、一つの入力信号を複数の出力信号に分配する回路である。ＤＥＭＵＸは、入力信号を、選択信号に応じて複数の出力に分配する。

【0065】

モード分離器ＭＲは、出力光から光波モードを分離して信号光を取り出す。モード分離器ＭＲは複数台であってもよい。各モード分離器ＭＲは、少なくとも２つ以上の光波モードを、それぞれ信号光に変換するものであってもよい。

【0066】

受信機ＳＲは、モード分離器ＭＲからの信号光を受信する。受信機ＳＲは複数台であってもよい。特に、受信機ＳＲは４台以上であってもよい。

【0067】

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバは、光波モードが伝搬する、少なくとも２つ以上のコア領域と、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、全てのコア領域を包含するように配置されたディプレスト領域と、ディプレスト領域の屈折率以上、且つ、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、ディプレスト領域を囲むように配置されたクラッド領域と、を備える。そして、波長１６２５ｎｍにおいて、光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、クラッド領域の伝搬モードにおける実効屈折率の間の差分が、０．００２１以上である。

【0068】

これにより、マイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバを提供できる。特に、数モードマルチコア光ファイバが配線されてから長期間経過した場合に、マイクロベンドが生じても、マイクロベンドからの通信光の漏洩が抑制される。その結果、配線されてから長期間経過してもマイクロベンド損失が大きくならずに、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバを提供できる。

【0069】

また、本実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバは、クラッド領域の直径が１２６μｍ以下であって、ディプレスト領域に対する前記コア領域の比屈折率差をΔ_１とし、ディプレスト領域に対する前記クラッド領域の比屈折率差をΔ_２とし、差分をΔｎ_{ｅｆｆ＿ｃｌ}として、

【数20】

を満たすものであってもよい。

【0070】

これにより、光波モードのうち最高次のモードにおける実効屈折率と、クラッド領域の伝搬モードにおける実効屈折率の間の差分が、０．００２１以上となる。その結果、数モードマルチコア光ファイバのマイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる。特に、コア領域を伝搬する光波モードと、クラッド領域の伝搬モードの結合が抑制され、コア領域を伝搬する光線がクラッド領域を介して漏洩することが抑制される。

【0071】

さらに、本実施形態に係る数モードマルチコア光ファイバは、コア領域の半径をａ（単位μｍ）とし、前記コア領域の中心から前記ディプレスト領域の外形面までの距離をｗ（単位μｍ）とし、前記コア領域の中心から前記クラッド領域の外形面までの距離をτ（単位μｍ）として、２．５≦ｗ／ａ≦３．５、かつ、τ≧２９．３μｍにおいて、

【数21】

を満たすものであってもよい。

【0072】

これにより、光波モードの「ＬＰ_２１」のカットオフ波長「λ_ｃ」が１５３０ｎｍ以下であって、波長１６２５ｎｍにおける漏洩損失「α_ｃ」が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。その結果、数モードマルチコア光ファイバのマイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる。特に、コア領域を伝搬する光波モードと、クラッド領域の伝搬モードの結合が抑制され、コア領域を伝搬する光線がクラッド領域を介して漏洩することが抑制される。

【0073】

本実施形態に係る光伝送システムは、本開示の数モードマルチコア光ファイバと、信号光を生成する送信機と、信号光を光波モードに変換するモード合波器と、数モードマルチコア光ファイバの一端側に配置され、光波モードを含む入力光をコア領域に入力する光結合部と、数モードマルチコア光ファイバの他端側に配置され、コア領域からの出力光を抽出する光抽出部と、出力光から光波モードを分離して信号光を取り出すモード分離器と、モード分離器からの信号光を受信する受信機と、を備える。

【0074】

これにより、マイクロベンド損失を抑制することができ、低損失性を維持できる数モードマルチコア光ファイバを用いて、長期間にわたって安定して光伝送のサービスを提供することができる。さらには、数モードマルチコア光ファイバの交換の回数を減らすことができ、光伝送システムの保守、メンテナンスに係るコストを削減できる。

【0075】

また、本実施形態に係る光伝送システムは、少なくとも４台の前記送信機と、少なくとも２台の前記モード合波器と、を備え、各モード合波器は、少なくとも２つ以上の前記信号光を、それぞれ前記光波モードに変換するものであってもよい。

【0076】

これにより、複数の送信機から送信された信号を、１本の光ファイバが有する複数の空間チャネル（コア、モード）で伝送することができる。その結果、光ファイバ１本当たりの伝送容量を増加させることができる。

【0077】

さらに、本実施形態に係る光伝送システムは、少なくとも４台の前記受信機と、少なくとも２台の前記モード分離器と、を備え、各モード分離器は、少なくとも２つ以上の前記光波モードを、それぞれ前記信号光に変換するものであってもよい。

【0078】

これにより、１本の光ファイバが有する複数の空間チャネル（コア、モード）で伝送された信号を、複数の受信機で確実に受信することができる。その結果、光ファイバ１本当たりの伝送容量を増加させることができる。

【0079】

以上、実施形態に沿って本開示の内容を説明したが、本開示はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。この開示の一部をなす論述および図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

【0080】

本開示はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本開示の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【符号の説明】

【0081】

１０ コア領域
２０ ディプレスト領域
３０ クラッド領域
１００ 光伝送システム
ＦＢ 数モードマルチコア光ファイバ
ＦＩ 光結合部
ＦＯ 光抽出部
ＭＲ モード分離器
ＭＴ モード合波器
ＳＲ 受信機
ＳＴ 送信機

【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】