2025-2346 階段型純石英コア数モード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】P2025002346

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】階段型純石英コア数モードファイバ及び光伝送システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/036 20060101AFI20241226BHJP

   H04J 14/04 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

G02B6/036

H04J14/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102454

(22)【出願日】2023-06-22

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り １．ウェブサイト掲載日 ２０２２年１１月２１日（予稿集公開日） ウェブサイトのアドレス抄録ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｓｐｉｅ．ｏｒｇ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ－ａｎｄ－ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｓ／ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ－ｗｅｓｔ（トップページ） ｈｔｔｐｓ：／／ｓｐｉｅ．ｏｒｇ／ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ－ｗｅｓｔ／ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ／Ｄｅｓｉｇｎ－ｏｆ－ｔｈｒｅｅ－ｍｏｄｅ－ｄｕａｌ－ｓｔｅｐ－ｉｎｄｅｘ－ｐｕｒｅ－ｓｉｌｉｃａ－ｃｏｒｅ／１２４２９－１６（発表ページ） ２．ウェブサイト掲載日 ２０２３年１月３１日 ウェブサイトのアドレス 国際会議Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ開催期間２０２３年１月２８日～２０２３年２月２日 ｈｔｔｐｓ：／／ｓｐｉｅ．ｏｒｇ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｓ－ａｎｄ－ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎｓ／ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ－ｗｅｓｔ ３．ウェブサイト掲載日 ２０２３年３月１５日（ビデオ公開） ウェブサイトのアドレス 国際会議Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｗｅｓｔ開催期間２０２３年１月２８日～２０２３年２月２日（発表日２０２３年１月３１日） 掲載ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｐｉｅｄｉｇｉｔａｌｌｉｂｒａｒｙ．ｏｒｇ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ－ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ－ｏｆ－ｓｐｉｅ／１２４２９／１２４２９０Ｆ／Ｄｅｓｉｇｎ－ｏｆ－ｔｈｒｅｅ－ｍｏｄｅ－ｄｕａｌ－ｓｔｅｐ－ｉｎｄｅｘ－ｐｕｒｅ－ｓｉｌｉｃａ－ｃｏｒｅ／１０．１１１７／１２．２６４７６６７．ｆｕｌｌ？ＳＳＯ＝１において「階段型純石英コア数モードファイバ及び光伝送システム」に関する技術について公開した。

(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】岩屋 太郎

(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】寒河江 悠途

(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】佐藤 孝憲

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 剛

【テーマコード（参考）】

2H250

5K102

【Ｆターム（参考）】

2H250AB04

2H250AB09

2H250AB10

2H250AC64

2H250AC94

2H250AC95

2H250AD15

2H250AD34

2H250AE26

2H250AE27

2H250AE72

2H250AH46

2H250AH50

5K102AA01

5K102AD00

5K102KA01

5K102KA42

5K102PA01

5K102PA11

5K102PH49

5K102PH50

5K102RB14

(57)【要約】

【課題】モード間遅延差（ＤＭＤ）と伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバ及び光伝送システムを提供する。
【解決手段】階段型純石英コア数モードファイバは、石英ガラスにより構成される内側コアと、内側コアより屈折率が低く、内側コアを囲む外側コアと、外側コアより屈折率が低く、全ての外側コアを囲むクラッドと、を備える。ここで、ＬＰ_２１又はＬＰ_０２の実効遮断波長が１５３０ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１０～１３μｍである。そして、波長１６２５μｍ、曲げ径３０ｍｍ、及び、曲げ回数１００回における曲げ損失が２ｄＢ以下であり、レイリー散乱損失が０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下であり、モード間遅延差の絶対値が１ｎｓ／ｋｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

石英ガラスにより構成される内側コアと、
前記内側コアより屈折率が低く、前記内側コアを囲む外側コアと、
前記外側コアより屈折率が低く、全ての前記外側コアを囲むクラッドと、
を備え、
ＬＰ_２１又はＬＰ_０２の実効遮断波長が１５３０ｎｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１０～１３μｍであり、
波長１６２５μｍ、曲げ径３０ｍｍ、及び、曲げ回数１００回における曲げ損失が２ｄＢ以下であり、
レイリー散乱損失が０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下であり、
モード間遅延差の絶対値が１ｎｓ／ｋｍ以下であり、
前記内側コアと前記外側コアの半径比および比屈折率差比を、それぞれＲ_ａ、Ｒ_Δとし、前記モードフィールド径をＷとしたとき、

【数1】

を満たす、階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項2】

【数2】

を満たすことで、前記レイリー散乱損失が０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下である、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項3】

【数3】

を満たすことで、前記モード間遅延差の絶対値が１ｎｓ／ｋｍ以下である、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項4】

【数4】

を満たすことで、前記曲げ損失が０．５ｄＢ以下である、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項5】

【数5】

を満たすことで、前記モードフィールド径が１０～１２μｍにおける前記曲げ損失が０．１ｄＢ以下である、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項6】

前記クラッドの径が１２６μｍ以下である、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項7】

複数の前記内側コアと、前記内側コアと同数の複数の前記外側コアを備え、
前記クラッドは複数の前記外側コアを囲む、請求項１に記載の階段型純石英コア数モードファイバ。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の階段型純石英コア数モードファイバと、
信号光を生成する送信機と、
前記信号光を、前記階段型純石英コア数モードファイバを伝搬する光波モードに変換するモード合波器と、
前記階段型純石英コア数モード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内側コア及び前記外側コアに入力する光結合部と、
前記階段型純石英コア数モードファイバの他端側に配置され、前記内側コア及び前記外側コア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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、階段型純石英コア数モード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。空間分割多重技術のうち、１つのコアにおいて複数のモードを伝搬させる数モードファイバ（ＦＭＦ）伝送によれば、空間多重度を高めることができ、光ファイバ１本当たりの伝送容量の飛躍的な向上につながることが期待されている。

【0003】

ＦＭＦ伝送によれば、モード間遅延差（ＤＭＤ）が大きいほど信号復元のための信号処理負荷が増大する。非特許文献１，２には、屈折率を半径方向へ放射状に変化させたグレーデットインデックス（ＧＩ）型を採用したＦＭＦにおいて、既存のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）相当の伝搬損失が生じることが開示されている。

【0004】

非特許文献３には、純石英ガラスでコアを構成した純石英コアファイバ（ＰＳＣＦ）を用いることで、伝搬損失を低減できることが開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】P. Sillard et al., “Low-differential-mode-group-delay 9-LP-mode fiber,” J. Lightw. Technol., vol. 34, no. 2, pp. 425-430 (2016).

【非特許文献2】T. Sakamoto, et al. "Differential mode delay managed transmission line for WDM-MIMO system using multi-step index fiber." J. Lightw. Technol. 30.17 : 2783-2787, (2012).

【非特許文献3】T. Kato et,al., ” Ultra low nonlinearity low loss pure silica core fiber”, OECC, vol. 2, pp. 1575-1576 (1999).

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、非特許文献１，２に開示されたＦＭＦに対して、非特許文献３の技術を適用しようとする場合、ＰＳＣＦにおける屈折率分布の制御は容易ではない。そのため、ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能なＦＭＦを製造することが困難であるという課題がある。

【0007】

本開示は、上記課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、モード間遅延差（ＤＭＤ）と伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モード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】

【0008】

上述した課題を解決するために、本開示の一態様に係る階段型純石英コア数モードファイバは、石英ガラスにより構成される内側コアと、内側コアより屈折率が低く、内側コアを囲む外側コアと、外側コアより屈折率が低く、全ての外側コアを囲むクラッドと、を備える。ここで、ＬＰ_２１又はＬＰ_０２の実効遮断波長が１５３０ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１０～１３μｍである。そして、波長１６２５μｍ、曲げ径３０ｍｍ、及び、曲げ回数１００回における曲げ損失が２ｄＢ以下であり、レイリー散乱損失が０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下であり、モード間遅延差の絶対値が１ｎｓ／ｋｍ以下である。

【0009】

また、本開示の一態様に係る光伝送システムは、本開示の階段型純石英コア数モードファイバと、信号光を生成する送信機と、信号光を、階段型純石英コア数モードファイバを伝搬する光波モードに変換するモード合波器と、階段型純石英コア数モード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内側コア及び外側コアに入力する光結合部と、階段型純石英コア数モードファイバの他端側に配置され、内側コア及び外側コア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】

【0010】

本開示によれば、モード間遅延差（ＤＭＤ）と伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバ及び光伝送システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバの構造を示す断面図である。

【図2】本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバにおける屈折率分布の一例を示す図である。

【図3A】ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。

【図3B】ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。

【図3C】ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。

【図4A】曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図4B】レイリー散乱損失の境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図4C】ＤＭＤの境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図4D】ＤＭＤの境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図5】曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図6】曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。

【図7】本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバの変形例を示す断面図である。

【図8】本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モード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】

【0012】

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。

【0013】

［１．階段型純石英コア数モードファイバの構成］
図１は、本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバの構造を示す断面図である。以下、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバを、光ファイバＦＢと表記する。

【0014】

図１では、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。光ファイバＦＢは、光波モードが伝搬する内側コア１０及び外側コア２０と、クラッド３０と、を備える。

【0015】

内側コア１０は、石英ガラスにより構成される。特に、光波モードの伝搬損失を低減するため、内側コア１０は、純石英ガラスにより構成されるものであってもよい。例えば、内側コア１０の断面形状は円形である。

【0016】

外側コア２０は、内側コア１０より屈折率が低く、内側コア１０を囲むように配置される。外側コア２０は、内側コア１０ごとに内側コア１０を囲むように配置される。例えば、内側コア１０と外側コア２０の中心軸は共通で、外側コア２０の直径は内側コア１０の直径よりも大きい。

【0017】

クラッド３０は、外側コア２０より屈折率が低く、全ての外側コア２０を囲むように配置される。例えば、クラッド３０の断面形状は円形である。クラッド３０の径は１２６μｍ以下であってもよい。既存のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と同等の標準クラッド径とすることにより、従来のコネクタやケーブル化技術等との親和性を高め、製造コストが肥大化してしまうことを抑制できる。

【0018】

内側コア１０よりも外側コア２０の屈折率を低くするため、外側コア２０には、フッ素が添加されていてもよい。同様に、外側コア２０よりもクラッド３０の屈折率を低くするため、外側コア２０には、フッ素が添加されていてもよい。屈折率を低くするために添加する物質は、フッ素（Ｆ）に限定されず、屈折率を低くする作用を有するものであれば良い。例えば、三酸化二ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）であってもよい。

【0019】

光ファイバＦＢは、１以上の任意の個数の内側コア１０及び外側コア２０を備えるものであってもよい。すなわち、光ファイバＦＢは、マルチコア化されていてもよい。マルチコア化された光ファイバＦＢについては、変形例として後述する。

【0020】

光ファイバＦＢ内を伝搬する光線は、内側コア１０及び外側コア２０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。内側コア１０及び外側コア２０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。

【0021】

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、内側コア１０及び外側コア２０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、内側コア１０及び外側コア２０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。

【0022】

本実施形態では、内側コア１０及び外側コア２０は、少なくとも１つ以上の光波モードを有するものとする。例えば、内側コア１０及び外側コア２０は、「ＬＰ_０１」および「ＬＰ_１１」を光波モードとして有する。内側コア１０及び外側コア２０が有する光波モードは、ここに挙げた例に限定されない。

【0023】

図２は、本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モード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、縦軸に屈折率を示し、横軸に、半径方向の位置を示す。例えば、図１において光ファイバＦＢの中心軸を通る断面における屈折率の分布は、図２のような階段型構造となっている。

【0024】

以下の説明のため、内側コア１０の半径を「ｒ_１」（単位μｍ）とし、外側コア２０の半径を「ｒ_２」（単位μｍ）とする。内側コア１０に対する外側コア２０の比屈折率差をΔ_１とし、内側コア１０に対するクラッド３０の比屈折率差をΔ_２とする。

【0025】

また、内側コア１０と外側コア２０の半径比および比屈折率差比を、それぞれＲ_ａ、Ｒ_Δとする。より具体的には、「Ｒ_ａ＝ｒ_１／ｒ_２」、「Ｒ_ａ＝Δ_１／Δ_２」と定義する。

【0026】

［２．光ファイバＦＢに対する要求条件］
内側コア１０と外側コア２０の半径比「Ｒ_ａ」と比屈折率差比「Ｒ_Δ」に課せられる要求条件を検討するため、種々の光ファイバＦＢに関して、構造計算を実施した。

【0027】

なお、前提条件として、光ファイバＦＢが伝送する光通信の波長帯は、Ｃバンド及びＬバンドを想定し、さらに、２ＬＰモード伝送を想定した。そして、ＬＰ_２１もしくはＬＰ_０２の実効遮断波長が１５３０ｎｍ以下となるような設計範囲を想定した。これは、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．６５４規格に準拠している（文献：ITU-T, G.654, “Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fibre and cable”, (11/2016).）。

【0028】

図３Ａ～３Ｃは、ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。ここで、任意のＲ_ａ，Ｒ_Δの組み合わせにおいてコア半径Ａ_２および比屈折率差Δ_２は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が１１．５μｍかつＬＰ_２１もしくはＬＰ_０２におけるカットオフ波長（λ_ｃ）が１５３０ｎｍとなる条件によって限定できる。

【0029】

図３Ａに示した設計範囲におけるＡ_２およびΔ_２の範囲は、それぞれ６．８９μｍ≦ａ_２≦１０．８μｍ、０．３３２％≦Δ_２≦０．６００％である。

【0030】

さらに、散乱損失係数は０．２ｄＢ（文献：M. Ohashi et al., “Optical Loss Property of Silica-Based Single-Mode Fibers”, JLT, vol.10, No.5, pp. 539-543 (1992).）、曲げ損失は波長１６２５ｎｍ及び曲げ径３０ｍｍ、１００ｔｕｒｎｓ（曲げ回数１００回）を条件として計算し、曲げ損失は常用対数をとった値をプロットしている。

【0031】

ここで、曲げ損失α_Ｂの要求条件を、α_Ｂ≦２ｄＢ／１００ｔｕｒｎとする（ｌｏｇ_１０２≦０．３）。これはＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｄの規格に準拠する。図３Ａにおいて、曲げ損失α_Ｂの要求条件を満たす領域は、次の数式１で示される。

【数1】

【0032】

また、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を、α_Ｒ≦０．１５０ｄＢ／ｋｍとする。これは波長１．５５μｍにおける既存のＰＳＣＦの損失値に準拠する。図３Ａにおいて、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を満たす領域は、次の数式２で示される。

【数2】

【0033】

さらに、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を、－１ｎｓ／ｋｍ≦τ≦１ｎｓ／ｋｍとすると、図３Ａにおいて、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を満たす領域は、次の数式３で示される。

【数3】

【0034】

次に、図３Ｂは、ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。図３Ｂでは、ＭＦＤ＝１０μｍ、λ_ｃ＝１５３０ｎｍを設計条件としている。

【0035】

図３Ｂに示した設計範囲におけるａ_２およびΔ_２の範囲は、それぞれ５．９３μｍ≦ａ_２≦７．９２μｍ、０．６２３％≦Δ_２≦０．７８９％である．

【0036】

ここで、曲げ損失α_Ｂの要求条件を、α_Ｂ≦２ｄＢ／１００ｔｕｒｎとする（ｌｏｇ_１０２≦０．３）。これはＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｄの規格に準拠する。図３Ｂにおいて、曲げ損失α_Ｂの要求条件を満たす領域は、次の数式４で示される。

【数4】

【0037】

また、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を、α_Ｒ≦０．１５０ｄＢ／ｋｍとする。これは波長１．５５μｍにおける既存のＰＳＣＦの損失値に準拠する。図３Ｂにおいて、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を満たす領域は、次の数式５で示される。

【数5】

【0038】

さらに、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を、－１ｎｓ／ｋｍ≦τ≦１ｎｓ／ｋｍとすると、図３Ｂにおいて、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を満たす領域は、次の数式６で示される。

【数6】

【0039】

さらに、図３Ｃは、ＤＭＤ、レイリー散乱損失、曲げ損失のコア構造依存性を示す図である。
図３Ｃでは、ＭＦＤ＝１３μｍ、λ_ｃ＝１５３０ｎｍを設計条件としている。

【0040】

図３Ｃに示した設計範囲におけるａ_２およびΔ_２の範囲は、それぞれ７．７２μｍ≦ａ_２≦１０．１ μｍ、０．３９０％≦Δ_２≦０．５７４％である．

【0041】

ここで、曲げ損失α_Ｂの要求条件を、α_Ｂ≦２ｄＢ／１００ｔｕｒｎとする（ｌｏｇ_１０２≦０．３）。これはＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｄの規格に準拠する。図３Ｃにおいて、曲げ損失α_Ｂの要求条件を満たす領域は、次の数式７で示される。

【数7】

【0042】

また、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を、α_Ｒ≦０．１５０ｄＢ／ｋｍとする。これは波長１．５５μｍにおける既存のＰＳＣＦの損失値に準拠する。図３Ｃにおいて、レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件を満たす領域は、次の数式８で示される。

【数8】

【0043】

さらに、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を、－１ｎｓ／ｋｍ≦τ≦１ｎｓ／ｋｍとすると、図３Ｃにおいて、モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件を満たす領域は、次の数式９で示される。

【数9】

【0044】

［２－１．曲げ損失α_Ｂの要求条件］
曲げ損失α_Ｂ＝２ｄＢを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をａ_３，ａ_２，ａ_１，ａ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式１０で示される。

【数10】

【0045】

図４Ａは、曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式１１で示される。

【数11】

【0046】

したがって、任意のＭＦＤにおいて曲げ損失の要求条件α_Ｂ≦２ｄＢを満たす領域は、次の数式１２で示される。

【数12】

【0047】

［２－２．レイリー散乱損失α_Ｒの要求条件］
レイリー散乱損失α_Ｒ＝０．１５０ｄＢ／ｋｍを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をｂ_３，ｂ_２，ｂ_１，ｂ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式１３で示される。

【数13】

【0048】

図４Ｂは、レイリー散乱損失の境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式１４で示される。

【数14】

【0049】

したがって、任意のＭＦＤにおいてレイリー散乱損失の要求条件α_Ｒ≦０．１５０ｄＢ／ｋｍを満たす領域は、次の数式１５で示される。

【数15】

【0050】

［２－３．モード間遅延差（ＤＭＤ）τの要求条件］
モード間遅延差（ＤＭＤ）τ＝１ｎｓ／ｋｍを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をｃ_３，ｃ_２，ｃ_１，ｃ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式１６で示される。

【数16】

【0051】

図４Ｃは、ＤＭＤの境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式１７で示される。

【数17】

【0052】

モード間遅延差（ＤＭＤ）τ＝－１ｎｓ／ｋｍを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をｄ_３，ｄ_２，ｄ_１，ｄ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式１８で示される。

【数18】

【0053】

図４Ｄは、ＤＭＤの境界曲線における半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式１９で示される。

【数19】

【0054】

したがって、任意のＭＦＤにおいてＤＭＤの要求条件－１≦τ≦１を満たす領域は、次の数式２０で示される。

【数20】

【0055】

［２－４．曲げ損失α_Ｂの要求条件（その他の例１）］
次に、曲げ損失α_Ｂの要求条件を、α_Ｂ≦０．５ｄＢ／１００ｔｕｒｎとする（ｌｏｇ_１０（０．５）≦－０．３）。これは海底長距離伝送を想定したＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｂの規格に準拠する。曲げ損失α_Ｂ＝０．５ｄＢを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をｅ_３，ｅ_２，ｅ_１，ｅ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式２１で示される。

【数21】

【0056】

図５は、曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式２２で示される。

【数22】

【0057】

したがって、任意のＭＦＤにおいて曲げ損失の要求条件α_Ｂ≦０．５ｄＢを満たす領域は、次の数式２３で示される。

【数23】

【0058】

［２－５．曲げ損失α_Ｂの要求条件（その他の例２）］
次に、ＭＦＤ上限を１２μｍとすると、曲げ損失α_Ｂの要求条件を、α_Ｂ≦０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎとできる（ｌｏｇ_１０（０．１）≦－１）。これは陸上中長距離伝送を想定したＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｅの規格に準拠する。曲げ損失α_Ｂ＝０．１ｄＢを満たす境界曲線において、Ｒ_Δに関する係数をｆ_３，ｆ_２，ｆ_１，ｆ_０とすると、Ｒ_Δは次の数式２４で示される。

【数24】

【0059】

図６は、曲げ損失の境界曲線における、半径比に関する係数のＭＦＤ依存性を示す図である。ＭＦＤをＷ［μｍ］とすると、係数の近似曲線は次の数式２５で示される。

【数25】

【0060】

したがって、任意のＭＦＤにおいて曲げ損失の要求条件α_Ｂ≦０．１ｄＢを満たす領域は、次の数式２６で示される。

【数26】

【0061】

［３．階段型純石英コア数モードファイバの変形例］
図７は、本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバの変形例を示す断面図である。図７では、光ファイバＦＢは、内側コア１０及び外側コア２０からなる組を４つ備えており、マルチコア化されている。

【0062】

図７に示す光ファイバＦＢにおいても、内側コア１０は、石英ガラスにより構成され、外側コア２０は、内側コア１０より屈折率が低く、内側コア１０を囲むように配置される。そして、クラッド３０は、外側コア２０より屈折率が低く、全ての外側コア２０を囲むように配置される。図７において、光ファイバＦＢは、複数の内側コア１０と、内側コア１０と同数の複数の外側コア２０を備えている。

【0063】

光ファイバＦＢが備える内側コア１０及び外側コア２０の個数は、図７に示す例に限定されない。光ファイバＦＢは、１以上の任意の個数の内側コア１０及び外側コア２０を備えるものであってもよい。光ファイバＦＢが備えるコアの１つずつを、内側コア１０及び外側コア２０によって構成することで、空間多重度を高めることが可能となる。

【0064】

［４．光伝送システムの構成］
図８は、本開示の実施形態に係る階段型純石英コア数モード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。

【0065】

送信機ＳＴは、信号光を生成する。送信機ＳＴは１以上の任意の台数であってもよい。

【0066】

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１以上の任意の台数であってもよい。

【0067】

光結合部ＦＩは、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、内側コア１０及び外側コア２０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の出力を光ファイバＦＢの、内側コア１０及び外側コア２０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。

【0068】

光抽出部ＦＯは、光ファイバＦＢの他端側に配置され、内側コア１０及び外側コア２０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、光ファイバＦＢの内側コア１０及び外側コア２０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。

【0069】

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１以上の任意の台数であってもよい。

【0070】

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。受信機ＳＲは１以上の任意の台数であってもよい。

【0071】

［実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、石英ガラスにより構成される内側コアと、内側コアより屈折率が低く、内側コアを囲む外側コアと、外側コアより屈折率が低く、全ての外側コアを囲むクラッドと、を備える。ここで、ＬＰ_２１又はＬＰ_０２の実効遮断波長が１５３０ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径が１０～１３μｍである。そして、波長１６２５μｍ、曲げ径３０ｍｍ、及び、曲げ回数１００回における曲げ損失が２ｄＢ以下であり、レイリー散乱損失が０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下であり、モード間遅延差の絶対値が１ｎｓ／ｋｍ以下である。

【0072】

ここで、内側コアと外側コアの半径比および比屈折率差比を、それぞれＲ_ａ、Ｒ_Δとし、モードフィールド径をＷとしたとき、

【数27】

を満たすものであってもよい。

【0073】

これにより、モード間遅延差（ＤＭＤ）と伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバを提供することができる。特に、曲げ損失２ｄＢ以下とすることができ、ＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｄの規格に準拠することができる。

【0074】

また、ＤＭＤが小さくなるため、信号処理側の負荷を低減することができる。光ファイバの両端に接続する装置の信号処理が小さくなるため、伝送装置のコストも低減することができる。また、伝搬損失が小さくなるため、信号がより遠くまで伝搬する。その結果、伝送装置、特に、信号を出す装置側のコストを抑制することができる。

【0075】

また、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、

【数28】

を満たすことで、レイリー散乱損失を０．１５０ｄＢ／ｋｍ以下とするものであってもよい。これにより、波長１．５５μｍにおける既存のＰＳＣＦの損失値に準拠することができる。ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバを提供することができる。

【0076】

また、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、

【数29】

を満たすことで、モード間遅延差の絶対値を１ｎｓ／ｋｍ以下とするものであってもよい。これにより、ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバを提供することができる。

【0077】

さらに、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、

【数30】

を満たすことで、曲げ損失を０．５ｄＢ以下とするものであってもよい。これにより、海底長距離伝送を想定したＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｂの規格に準拠することができる。ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバを提供することができる。

【0078】

また、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、

【数31】

を満たすことで、モードフィールド径が１０～１２μｍにおける曲げ損失を０．１ｄＢ以下とするものであってもよい。これにより、陸上中長距離伝送を想定したＩＴＵ－Ｇ．６５４．Ｅの規格に準拠することができる。ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能な階段型純石英コア数モードファイバを提供することができる。

【0079】

さらに、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、クラッドの径が１２６μｍ以下とするものであってもよい。これにより、階段型純石英コア数モードファイバは、既存のシングルモードファイバ（ＳＭＦ）と同等の標準クラッド径となる。その結果、従来のコネクタやケーブル化技術等との親和性を高め、製造コストが肥大化してしまうことを抑制できる。

【0080】

また、本実施形態に係る階段型純石英コア数モードファイバは、複数の内側コアと、内側コアと同数の複数の外側コアを備え、クラッドは複数の外側コアを囲むものであってもよい。これにより、空間多重度を高めることができ、光ファイバ１本当たりの伝送容量を向上させることができる。同時に、ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することができる。

【0081】

さらに、本実施形態に係る光伝送システムは、本開示の階段型純石英コア数モードファイバと、信号光を生成する送信機と、信号光を、階段型純石英コア数モードファイバを伝搬する光波モードに変換するモード合波器と、階段型純石英コア数モード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内側コア及び外側コアに入力する光結合部と、階段型純石英コア数モードファイバの他端側に配置され、内側コア及び外側コア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。

【0082】

これにより、ＤＭＤと伝搬損失を同時に低減することが可能な光伝送システムを提供することができる。また、ＤＭＤが小さくなるため、信号処理側の負荷を低減することができる。光ファイバの両端に接続する装置の信号処理が小さくなるため、伝送装置のコストも低減することができる。また、伝搬損失が小さくなるため、信号がより遠くまで伝搬する。その結果、伝送装置、特に、信号を出す装置側のコストを抑制することができる。

【0083】

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。

【0084】

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】

【0085】

１０ 内側コア
２０ 外側コア
３０ クラッド
１００ 光伝送システム
ＦＢ 光ファイバ（階段型純石英コア数モードファイバ）
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3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】