特表 2024-505876 マルチコア光ファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-08

(54)【発明の名称】マルチコア光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20240201BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G02B6/02 461

G02B6/42

G02B6/02 411

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023545226

(86)(22)【出願日】2022-01-24

(85)【翻訳文提出日】2023-08-24

(86)【国際出願番号】 US2022013477

(87)【国際公開番号】W WO2022164739

(87)【国際公開日】2022-08-04

(31)【優先権主張番号】63/141,739

(32)【優先日】2021-01-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】509094034

【氏名又は名称】オーエフエス ファイテル，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100114915

【弁理士】

【氏名又は名称】三村 治彦

(74)【代理人】

【識別番号】100125139

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100209808

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 高志

(72)【発明者】

【氏名】ホカンソン，アダム

(72)【発明者】

【氏名】リ，ジエ

(72)【発明者】

【氏名】サン，シャオグアン

【テーマコード（参考）】

2H137

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H137AB05

2H137AB06

2H137BA18

2H137BB12

2H250AC34

2H250AC62

2H250AC94

2H250AC98

(57)【要約】

マルチコア光ファイバは、少なくとも２つの螺旋状コアを含む。マルチコア光ファイバが曲げられるとき、曲げ長さ（Ｌ）および曲げ半径（Ｒ）を有するように、各コアは異なる歪みを受け、それによって、コア間の有効光学長差（５１）をもたらす。本開示では、螺旋状コアは、δ１／Ｌを５×１０^－６未満の値に減少させるピッチ（Ｐ）を有する（すなわち、δ１／Ｌ＜５×１０^－６）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作波長（λ）と、
曲げ長さ（Ｌ）および曲げ半径（Ｒ）を有する曲げ部と、
伝送軸と、
前記伝送軸に沿って延在するとともに、実質的に円形の横断面および軸心（Ｃ）を有するクラッドと、
前記クラッド内に位置するとともに、第１のオフセット距離（Λ１）だけＣから半径方向にオフセットして配置された第１の螺旋状コアであって、
Ｐ＜Ｌである第１のピッチ（Ｐ１）、およびλにおける第１のコア有効屈折率（ｎｌ）を有する第１の螺旋状コアと、
前記クラッド内に位置するとともに、第２のオフセット距離（Λ２）だけＣから半径方向にオフセットして配置され、コア間隔距離（ΔＤ）だけ前記第１の螺旋状コアから離れた第２の螺旋状コアであって、
第２のピッチ（Ｐ２）、およびλにおける第２のコア有効屈折率（ｎ２）を有する第２の螺旋状コアと、
前記第１の螺旋状コアと前記第２の螺旋状コアとの間の有効光学長差（δ１）であって、δ１／Ｌ＜５×１０^－６である有効光学長差（δ１）と、
を備えるマルチコア光ファイバ。

【請求項2】

レーザと、
前記レーザに動作可能に結合された変調器入力部、および変調器出力を有する変調器と、
平衡光検出器と、
前記変調器出力および前記平衡光検出器の間に光学的に接続されたマルチコア光ファイバとを備える光ファイバ信号伝送システムであって、
前記マルチコア光ファイバは、
動作波長（λ）と、
曲げ長さ（Ｌ）および曲げ半径（Ｒ）を有する曲げ部と、
伝送軸と、
前記伝送軸に沿って延在するとともに、実質的に円形の横断面および軸心（Ｃ）を有するクラッドと、
前記クラッド内に位置するとともに、第１のオフセット距離（Λ１）だけＣから半径方向にオフセットして配置され第１の螺旋状コアであって、
Ｐ＜Ｌである第１のピッチ（Ｐ１）、およびλにおける第１のコア有効屈折率（ｎｌ）を有する第１の螺旋状コアと、
前記クラッド内に位置するとともに、第２のオフセット距離（Λ２）だけＣから半径方向にオフセットして配置され、少なくともコア間隔距離（ΔＤ）だけ前記第１の螺旋状コアから離れた第２の螺旋状コアであって、
Ｐ２≒Ｐ１である第２のピッチ（Ｐ２）、およびλにおける第２のコア有効屈折率（ｎ２）を有する第２の螺旋状コアと、
前記第１の螺旋状コアと前記第２の螺旋状コアとの間の有効光学長差（δ１）であって、δ１／Ｌ＜５×１０^－６である有効光学長差（δ１）と、
を備える光ファイバ信号伝送システム。

【請求項3】

レーザと、
前記レーザに動作可能に結合された変調器入力部、および変調器出力を有する変調器と、
平衡光検出器と、
第１のファイバ長、前記変調器出力に光学的に結合される第１のファイバ入力端、第１のファイバ出力端、第１の有効光学長（１１）を有する第１のコア、第２の有効光学長（１２）を有する第２のコアを備える第１のマルチコア光ファイバと、
第２のマルチコア光ファイバであって、
前記第１のファイバ長と実質的に同じである第２のファイバ長、
前記第１のファイバ出力端に光学的に結合された第２のファイバ入力端、
前記平衡光検出器に光学的に結合された第２のファイバ出力、
前記第２のコアに接合され、前記変調器および前記平衡光検出器の間において第１の光路を形成し、前記第１の光路は曲げ長さ（Ｌ）を有する曲げ部を有し、１２と実質的に同じ第３の有効光学長（１３）を有する第３のコア、
前記第１のコアに接合され、前記変調器および前記平衡光検出器の間に第２の光路を形成し、前記第２の光路は前記曲げ部を有し、１１と実質的に同じである第４の有効光学長（１４）を有する第４のコア、
を備える前記第２のマルチコア光ファイバと、
前記第１の光路と前記第２の光路との間の有効光学長差（δ１）であって、δ１／Ｌ＜５×１０^－６である有効光学長差（δ１）と、
を備える光ファイバ信号伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の参照］
本出願は、「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｌｉｎｋｓ ｗｉｔｈ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｅｎｇｔｈｓ Ｕｓｉｎｇ Ｓｐｕｎ Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ」という名称を有する、Ｓｕｎらによって２０２１年１月２６日に出願された米国特許仮出願６３／１４１，７３９の利益を主張するこれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる

【0002】

［開示の分野］
本開示は、概して、光学システムに関し、より詳細には、光ファイバシステムに関する。

【背景技術】

【0003】

デュアルコア光ファイバを使用する光ファイバベースのフォトニックリンクは、当技術分野で知られている。例えば、名称「Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃａｂｌｅ」を有する米国特許出願公開２０２１／０３１８５０５Ａ１ （Ｂｅｒａｎｅｋら）は、２０２１年１０月１４日に公開され、本明細書に明示的に記載されているかのように、参照することによってその全体が組み込まれ、デュアルコア光ファイバを使用する、平衡強度変調直接検出（ＩＭＤＤ：Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）システムを教示する。

【0004】

ほとんどの光信号伝送システムにおけるように、信号完全性を維持することは重要であり、したがって、光信号伝送システムを改善するための努力が進行中である。

【発明の概要】

【0005】

本開示は、動作波長（λ）で動作するマルチコア光ファイバを教示する。マルチコア光ファイバは、少なくとも２つの螺旋状コアを含む。マルチコア光ファイバが曲げられて曲げ長さ（Ｌ）と曲げ半径（Ｒ）とを有する場合、各コアは異なる歪みを受け、その結果、コア間の実効的な光学長差（δ１）が生じる。本開示では、螺旋状コアは、δ１／Ｌを５×１０^－６未満の値に減少させるピッチ（Ｐ）を有する。

【0006】

他のシステム、デバイス、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明の検討によって、当業者に明白となるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、特徴、および利点は、本説明内に含まれ、本開示の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

【0007】

本開示の多くの態様は、以下の図面を参照してより良く理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれている。さらに、図面において、同様の参照番号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】マルチコア光ファイバの一実施形態の横断面を示す図である。

【図2】図１のマルチコア光ファイバの斜視図である。

【図3】マルチコア光ファイバが曲げられたとき（曲げ長さ（Ｌ）および曲げ半径（Ｒ）を有する）の図１および図２のマルチコア光ファイバのコアのうちの１つの螺旋構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

Ｂｅｒａｎｅｋらによる名称「Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃａｂｌｅ」を有する米国特許出願公開２０２１／０３１８５０５Ａ１は、デュアルコア光ファイバを使用する直接検出を伴う平衡強度変調（ＩＭＤＤ）システムを教示している。典型的なシステムがＢｅｒａｎｅｋの図３に示されており、これはレーザ、変調器、平衡光検出器、および変調器の出力と平衡光検出器との間に光学的に接続されるデュアルコア光ファイバを示す。デュアルコア（またはマルチコア）ＩＭＤＤシステムは当業者に知られているので、ＩＭＤＤシステムの切り詰められた議論のみが本明細書で提供され、ＩＭＤＤシステムに関するさらなる詳細については、Ｂｅｒａｎｅｋの公開特許出願が参照される。

【0010】

Ｂｅｒａｎｅｋは、デュアルコアＩＭＤＤ（および同様のもの）システムの欠点が、屈曲および温度変動が時々２つのコアに異なる影響を及ぼすことであることを特定している。その結果、曲げまたは温度誘発効果は、しばしば予測不可能な有害な結果を伴って、光信号に対して異なる有効経路長を誘発し得る。

【0011】

曲げまたは温度の影響のいくつかを軽減するために、Ｂｅｒａｎｅｋは、デュアルコアファイバを中心軸ファイバの周囲に巻き付け、それによって、デュアルコアファイバとともに螺旋を生成する。明確にするために、Ｂｅｒａｎｅｋの２つのコアは、クラッド自体内で螺旋状ではない。むしろ、螺旋性は、ファイバ全体（クラッドを含む）に付与される。そのようなスパイラル幾何学形状を採用することによって、Ｂｅｒａｎｅｋは、リンク経路長差を無効にしようとする。しかしながら、Ｂｒａｎｅｋの解決策は、デュアルコアファイバが引き出された後の経路長差の補償を必要とする。そのような引き出し後補償スキームは、製造に複雑さをもたらし、したがって、引き出し後のコストを増加させる。

【0012】

Ｂｅｒａｎｅｋとは異なり、本開示は、（クラッド自体が螺旋状ではない）クラッド内に螺旋状コアを提供することによって異なる動作原理を教示する。言い換えれば、ファイバ全体（クラッドおよびコアの両方を有する）を螺旋状に構成するのではなく、本開示は、コアのみを螺旋状に構成する（全て非螺旋状クラッド内）。したがって、本出願における本発明のマルチコアファイバは、コア自体に対して螺旋状コアを有するが、クラッドに対しては有さない。（曲げ半径（Ｒ）および曲げ長さ（Ｌ）によって特徴付けられる）曲げを有するマルチコア光ファイバにおける螺旋状コアのピッチ（Ｐ）を制御することによって、有効経路長差（δ１）は、５×１０^－６×Ｌ未満に低減される。

【0013】

技術的問題に対する広範な技術的解決策を提供したので、ここで、図面に示される実施形態の説明を詳細に参照する。いくつかの実施形態がこれらの図面に関連して説明されるが、本開示を本明細書に開示される１つまたは複数の実施形態に限定する意図はない。それどころか、すべての代替形態、修正形態、および均等物を網羅することが意図される。

【0014】

図１は、マルチコア光ファイバの実施形態の横断面を示す図であり、図２は、マルチコア光ファイバの斜視図である。簡潔にするため（および混乱した図面を避けるため）、図３は、図１および図２のマルチコア光ファイバの１つの螺旋状コアのみを示す。

【0015】

図１および図２では、デュアルコア光ファイバ１１０が、動作波長（λ）（中心波長としても知られる）で光信号を搬送するように構成されたマルチコア光ファイバの例示的な実施形態として示されている。図１および図２に示すように、デュアルコア光ファイバ１１０は、第１の螺旋状コア１２０ａと、第２の螺旋状コア１２０ｂと、実質的に円筒形のクラッド１３０とを備える。

【0016】

クラッド１３０は、デュアルコア光ファイバ１１０の信号伝送軸に実質的に平行に走る軸中心（Ｃ）を有する実質的に円形の横断面を含む。

【0017】

第１の螺旋状コア１２０ａは、クラッド１３０内に位置し、Ｃからオフセット距離Λ１だけ半径方向にオフセットされる（１つのコアのみが示されている限り、図３ではΛと略される）。同様に、第２の螺旋状コア１２０ｂもクラッド１３０内に位置し、Ｃから距離Λ２だけ半径方向にオフセットされる（図示せず）。図１に示すように、螺旋状コア１２０ａ、１２０ｂは、コア間隔距離（ΔＤ）だけ互いに離間している。好ましくは、第１の螺旋状コア１２０ａおよび第２の螺旋状コア１２０ｂは、Ｃの両側に対称に配置される。

【0018】

当然ながら、当技術分野で知られているように、螺旋状コア１２０ａ、１２０ｂのそれぞれは、動作波長λにおいて、有効コア屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する。また、螺旋の幾何学形状により、各螺旋状コア１２０ａ、１２０ｂは、周期性を画定する、関連付けられたピッチ（それぞれ、図２に示されるように、Ｐ１およびＰ２）を有する。

【0019】

引き続き図３を参照すると、デュアルコアファイバ１１０が曲げられると、曲げ（曲げ半径（Ｒ）および曲げ長さ（Ｌ）を有する）は螺旋状コア１２０ａに対応する曲げを与える。螺旋状コア１２０ａの曲げは、螺旋形状の山部および谷部において、それぞれの周期的な張力歪みおよび圧縮歪みを誘起する。有意に、Ｐ１およびＰ２が実質的に同じであり（すなわち、Ｐ１≒Ｐ２≒Ｐ）、ＰがＬ未満である（すなわち、Ｐ＜Ｌ）場合、螺旋状コア１２０ａ、１２０ｂは、Ｌに沿って交互の張力歪みおよび圧縮歪みを受ける。さらに、２つのコア１２０ａ、１２０ｂがＣに関して対称に配置される場合、第１の螺旋状コア１２０ａ上の圧縮歪みは、第２の螺旋状コア１２０ｂ上の張力歪みに対応し、その逆も同様である。Ｌに応じて、Ｐの値が変化することを理解されたい。Ｐの典型的な値は、約１センチメートル（～１ｃｍ）～約１０ｃｍの間で変動し得る。

【0020】

比較として、螺旋状コアのないデュアルコアファイバに曲がりがある場合、非螺旋状コアのそれぞれは、異なる光学長（１）を経験する。２つの非螺旋状コアの有効光学長（δ１）の差は、次式によって表される。
δ１≒０．７６ｎ×（Ｌ／Ｒ）×ΔＤ ［式１］

【0021】

例えば、６２．５μｍのコア間隔を有するデュアルコアファイバは、４００μｍの最大光学長差を生じ得る。１０メートル（１０ｍ）のリンクでは、これは全長の４×１０^－５に比例して対応する。

【0022】

しかしながら、図１～図３の実施形態に示すように、２つの螺旋状コア１２０ａ、１２０ｂが受ける圧縮歪みおよび引張歪みが等しくかつ反対に交互になるため、光路長差の差は低減され、主に２つのコア間の実効屈折率差によって決定される。

【0023】

２つのコアの実効屈折率差の差が５×１０^－６（すなわち、＜５×１０^－６）未満である場合、対応する光路長差も＜５×１０^－６となる。

【0024】

しかしながら、２つのコアの実効屈折率差が５×１０^－６より大きい（すなわち、＞５×１０^－６）場合、デュアルコアファイバリンクの２つのコア間の対応する光路長差は、それぞれのコアが切り替えられた２つのデュアルコア光ファイバを互いに接合することによってさらに低減され得る。例えば、第１のデュアルコアファイバ（ファイバ１）のコア１とコア２との間の光路長差が５１である場合、同じ長さ差を有する第２のデュアルコアファイバ（ファイバ２）は、ファイバ１にコア接合（又は接続）されるが、しかし、ファイバ２からの光路長差がファイバ１からの光路長差を打ち消すように、対向するコアが位置合わせされ、接合されている。言い換えれば、ファイバ１のコア１は、ファイバ２のコア２に接合されるが、ファイバ１のコア２は、ファイバ２のコア１に接合され、ファイバ２の等対向経路長差は、ファイバ１に蓄積された経路長差を相殺する。

【0025】

引き続き、開示されるデュアル螺旋状コア光ファイバ１１０が、平衡ＩＭＤＤ（または同様の）システムにおけるレーザ相対強度雑音（ＲＩＮ）を低減する目的で使用される場合、ＲＩＮは、（ＩＭＤＤシステムを有する１つのシングルコア光ファイバを使用することと比較して）２０デシベル（２０ｄＢ）まで低減され得る。言い換えれば、開示されるマルチ螺旋状コアファイバ１１０は、ＲＩＮを著しく低減し、信号がコモンモード消去のために平衡光検出器に入るときの信号の平衡を改善する。

【0026】

Ｂｅｒａｎｅｋの教示と比較すると、基本原理を螺旋状全長ファイバ構成（Ｂｅｒａｎｅｋによって示されるものなど）からコアのみ螺旋構成（上記図１～図３に示されるような）に変更することによって、開示される多螺旋状コア繊維１１０は、製造がより容易であり、充分に小さいピッチ（Ｐ）に対して、より小さい屈曲を補償することができる。

【0027】

フローチャートにおけるあらゆるプロセスの説明またはブロックは、プロセスにおける論理的な機能またはステップを表すものとして理解されるべきであり、関連する機能に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序を含む、示されるまたは論じられる順序とは異なる順序で機能が実行され得る代替的な実装形態が、本開示の好ましい実施形態の範囲内に含まれることが理解されるべき、本開示の当業者には理解されるであろう。

【0028】

例示的な実施形態を示し、説明してきたが、当業者には、説明したような本開示に対して多くの変更、修正、または改変を行うことができることが明らかであろう。したがって、全てのそのような変更、修正、および改変は、本開示の範囲内であると見なされるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】