WO2022065435A1 - マルチコア光ファイバ及び光伝送システム - Google Patents

マルチコア光ファイバ及び光伝送システム Download PDF

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WO2022065435A1
WO2022065435A1 PCT/JP2021/035093 JP2021035093W WO2022065435A1 WO 2022065435 A1 WO2022065435 A1 WO 2022065435A1 JP 2021035093 W JP2021035093 W JP 2021035093W WO 2022065435 A1 WO2022065435 A1 WO 2022065435A1
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optical
cores
clad
core
refractive index
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PCT/JP2021/035093
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貴博 菅沼
健美 長谷川
哲也 林
洋宇 佐久間
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
    • G02B6/03627—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only arranged - +

Definitions

  • This disclosure relates to a multi-core optical fiber and an optical transmission system.
  • a non-coupling multi-core optical fiber having a pair of cores and a clad is known (for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). Since such a multi-core optical fiber can propagate an independent optical signal in each core, the transmission capacity per fiber is larger than that of a single-core optical fiber having a single core.
  • the multi-core optical fiber of the present disclosure includes a pair of cores and a clad that covers both of the pair of cores.
  • the diameter of the clad is 124 ⁇ m or more and 126 m or less.
  • the distance between the centers of the pair of cores is 46.5 ⁇ m or less.
  • the crosstalk between counter-propagating cores at a wavelength of 1550 nm is -30 dB / 100 km or less.
  • the centers of the pair of cores may be arranged on the same circle centered on the fiber axis and on a straight line passing through the fiber axis in a cross section perpendicular to the fiber axis.
  • the optical transmission system includes the above-mentioned multi-core optical fiber, and an optical transmitter and an optical receiver connected to both ends of each of the pair of cores.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according to a modified example.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical transmission system according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a measurement system for crosstalk between parallel propagation cores.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a measurement system for crosstalk between counterpropagating cores.
  • FIG. 6 is a calculation example under the condition that the crosstalk between counter-propagating cores at a wavelength of 1550 nm is -30 dB / 100 km when the effective cross section is 80 ⁇ m 2 .
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according
  • FIG. 7 is a graph showing a calculation example of a region where the cable cutoff wavelength is 1470 nm or less when the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical cladding is 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m. ..
  • FIG. 8 shows a bending loss at a wavelength of 1625 nm when the core is wound in an annular shape with a radius of 30 mm when the difference in the specific refractive index with respect to the optical cladding of the core is 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m.
  • the multi-core optical fiber according to the embodiment of the present disclosure includes a pair of cores and a clad covering both of the pair of cores.
  • the diameter of the clad is 124 ⁇ m or more and 126 m or less.
  • the distance between the centers of the pair of cores is 46.5 ⁇ m or less.
  • crosstalk between counter-propagating cores at a wavelength of 1550 nm is -30 dB / 100 km or less.
  • crosstalk between opposed propagating cores means the other core of the light incident on one of the pair of cores at one end with respect to the intensity of the light emitted from the other end of the one core. It is the logarithm of the ratio of the intensities of the light returning to one end of.
  • the centers of the pair of cores may be arranged on the same circle centered on the fiber axis and on a straight line passing through the fiber axis in a cross section perpendicular to the fiber axis.
  • the distance from the center of gravity of each core to the fiber axis is small. Therefore, when connecting two multi-core optical fibers, it is possible to suppress an increase in connection loss due to an angle shift when the two multi-core optical fibers are ideally aligned so that their core centers of gravity coincide with each other.
  • the bending loss at a wavelength of 1625 nm when wound in an annular shape with a radius of 30 mm is 0.25 dB / 100 turns or less, and the ITU-T G.
  • the cable cutoff wavelength defined in 650.1 may be 1530 nm or less. In this case, ITU-T G. It can be interconnected with widely used optical fibers compliant with 654A to D.
  • the clad may include an optical clad that covers a pair of cores and a physical clad that surrounds the optical clad and has a refractive index equal to or higher than the refractive index of the optical clad.
  • the refractive index step is introduced at the interface between the optical clad and the physical clad, the distance between the cores can be further reduced. It can also increase the design tolerance of bending loss and cable cutoff wavelengths.
  • the difference in the specific refractive index of the physical clad with respect to the optical clad may be 0.1% or more and 0.4% or less. In this case, the distance between the cores can be surely reduced. In addition, the design tolerance of bending loss and cable cutoff wavelength can be reliably increased.
  • the multi-core optical fiber may be further provided with a low refractive index portion which is arranged between a pair of cores and has a refractive index lower than that of the optical cladding.
  • the distance between the cores can be further reduced. Therefore, it is possible to further suppress an increase in connection loss due to an angle shift.
  • the optical transmission system includes the above-mentioned multi-core optical fiber, and an optical transmitter and an optical receiver connected to both ends of each of the pair of cores.
  • this optical transmission system is equipped with the above-mentioned multi-core optical fiber, it is possible to suppress an increase in connection loss while reducing crosstalk.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according to an embodiment.
  • the MCF 1 includes a pair of cores 10 and a clad 20.
  • the MCF 1 may further include a resin coating (not shown) that covers the outer peripheral surface of the clad 20.
  • MCF1 is unbound.
  • the pair of cores 10 are arranged point-symmetrically with respect to the fiber axis C in a cross section perpendicular to the fiber axis C of the MCF1.
  • the centers of the pair of cores 10 are arranged on the same circle centered on the fiber axis C and on a straight line passing through the fiber axis C.
  • the center-to-center distance (inter-core distance or core spacing) of the pair of cores 10 is 46.5 ⁇ m or less.
  • the diameter (core diameter) of each core 10 is, for example, 8 ⁇ m or more and 14 ⁇ m or less.
  • the core 10 is made of, for example, a glass containing quartz glass as a main component and, if necessary, an element for refractive index modulation.
  • the pair of cores 10 are equal to each other in terms of diameter (shape), material, additive element, and refractive index distribution.
  • the pair of cores 10 may be a combination of a core 10 containing an alkali metal element such as a potassium element, a sodium element, and a rubidium element, and a core 10 containing no alkali metal element.
  • the pair of cores 10 may be, for example, a combination of a core 10 having a central depressed including the central axis of the core 10 and a core 10 having no central depressed.
  • the clad 20 is provided around the pair of cores 10 and covers each of the pair of cores 10.
  • the diameter (clad diameter) of the clad 20 is 124 ⁇ m or more and 126 m or less.
  • the clad 20 includes an optical clad 21 and a physical clad 22.
  • the optical clad 21 and the physical clad 22 are made of, for example, glass containing quartz glass as a main component and, if necessary, an element for refractive index modulation.
  • the optical clad 21 covers each of the pair of cores 10.
  • the optical clad 21 is provided around the pair of cores 10 and between the pair of cores 10.
  • the optical clad 21 covers the entire outer peripheral surface of each core 10.
  • the optical clad 21 is in contact with the outer peripheral surface of each core 10.
  • the diameter of the optical clad 21 (optical clad diameter) is, for example, 58 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less.
  • the physical clad 22 is provided around the optical clad 21 and surrounds the optical clad 21.
  • the physical clad 22 covers the optical clad 21.
  • the physical clad 22 is in contact with the outer peripheral surface of the optical clad 21.
  • the diameter of the physical clad 22 (physical clad diameter) corresponds to the diameter of the clad 20.
  • the refractive index of the clad 20 is lower than that of the core 10.
  • the refractive index of the optical clad 21 and the refractive index of the physical clad 22 are lower than the refractive index of the core 10, respectively.
  • the difference in the specific refractive index of the core 10 with respect to the optical clad 21 is, for example, 0.30% or more and 0.60% or less.
  • the refractive index of the physical clad 22 is equal to or higher than the refractive index of the optical clad 21. That is, the refractive index of the optical clad 21 is the same as the refractive index of the physical clad 22 or lower than the refractive index of the physical clad 22.
  • the difference in the specific refractive index of the physical clad 22 with respect to the optical clad 21 is, for example, 0.1% or more and 0.4% or less.
  • the difference in the specific refractive index of the core 10 with respect to pure quartz is, for example, ⁇ 0.10% or more and 0.20% or less.
  • the difference in the specific refractive index of the optical clad 21 with respect to pure quartz is, for example, ⁇ 0.50% or more and ⁇ 0.20% or less.
  • the difference in the specific refractive index of the physical cladding 22 with respect to pure quartz is, for example, ⁇ 0.30% or more and ⁇ 0.10% or less.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a multi-core optical fiber according to a modified example.
  • MCF1A differs from MCF1 (see FIG. 1) in that it further includes a low index of refraction section 30, and is otherwise consistent.
  • the low refractive index portion 30 is arranged between the pair of cores 10 so as to overlap the fiber axis C. In the cross section perpendicular to the fiber axis C, the center of the low refractive index portion 30 coincides with the fiber axis C.
  • the low refractive index portion 30 is arranged apart from the pair of cores 10.
  • the low refractive index portion 30 has a refractive index lower than that of the optical clad 21.
  • the difference in the specific refractive index of the low refractive index unit 30 with respect to the optical clad 21 is, for example, ⁇ 0.30% or more and ⁇ 0.10% or less.
  • the low refractive index portion 30 is made of, for example, glass containing quartz glass as a main component and, if necessary, an element for refractive index modulation.
  • F fluorine
  • the diameter of the low refractive index portion 30 is, for example, 0.5 times or more and 1.0 times or less the core diameter.
  • the bending loss at a wavelength of 1625 nm when wound in an annular shape having a radius of 30 mm is 0.25 dB / 100 turns or less.
  • the cable cutoff wavelength ⁇ cc is 1530 nm or less.
  • the effective cross-sectional area Aeff of the light propagating in each core 10 is, for example, 70 ⁇ m 2 or more and 130 ⁇ m 2 or less.
  • the pair of cores 10 may propagate the pair of signal lights in opposite directions to each other or in the same direction to each other.
  • a part of the incident light incident on the core 10 as a signal light leaks to the adjacent core 10.
  • the ratio of the intensity of the light leaked from the adjacent core 10 to the intensity of the light emitted from the core 10 to which the incident light is incident is defined as inter-core crosstalk (inter-signal crosstalk).
  • the intercore crosstalk (opposite propagation intercore crosstalk) relating to the intensity of light leaking from adjacent cores 10 at the incident end at a wavelength of 1550 nm is, for example, ⁇ 30 dB / 100 km or less.
  • the intercore crosstalk parallel propagation intercore crosstalk relating to the intensity of light leaking from the adjacent cores 10 at the emission end at a wavelength of 1550 nm is, for example, ⁇ 10 dB / 100 km or less.
  • the optical clad 21 and the physical clad 22 have different refractive indexes from each other, but the optical clad 21 and the physical clad 22 may have the same refractive index from each other. That is, the clad 20 may have a uniform refractive index.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an optical transmission system according to an embodiment.
  • the optical transmission system 40 includes an MCF 1 and four optical transceivers (TRx) 41, 42, 43, 44.
  • One of the pair of cores 10 of the MCF 1 constitutes the transmission line C1 and the other constitutes the transmission line C2.
  • Optical transceivers 41 and 42 are connected to both ends of the transmission line C1 (core 10).
  • Optical transceivers 43 and 44 are connected to both ends of the transmission line C2 (core 10).
  • the optical transceivers 41 and 43 are connected to the fiber end 1a of the MCF1.
  • the optical transceivers 42 and 44 are connected to the fiber end 1b of the MCF1.
  • the transmission line C1 transmits the signal light 45, and the transmission line C2 transmits the signal light 46.
  • the transmission line C1 transmits the signal light 45 in both directions, and the transmission line C2 transmits the signal light 46 in both directions. That is, one of the optical transceivers 41 and 42 transmits the signal light 45, and the other receives the signal light 45.
  • One of the optical transceivers 43 and 44 transmits the signal light 46, and the other receives the signal light 46.
  • the transmission line C1 may be configured to transmit the signal light 45 in only one direction.
  • the optical transmission system 40 may include an optical transmitter and an optical receiver instead of the pair of optical transceivers 41 and 42.
  • the transmission line C2 may be configured to transmit the signal light 46 in only one direction.
  • the optical transmission system 40 may include an optical transmitter and an optical receiver instead of the pair of optical transceivers 43 and 44.
  • the optical transmission system 40 may include MCF1A instead of MCF1.
  • 4 and 5 are diagrams showing the configuration of the measurement system for the crosstalk between parallel propagation cores and the crosstalk between opposite propagation cores, respectively.
  • an optical transmitter 51 is provided at the fiber end 1a of the transmission line C1.
  • An optical receiver 52 is provided at the fiber end 1b of the transmission line C1.
  • An optical transmitter 53 is provided at the fiber end 1a of the transmission line C2.
  • An optical receiver 54 is provided at the fiber end 1b of the transmission line C2.
  • the optical transmitters 51 and 53 are, for example, laser diodes.
  • the optical receivers 52 and 54 are, for example, photodiodes.
  • the optical transmitter 51 incidents the laser beam from the fiber end 1a into the transmission line C1 as the incident light 55.
  • the optical receiver 52 measures the intensity of light emitted from the transmission line C1 at the fiber end 1b.
  • the optical transmitter 53 incidents the laser beam as the incident light 56 into the transmission line C2 from the fiber end 1a.
  • the optical receiver 54 measures the intensity of light emitted from the transmission line C2 at the fiber end 1b.
  • the incident light 55 is incident on the transmission line C1 from the fiber end 1a using the optical transmitter 51, and is output from the transmission line C1 using the optical receiver 52.
  • the intensity I 51-54 of the light 55a leaked to the adjacent transmission line C2 is measured using the optical receiver 54.
  • the incident light 56 is incident on the transmission line C2 from the fiber end 1a using the optical transmitter 53, and the intensity I 53-54 of the light output from the transmission line C2 core is measured by using the optical receiver 54.
  • the intensity I 53-52 of the light 56a leaked to the adjacent transmission line C1 is measured by using the optical receiver 52.
  • the log log of the ratio of intensity I 51-54 to the intensity I 51-52 (I 51-54 / I 51-52 ) and the log log of the ratio of the intensity I 53-52 to the intensity I 53-54 (I 53-52). / I 53-54 ) is the cross-talk between parallel propagation cores. The values of the two ratios are theoretically the same.
  • the measurement system 50B is different from the measurement system 50A in that the arrangements of the optical transmitter 53 and the optical receiver 54 are interchanged. That is, in the measurement system 50B, the optical transmitter 53 incidents the laser beam from the fiber end 1b into the transmission path C2 as the incident light 56.
  • the optical receiver 54 measures the intensity of light emitted from the transmission line C2 at the fiber end 1a.
  • the incident light 55 is incident on the transmission line C1 from the fiber end 1a using the optical transmitter 51, and is output from the transmission line C1 using the optical receiver 52.
  • the intensity I 51-54 of the light 55a returned to the adjacent waveguide is measured using the optical receiver 54.
  • the incident light 56 is incident on the transmission line C1 from the fiber end 1b using the optical transmitter 53, and the intensity I 53-54 of the light output from the transmission line C1 is measured by using the optical receiver 54.
  • the intensity I 53-52 of the light 56a returned to the adjacent waveguide is measured using the optical receiver 52.
  • Intensity I 51-52 to intensity I 51-54 ratio log (I 51-54 / I 51-52 ) and intensity I 53-54 to intensity I 53-52 ratio log (I 53-52 /) I 53-54 ) is the crosstalk between counter-propagating cores. The values of the two ratios are theoretically the same.
  • FIG. 6 is a calculation example under the condition that the crosstalk between counter-propagating cores at a wavelength of 1550 nm is -30 dB / 100 km when the effective cross section is 80 ⁇ m 2 .
  • FIG. 6 is a calculation example of a configuration having no low refractive index portion, that is, a configuration corresponding to MCF1.
  • the graph shown in FIG. 6 shows the difference in the specific refractive index (%) with respect to the optical clad of the core and the inter-core distance in which the crosstalk between the counterpropagating cores at a wavelength of 1550 nm is -30 dB / 100 km when the effective cross section is 80 ⁇ m 2 .
  • the relationship with ( ⁇ m) is shown.
  • the horizontal axis shows the difference in specific refractive index (%) with respect to the optical clad of the core.
  • the vertical axis shows the distance between cores ( ⁇ m).
  • the effective cross-section of the light propagating in the core is 80 ⁇ m 2
  • the core The difference in specific refractive index with respect to the optical cladding needs to be 0.36% or more. More preferably, the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical cladding is 0.42% or more.
  • the distance between the cores can be set to 41 ⁇ m or less, and the connection loss can be stably suppressed to a low level.
  • the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical cladding is 0.48% or more.
  • the distance between the cores can be set to 38 ⁇ m or less, and the connection loss can be stably suppressed to a low level.
  • the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical cladding is preferably 0.60% or less.
  • FIG. 7 is a graph showing a calculation example of a region where the cable cutoff wavelength is 1470 nm or less when the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical cladding is 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m. ..
  • FIG. 7 is a calculation example of a configuration having no low refractive index portion, that is, a configuration corresponding to MCF1. The graph shown in FIG. 7 shows the case where the specific refractive index difference (%) of the physical clad with respect to the optical clad and the specific refractive index difference of the core with respect to the optical clad are 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m.
  • the relationship with the optical cladding diameter ( ⁇ m) at which the cable cutoff wavelength is 1470 nm is shown in 1.
  • the horizontal axis is the difference in specific refractive index (%) with respect to the optical clad of the physical clad.
  • the vertical axis is the optical clad diameter ( ⁇ m) at which the cable cutoff wavelength is 1470 nm when the difference in the specific refractive index of the core with respect to the optical clad is 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m.
  • the cable cutoff wavelength can be stably suppressed to 1530 nm or less even when the manufacturing variation that can normally occur occurs.
  • the widely used ITU-T G It is possible to interconnect with an optical fiber conforming to 654.
  • FIG. 8 shows a bending loss at a wavelength of 1625 nm when the core is wound in an annular shape with a radius of 30 mm when the difference in the specific refractive index with respect to the optical cladding of the core is 0.50% and the distance between the cores is 36.5 ⁇ m. Is a calculation example of a region where is 0.25 dB / 100 turns or less.
  • FIG. 8 is a calculation example of a configuration having no low refractive index portion, that is, a configuration corresponding to MCF1. The graph shown in FIG.
  • the optical axis is the difference in specific refractive index (%) with respect to the optical clad of the physical clad.
  • the vertical axis is the optical clad diameter ( ⁇ m) at which the bending loss at a wavelength of 1625 nm when wound in an annular shape with a radius of 30 mm is 0.25 dB / 100 turns.
  • the bending loss at a bending radius of 30 mm and a wavelength of 1625 nm is stably suppressed to 0.50 dB / 100 turns or less even when a manufacturing variation that may occur normally occurs. be able to.
  • the cable cutoff wavelength can be stably suppressed to 1530 nm or less.
  • the widely used ITU-T G It is possible to interconnect with an optical fiber compliant with 654A to D.
  • Tables 1 to 4 show calculation examples regarding the optical characteristics of MCF1.
  • Table 1 shows Calculation Examples 1-1 to 1-16.
  • Table 2 shows calculation examples 2-1 to 2-16.
  • Table 3 shows calculation examples 3-1 to 3-16.
  • Table 4 shows calculation examples 4-1 to 4-16.
  • Tables 1 to 4 show the core diameter ( ⁇ m), the difference in the specific refractive index of the core with respect to pure quartz (%), the distance between cores ( ⁇ m), the optical clad diameter ( ⁇ m), and the difference in the specific refractive index of the optical clad with respect to pure quartz.
  • calculation example 3-1, 3-5, 3-9, 3-13 are comparative examples in terms of crosstalk between opposite propagation cores
  • calculation example 4-8 is a comparative example in terms of distance between cores.
  • Other calculation examples are examples. From the calculation examples shown in Table 1, the connection can be facilitated by setting the distance between cores to 35.9 ⁇ m or less, more preferably 33.6 ⁇ m or less, and at the same time, the crosstalk between opposite propagation cores is ⁇ 43 dB / 100 km or less, respectively. , -34 dB / 100 km or less can be suppressed to a low level, and can be suitably used for long-distance large-capacity transmission.
  • the distance between the cores is further 0.8 ⁇ m or more as compared with the case where the low refractive index portion is not used. , More preferably, it can be reduced by 2.1 ⁇ m or more, and the connection can be further facilitated.
  • the connection can be facilitated by setting the distance between cores to 36.5 ⁇ m or less, more preferably 33.3 ⁇ m or less, and at the same time, the crosstalk between counter-propagating cores is ⁇ 45 dB / 100 km or less, respectively. , -31 dB / 100 km or less can be suppressed to a low level, and can be suitably used for long-distance large-capacity transmission. Further, by setting the low refractive index portion to 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more the core diameter, the distance between the cores is further 0.8 ⁇ m or more as compared with the case where the low refractive index portion is not used. , More preferably, it can be reduced by 2.1 ⁇ m or more, and the connection can be further facilitated.
  • the connection can be facilitated by setting the inter-core distance to 33.8 ⁇ m or less, and at the same time, the crosstalk between counter-propagating cores can be suppressed to -42 dB / 100 km or less, which is a long distance. It can be suitably used for large-capacity transmission. Further, by setting the low refractive index portion to 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more the core diameter, the distance between the cores is further 0.7 ⁇ m or more as compared with the case where the low refractive index portion is not used. , More preferably, it can be reduced by 2.0 ⁇ m or more, and the connection can be further facilitated.
  • the connection can be facilitated by setting the inter-core distance to 39.1 ⁇ m or less, more preferably 35.1 ⁇ m or less, and at the same time, the crosstalk between counter-propagating cores is ⁇ 46 dB / 100 km or less, respectively. , -30 dB / 100 km or less can be suppressed, and can be suitably used for long-distance large-capacity transmission.
  • the low refractive index portion to 0.5 times or more, more preferably 1.0 times or more the core diameter
  • the distance between the cores is further 0.7 ⁇ m or more as compared with the case where the low refractive index portion is not used. , More preferably, it can be reduced by 2.0 ⁇ m or more, and the connection can be further facilitated.
  • the crosstalk between counter-propagating cores at a wavelength of 1550 nm is reduced to -30 dB / 100 km or less, more preferably -40 dB / 100 km or less.
  • the angle shift occurs, the center position of the connecting core shifts, and a connection loss (fusion loss) occurs.
  • the distance between cores is set to 46.5 ⁇ m or less, more preferably 41 ⁇ m or less, and further preferably 38 ⁇ m or less.
  • the distance from the center of gravity of each core to the fiber axis C becomes as small as 23.25 ⁇ m or less, more preferably 20.5 ⁇ m or less, and further preferably 19 ⁇ m or less.
  • the MCFs 1 and 1A can suppress an increase in connection loss due to an angle shift as compared with the MCFs described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.
  • a pair of core portions to be a pair of cores 10 and an optical clad portion to be an optical clad 21 are integrally formed, and then a physical clad portion to be a physical clad 22 is formed in the optical clad portion.
  • the bending loss at a wavelength of 1625 nm when wound in an annular radius of 30 mm is 0.50 dB / 100 turns or less, more preferably 0.25 dB / 100 turns or less.
  • the cable cutoff wavelength is 1530 nm or less, more preferably 1470 nm or less.
  • the widely used ITU-T G It can be interconnected with an optical fiber conforming to 654A to D, and more preferably, interconnection is ensured even if there is a manufacturing variation of MCF that can usually occur.
  • the clad 20 includes, in addition to the optical clad 21, a physical clad 22 having a refractive index equal to or higher than the refractive index of the optical clad 21.
  • a refractive index step is introduced at the interface between the optical clad 21 and the physical clad 22, so that the distance between the cores can be further reduced.
  • the design tolerance of bending loss and cable cutoff wavelength can be increased. That is, it is possible to improve the controllability of the cable cutoff wavelength at the fiber design stage while suppressing bending loss.
  • the difference in the specific refractive index of the physical clad 22 with respect to the optical clad 21 is 0.1% or more and 0.4% or less. Therefore, in MCF1 and 1A, the distance between cores can be surely reduced. This can reliably increase the design tolerance of bending loss and cable cutoff wavelengths.
  • MCF1A further includes a low refractive index portion between the pair of cores 10.
  • the crosstalk between cores is reduced and the design margin for crosstalk is increased. Therefore, by using this margin, the distance between cores can be further reduced while keeping the crosstalk low. Therefore, it is possible to further suppress an increase in connection loss due to an angle shift.
  • the optical transmission system 40 includes MCF1 or MCF1A, it is possible to suppress an increase in connection loss while reducing crosstalk between opposite propagation cores.
  • MCF1,1A can be applied to, for example, a branch line branching from the main line of an optical submarine cable. Since such a branch line has a shorter transmission distance than the main line, the crosstalk characteristics required for the fiber are alleviated. Therefore, it is easy to reduce the distance between the cores of MCF1 and 1A.
  • the pair of cores 10 can propagate the signal propagating in the direction away from the branch point from the main line and the signal propagating in the direction toward the branch point in opposite directions to each other. Therefore, crosstalk between opposite propagation cores can be easily suppressed.
  • the diameter, material, additive element, or refractive index distribution of the pair of cores 10 may be different from each other.
  • the propagation constants of the light waves propagating in each core 10 can be made different. Therefore, crosstalk between opposite propagation cores can be suppressed as compared with the case where the characteristics of the pair of cores 10 are the same as each other. Further, the distance between cores required to secure the same level of crosstalk characteristics as when the pair of cores 10 are the same can be reduced. This makes it possible to reduce the connection loss due to the angle deviation.

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Abstract

マルチコア光ファイバ（１）は、一対のコア（１０）と、一対のコア（１０）をいずれも覆うクラッド（２０）と、を備える。クラッドの直径は、１２４μｍ以上１２６ｍ以下である。一対のコアの中心間距離は、４６．５μｍ以下である。波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークは、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下である。

Description

マルチコア光ファイバ及び光伝送システム
　本出願は、２０２０年９月２４日出願の日本出願第２０２０－１５９５８６号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　本開示は、マルチコア光ファイバ及び光伝送システムに関する。
　一対のコアと、クラッドとを有する非結合型のマルチコア光ファイバが知られている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２）。このようなマルチコア光ファイバでは、各コアにて独立した光信号を伝搬できるため、単一のコアを有するシングルコア光ファイバと比較して、ファイバ１本あたりの伝送容量が大きい。
　本開示のマルチコア光ファイバは、一対のコアと、一対のコアをいずれも覆うクラッドと、を備える。クラッドの直径は、１２４μｍ以上１２６ｍ以下である。一対のコアの中心間距離は、４６．５μｍ以下である。波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークは、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下である。一対のコアの中心は、ファイバ軸に垂直な断面において、ファイバ軸を中心とする同一円上、かつ、ファイバ軸を通る一本の直線上に配置されていてもよい。
　本開示の一実施形態に係る光伝送システムは、上記マルチコア光ファイバと、一対のコアのそれぞれの両端に接続された光送信機及び光受信機と、を備える。
図１は、実施形態に係るマルチコア光ファイバの断面構成を示す図である。 図２は、変形例に係るマルチコア光ファイバの断面構成を示す図である。 図３は、実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。 図４は、並行伝搬コア間クロストークの測定系の構成を示す図である。 図５は、対向伝搬コア間クロストークの測定系の構成を示す図である。 図６は、実効断面積が８０μｍ２の場合に波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークが－３０ｄＢ／１００ｋｍとなる条件の計算例である。 図７は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合にケーブルカットオフ波長が１４７０ｎｍ以下となる領域の計算例を示すグラフである。 図８は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合に、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が０．２５ｄＢ／１００ターン以下となる領域の計算例である。
［本開示が解決しようとする課題］
　マルチコア光ファイバでは、各コアを伝搬する信号同士のクロストークを低減するために、一対のコアの中心間距離であるコア間距離（コア間ピッチ、コア間隔）を大きくする必要がある。上記非特許文献１及び上記非特許文献２では、コア間距離を４６．６μｍ以上と大きく確保している。しかしながら、コア間距離が増大すると、ファイバ中心とコア中心との間の距離が増大するので、マルチコア光ファイバ同士を接続する際に角度ずれによる接続損失が増大する。
　本開示は、実使用時のクロストークを低く抑えると同時に、接続損失の増大を抑制可能な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を目的とする。
［本開示の効果］
　本開示によれば、対向伝搬コア間クロストークを低く抑えると同時に、接続損失の増大を抑制可能な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ができる。
［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。本開示の一実施形態に係るマルチコア光ファイバは、一対のコアと、一対のコアをいずれも覆うクラッドと、を備える。クラッドの直径は、１２４μｍ以上１２６ｍ以下である。一対のコアの中心間距離は、４６．５μｍ以下である。波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークは、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下である。ここで、「対向伝搬コア間クロストーク」とは、一端における一対のコアのうち一方のコアに入射された光のうち、当該一方のコアの他端から出射される光の強度に対する他方のコアの一端へ戻ってくる光の強度の比の対数である。なお、一対のコアの中心は、ファイバ軸に垂直な断面において、ファイバ軸を中心とする同一円上、かつ、ファイバ軸を通る一本の直線上に配置されていてもよい。
　このマルチコア光ファイバでは、各コアの重心からファイバ軸までの間の距離が小さい。このため、２つのマルチコア光ファイバを接続する際に、互いのコア重心が一致するように理想的に位置合わせした場合において、角度ずれによる接続損失の増大を抑制することができる。
　半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、０．２５ｄＢ／１００ターン以下であり、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１で定義されたケーブルカットオフ波長は、１５３０ｎｍ以下であってもよい。この場合、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４ＡからＤに準拠する広く用いられる光ファイバと相互接続することができる。
　クラッドは、一対のコアを覆う光学クラッドと、光学クラッドを取り囲み、光学クラッドの屈折率以上の屈折率を有する物理クラッドと、を含んでもよい。この場合、光学クラッドと物理クラッドとの間の界面に屈折率段差が導入されるので、コア間距離を更に縮小することができる。また、曲げ損失及びケーブルカットオフ波長の設計トレランスを拡大することができる。
　物理クラッドの光学クラッドに対する比屈折率差は０．１％以上０．４％以下であってもよい。この場合、コア間距離を確実に縮小することができる。また、曲げ損失及びケーブルカットオフ波長の設計トレランスを確実に拡大することができる。
　上記マルチコア光ファイバは、一対のコアの間に配置され、光学クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部を更に備えてもよい。この場合、コア間距離を更に小さくすることができる。よって、角度ずれによる接続損失の増大を更に抑制することができる。
　本開示の一実施形態に係る光伝送システムは、上記マルチコア光ファイバと、一対のコアのそれぞれの両端に接続された光送信機及び光受信機と、を備える。
　この光伝送システムでは、上記マルチコア光ファイバを備えるので、クロストークを低減しながら、接続損失の増大を抑制することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
　本開示のマルチコア光ファイバ及び光伝送システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、実施形態に係るマルチコア光ファイバの断面構成を示す図である。図１に示されるように、ＭＣＦ１は、一対のコア１０と、クラッド２０とを備える。ＭＣＦ１は、クラッド２０の外周面を覆う樹脂被覆（不図示）を更に備えてもよい。ＭＣＦ１は、非結合型である。
　一対のコア１０は、ＭＣＦ１のファイバ軸Ｃに垂直な断面において、ファイバ軸Ｃに対して点対称に配置されている。ファイバ軸Ｃに垂直な断面において、一対のコア１０の中心は、ファイバ軸Ｃを中心とする同一円上、かつ、ファイバ軸Ｃを通る一本の直線上に配置されている。一対のコア１０の中心間距離（コア間距離またはコア間隔）は、４６．５μｍ以下である。各コア１０の直径（コア径）は、例えば、８μｍ以上１４μｍ以下である。コア１０は、例えば、石英ガラスを主成分とし、必要に応じて屈折率変調用の元素が添加されたガラスからなる。本実施形態では、一対のコア１０は、直径（形状）、材質、添加元素、及び、屈折率分布の点のいずれにおいても互いに等しい。
　一対のコア１０は、例えば、カリウム元素、ナトリウム元素、ルビジウム元素等のアルカリ金属元素を含むコア１０と、アルカリ金属元素を含まないコア１０との組み合わせであってもよい。一対のコア１０は、例えば、当該コア１０の中心軸を含む中心ディプレストを有するコア１０と、中心ディプレストを有さないコア１０の組み合わせであってもよい。
　クラッド２０は、一対のコア１０の周りに設けられ、一対のコア１０をいずれも覆っている。クラッド２０の直径（クラッド径）は、１２４μｍ以上１２６ｍ以下である。クラッド２０は、光学クラッド２１と、物理クラッド２２とを含んでいる。光学クラッド２１、及び物理クラッド２２は、例えば、石英ガラスを主成分とし、必要に応じて屈折率変調用の元素が添加されたガラスからなる。
　光学クラッド２１は、一対のコア１０をいずれも覆っている。光学クラッド２１は、一対のコア１０の周りと、一対のコア１０の間とに設けられている。光学クラッド２１は、各コア１０の外周面の全体を覆っている。光学クラッド２１は、各コア１０の外周面と接している。光学クラッド２１の直径（光学クラッド径）は、例えば、５８μｍ以上８０μｍ以下である。
　物理クラッド２２は、光学クラッド２１の周りに設けられ、光学クラッド２１を取り囲んでいる。物理クラッド２２は、光学クラッド２１を覆っている。物理クラッド２２は、光学クラッド２１の外周面と接している。物理クラッド２２の直径（物理クラッド径）は、クラッド２０の直径に対応する。
　クラッド２０の屈折率は、コア１０の屈折率よりも低い。光学クラッド２１の屈折率及び物理クラッド２２の屈折率は、それぞれコア１０の屈折率よりも低い。コア１０の光学クラッド２１に対する比屈折率差は、例えば、０．３０％以上０．６０％以下である。物理クラッド２２の屈折率は、光学クラッド２１の屈折率以上である。すなわち、光学クラッド２１の屈折率は、物理クラッド２２の屈折率と同じであるか、物理クラッド２２の屈折率よりも低い。物理クラッド２２の光学クラッド２１に対する比屈折率差は、例えば、０．１％以上０．４％以下である。
　コア１０の純石英に対する比屈折率差は、例えば、－０．１０％以上０．２０％以下である。光学クラッド２１の純石英に対する比屈折率差は、例えば、－０．５０％以上－０．２０％以下である。物理クラッド２２の純石英に対する比屈折率差は、例えば、－０．３０％以上－０．１０％以下である。
　図２は、変形例に係るマルチコア光ファイバの断面構成を示す図である。図２に示されるように、ＭＣＦ１Ａは、低屈折率部３０を更に備える点で、ＭＣＦ１（図１参照）と相違し、その他の点で一致している。低屈折率部３０は、ファイバ軸Ｃと重なるように一対のコア１０の間に配置されている。ファイバ軸Ｃに垂直な断面において、低屈折率部３０の中心は、ファイバ軸Ｃと一致している。低屈折率部３０は、一対のコア１０から離間して配置されている。
　低屈折率部３０は、光学クラッド２１の屈折率よりも低い屈折率を有する。低屈折率部３０の光学クラッド２１に対する比屈折率差は、例えば、－０．３０％以上－０．１０％以下である。低屈折率部３０は、例えば、石英ガラスを主成分とし、必要に応じて屈折率変調用の元素が添加されたガラスからなる。低屈折率部３０には、例えば、屈折率変調用の元素としてＦ（フッ素）が添加されている。低屈折率部３０の直径は、例えば、コア径の０．５倍以上１．０倍以下である。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、０．２５ｄＢ／１００ターン以下である。ケーブルカットオフ波長λｃｃは、１５３０ｎｍ以下である。ＭＣＦ１，１Ａでは、各コア１０を伝搬する光の実効断面積Ａｅｆｆは、例えば、７０μｍ２以上１３０μｍ２以下である。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、一対のコア１０は、一対の信号光を互いに逆方向に伝搬してもよいし、互いに同方向に伝搬してもよい。信号光としてコア１０に入射された入射光の一部は、隣接するコア１０に漏れ出る。隣接するコア１０から漏れ出た光の強度と、入射光が入射されたコア１０から出射された光の強度との比をコア間クロストーク（信号間クロストーク）とする。波長１５５０ｎｍにおける入射端における隣接するコア１０から漏れ出る光の強度に関するコア間クロストーク（対向伝搬コア間クロストーク）は、例えば、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下である。つまり、入射光強度を１とした場合、漏れ出た光の強度は１／１０００以下である。波長１５５０ｎｍにおける出射端における隣接するコア１０から漏れ出る光の強度に関するコア間クロストーク（並行伝搬コア間クロストーク）は、例えば、－１０ｄＢ／１００ｋｍ以下である。
　逆方向伝搬の場合、同方向伝搬の場合に比べて、コア間クロストークを抑制することができる。逆方向伝搬の場合、同方向伝搬の場合と同水準のコア間クロストークを確保するために必要なコア間距離を小さくすることができる。よって、逆方向伝搬の場合、同方向伝搬の場合よりも角度ずれによる接続損失を低減可能である。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、光学クラッド２１及び物理クラッド２２が互いに異なる屈折率を有するが、光学クラッド２１及び物理クラッド２２が互いに同じ屈折率を有してもよい。すなわち、クラッド２０が一様な屈折率を有してもよい。
　図３は、実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。図３に示されるように、光伝送システム４０は、ＭＣＦ１と、４つの光送受信機（ＴＲｘ）４１，４２，４３，４４とを備える。ＭＣＦ１の一対のコア１０のうち一方は、伝送路Ｃ１を構成し、他方は伝送路Ｃ２を構成している。伝送路Ｃ１（コア１０）の両端には、光送受信機４１，４２が接続されている。伝送路Ｃ２（コア１０）の両端には、光送受信機４３，４４が接続されている。光送受信機４１，４３は、ＭＣＦ１のファイバ端１ａに接続されている。光送受信機４２，４４は、ＭＣＦ１のファイバ端１ｂに接続されている。
　伝送路Ｃ１は信号光４５を伝送し、伝送路Ｃ２は信号光４６を伝送する。光伝送システム４０では、伝送路Ｃ１は信号光４５を双方向に伝送し、伝送路Ｃ２は信号光４６を双方向に伝送する。すなわち、光送受信機４１，４２のうち一方が信号光４５を送信し、他方が信号光４５を受信する。光送受信機４３，４４のうち一方が信号光４６を送信し、他方が信号光４６を受信する。
　光伝送システム４０では、伝送路Ｃ１が信号光４５を一方向のみに伝送する構成であってもよい。この場合、光伝送システム４０は、一対の光送受信機４１，４２の代わりに、光送信機及び光受信機を備えればよい。また、光伝送システム４０では、伝送路Ｃ２が信号光４６を一方向のみに伝送する構成であってもよい。この場合、光伝送システム４０は、一対の光送受信機４３，４４の代わりに、光送信機及び光受信機を備えればよい。光伝送システム４０は、ＭＣＦ１の代わりにＭＣＦ１Ａを備えてもよい。
　図４及び図５それぞれは、並行伝搬コア間クロストーク及び対向伝搬コア間クロストークの測定系の構成を示す図である。
　図４に示されるように、測定系５０Ａでは、伝送路Ｃ１のファイバ端１ａには、光送信機５１が設けられている。伝送路Ｃ１のファイバ端１ｂには、光受信機５２が設けられている。伝送路Ｃ２のファイバ端１ａには、光送信機５３が設けられている。伝送路Ｃ２のファイバ端１ｂには、光受信機５４が設けられている。
　光送信機５１，５３は、例えば、レーザダイオードである。光受信機５２，５４は、例えば、フォトダイオードである。光送信機５１は、入射光５５としてレーザ光をファイバ端１ａから伝送路Ｃ１に入射する。光受信機５２は、ファイバ端１ｂにおいて伝送路Ｃ１から出射される光の強度を測定する。光送信機５３は、入射光５６としてレーザ光をファイバ端１ａから伝送路Ｃ２に入射する。光受信機５４は、ファイバ端１ｂにおいて伝送路Ｃ２から出射される光の強度を測定する。
　測定系５０Ａによる並行伝搬コア間クロストークの測定では、光送信機５１を用いて入射光５５をファイバ端１ａから伝送路Ｃ１に入射し、光受信機５２を用いて当該伝送路Ｃ１から出力される光の強度Ｉ５１－５２を測定するとともに光受信機５４を用いて隣接伝送路Ｃ２に漏れ出た光５５ａの強度Ｉ５１－５４を測定する。また、光送信機５３を用いて入射光５６をファイバ端１ａから伝送路Ｃ２に入射し、光受信機５４を用いて当該伝送路Ｃ２コアから出力される光の強度Ｉ５３－５４を測定するとともに光受信機５２を用いて隣接伝送路Ｃ１に漏れ出た光５６ａの強度Ｉ５３－５２を測定する。強度Ｉ５１－５２に対する強度Ｉ５１－５４の比の対数ｌｏｇ（Ｉ５１－５４／Ｉ５１－５２）、および強度Ｉ５３－５４に対する強度Ｉ５３－５２の比の対数ｌｏｇ（Ｉ５３－５２／Ｉ５３－５４）が並行伝搬コア間クロストークである。２つの比の値は理論的には一致する。
　図５に示されるように、測定系５０Ｂは、光送信機５３と光受信機５４の配置が入れ替わっている点で、測定系５０Ａと相違している。すなわち、測定系５０Ｂでは、光送信機５３は、入射光５６としてレーザ光をファイバ端１ｂから伝送路Ｃ２に入射する。光受信機５４は、ファイバ端１ａにおいて伝送路Ｃ２から出射される光の強度を測定する。
　測定系５０Ｂによる対向伝搬コア間クロストークの測定では、光送信機５１を用いて入射光５５をファイバ端１ａから伝送路Ｃ１に入射し、光受信機５２を用いて当該伝送路Ｃ１から出力される光の強度Ｉ５１－５２を測定するとともに光受信機５４を用いて隣接導波路に戻ってきた光５５ａの強度Ｉ５１－５４を測定する。また、光送信機５３を用いて入射光５６をファイバ端１ｂから伝送路Ｃ１に入射し、光受信機５４を用いて当該伝送路Ｃ１から出力される光の強度Ｉ５３－５４を測定するとともに光受信機５２を用いて隣接導波路に戻ってきた光５６ａの強度Ｉ５３－５２を測定する。強度Ｉ５１－５２に対する強度Ｉ５１－５４の比の対数ｌｏｇ（Ｉ５１－５４／Ｉ５１－５２）および強度Ｉ５３－５４に対する強度Ｉ５３－５２の比の対数ｌｏｇ（Ｉ５３－５２／Ｉ５３－５４）が対向伝搬コア間クロストークである。２つの比の値は理論的には一致する。
　図６は、実効断面積が８０μｍ２の場合に波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークが－３０ｄＢ／１００ｋｍとなる条件の計算例である。図６は、低屈折率部を有さない構成、すなわち、ＭＣＦ１に対応する構成についての計算例である。図６に示されるグラフは、コアの光学クラッドに対する比屈折率差（％）と、実効断面積が８０μｍ２の場合に波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークが－３０ｄＢ／１００ｋｍとなるコア間距離（μｍ）との関係を示す。横軸は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差（％）を示す。縦軸は、コア間距離（μｍ）を示す。
　図６に示されるように、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が大きくなるほど、コア間距離を小さくすることができる。コアを伝搬する光の実効断面積が８０μｍ２の場合に、波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークを－３０ｄＢ／１００ｋｍに抑えながら、コア間距離を４６．５μｍ以下とするためには、コアの光学クラッドに対する比屈折率差を０．３６％以上とする必要がある。より好ましくは、コアの光学クラッドに対する比屈折率差は、０．４２％以上である。それにより、コア間距離を４１μｍ以下とすることができ、接続損失を安定して低く抑えることができる。更に好ましくは、コアの光学クラッドに対する比屈折率差は、０．４８％以上である。それにより、コア間距離を３８μｍ以下とすることができ、接続損失を安定して低く抑えることができる。一方で、コアの光学クラッドに対する比屈折率差は、０．６０％以下であることが好ましい。それにより、比屈折率差を拡大するために添加される添加物に起因する伝送損失増を抑えるとともに、製造上生じうる非対称性に起因する偏波モード分散の増加を抑えることができる。
　図７は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合にケーブルカットオフ波長が１４７０ｎｍ以下となる領域の計算例を示すグラフである。図７は、低屈折率部を有さない構成、すなわち、ＭＣＦ１に対応する構成についての計算例である。図７に示されるグラフは、物理クラッドの光学クラッドに対する比屈折率差（％）と、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合にケーブルカットオフ波長が１４７０ｎｍとなる光学クラッド径（μｍ）との関係を示す。横軸は、物理クラッドの光学クラッドに対する比屈折率差（％）である。縦軸は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合にケーブルカットオフ波長が１４７０ｎｍとなる光学クラッド径（μｍ）である。
　図７に示す範囲の構造を設計中心として製造することにより、通常生じうる製造バラツキが生じた場合においても、ケーブルカットオフ波長を１５３０ｎｍ以下に安定して抑えることができる。その結果、広く用いられるＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４に準拠する光ファイバと相互接続することが可能となる。
　図８は、コアの光学クラッドに対する比屈折率差が０．５０％、かつ、コア間距離が３６．５μｍである場合に、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が０．２５ｄＢ／１００ターン以下となる領域の計算例である。図８は、低屈折率部を有さない構成、すなわち、ＭＣＦ１に対応する構成についての計算例である。図８に示されるグラフは、物理クラッドの光学クラッドに対する比屈折率差（％）と、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が０．２５ｄＢ／１００ターンとなる光学クラッド径（μｍ）との関係を示す。横軸は、物理クラッドの光学クラッドに対する比屈折率差（％）である。縦軸は、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失が０．２５ｄＢ／１００ターンとなる光学クラッド径（μｍ）である。
　図８に示す範囲の構造を設計中心として製造することにより、通常生じうる製造バラツキが生じた場合においても、曲げ半径３０ｍｍ、波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失を０．５０ｄＢ／１００ターン以下に安定して抑えることができる。その結果、ケーブルカットオフ波長を１５３０ｎｍ以下に安定して抑えることができる。その結果、広く用いられるＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４ＡからＤに準拠する光ファイバと相互接続することが可能となる。
　表１から表４は、ＭＣＦ１の光学特性に関する計算例を示す。表１には、計算例１－１から１－１６が示されている。表２には、計算例２－１から２－１６が示されている。表３には、計算例３－１から３－１６が示されている。表４には、計算例４－１から４－１６が示されている。表１から表４には、コア径（μｍ）、コアの純石英に対する比屈折率差（％）コア間距離（μｍ）、光学クラッド径（μｍ）、光学クラッドの純石英に対する比屈折率差（％）、物理クラッドの純石英に対する比屈折率差（％）、低屈折率部の直径（μｍ）、波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークＸＴ（ｄＢ／１００ｋｍ）、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失（ｄＢ／１００ターン）、及び、ケーブルカットオフ波長λｃｃ（ｎｍ）が示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　計算例のうち、計算例３－１，３－５，３－９，３－１３は対向伝搬コア間クロストークの点で、計算例４－８はコア間距離の点で比較例である。その他の計算例は実施例である。表１に示される計算例から、コア間距離を３５．９μｍ以下、より好ましくは３３．６μｍ以下とすることで接続を容易にでき、同時に対向伝搬コア間クロストークをそれぞれ、－４３ｄＢ／１００ｋｍ以下、－３４ｄＢ／１００ｋｍ以下に低く抑えることができ、長距離大容量伝送に好適に用いることができる。更に、低屈折率部として、コア径の０．５倍以上、より好ましくは１．０倍以上とすることにより、低屈折率部を用いない場合に比べてコア間距離を更に０．８μｍ以上、より好ましくは２．１μｍ以上、低減することができ、接続を更に容易とすることができる。
　表２に示される計算例から、コア間距離を３６．５μｍ以下、より好ましくは３３．３μｍ以下とすることで接続を容易にでき、同時に対向伝搬コア間クロストークをそれぞれ、－４５ｄＢ／１００ｋｍ以下、－３１ｄＢ／１００ｋｍ以下に低く抑えることができ、長距離大容量伝送に好適に用いることができる。更に、低屈折率部として、コア径の０．５倍以上、より好ましくは１．０倍以上とすることにより、低屈折率部を用いない場合に比べてコア間距離を更に０．８μｍ以上、より好ましくは２．１μｍ以上、低減することができ、接続を更に容易とすることができる。
　表３に示される計算例から、コア間距離を３３．８μｍ以下とすることで接続を容易にでき、同時に対向伝搬コア間クロストークを、－４２ｄＢ／１００ｋｍ以下に低く抑えることができ、長距離大容量伝送に好適に用いることができる。更に、低屈折率部として、コア径の０．５倍以上、より好ましくは１．０倍以上とすることにより、低屈折率部を用いない場合に比べてコア間距離を更に０．７μｍ以上、より好ましくは２．０μｍ以上、低減することができ、接続を更に容易とすることができる。
　表４に示される計算例から、コア間距離を３９．１μｍ以下、より好ましくは３５．１μｍ以下とすることで接続を容易にでき、同時に対向伝搬コア間クロストークをそれぞれ、－４６ｄＢ／１００ｋｍ以下、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下に低く抑えることができ、長距離大容量伝送に好適に用いることができる。更に、低屈折率部として、コア径の０．５倍以上、より好ましくは１．０倍以上とすることにより、低屈折率部を用いない場合に比べてコア間距離を更に０．７μｍ以上、より好ましくは２．０μｍ以上、低減することができ、接続を更に容易とすることができる。
　以上説明したように、ＭＣＦ１，１Ａでは、波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークは、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下、より好ましくは－４０ｄＢ／１００ｋｍ以下に低減されている。一般にＭＣＦ同士を接続する際、全てのコアを対向させるために、ＭＣＦの中心軸まわりの角度位置を合わせる必要がある。角度ずれが生じると、接続するコアの中心位置がずれ、接続損失（融着損）が生じる。
　上記非特許文献１及び非特許文献２に記載のＭＣＦでは、コア間距離が大きいので、接続損失が増大し易い。角度ずれ起因の融着損を抑制するには、コア間距離を小さくすることが必要である。そこで、ＭＣＦ１，１Ａでは、コア間距離を４６．５μｍ以下、より好ましくは４１μｍ以下、更に好ましくは３８μｍ以下としている。これにより、各コアの重心からファイバ軸Ｃまでの距離が２３．２５μｍ以下、より好ましくは２０．５μｍ以下、更に好ましくは１９μｍ以下と小さくなる。接続時のファイバ軸に垂直な方向の位置合わせを理想的に行なうことで、接続対象の２つのＭＣＦのコア重心の位置を一致させた場合において、角度ずれによって生じるコア位置ずれを低く抑えることができる。よって、ＭＣＦ１，１Ａでは、上記非特許文献１及び非特許文献２に記載のＭＣＦに比べて、角度ずれによる接続損失の増大を抑制することができる。
　ＭＣＦ１の光ファイバ母材は、例えば、一対のコア１０となる一対のコア部及び光学クラッド２１となる光学クラッド部を一体的に形成した後、物理クラッド２２となる物理クラッド部を光学クラッド部の周りに付与することにより製造される。この製造方法では、光学クラッド部を厚く形成するよりも、物理クラッド部を厚く形成する方が容易である。この点は、ＭＣＦ１Ａの光ファイバ母材の製造方法においても同様である。ＭＣＦ１，１Ａでは、コア間距離が小さいので、光学クラッド径を小さくし、その分、物理クラッド２２を厚くすることができる。よって、生産性を向上させることができる。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、０．５０ｄＢ／１００ターン以下であり、より好ましくは０．２５ｄＢ／１００ターン以下である。ケーブルカットオフ波長は、１５３０ｎｍ以下であり、より好ましくは１４７０ｎｍ以下である。このため、広く用いられるＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４ＡからＤに準拠する光ファイバと相互接続することができ、より好ましくは通常生じうるＭＣＦの製造バラツキが生じても相互接続性が担保される。
　上記非特許文献１及び非特許文献２に記載のＭＣＦでは、クラッドの屈折率が一様な構造であるため、対向伝搬コア間クロストーク、曲げ損失、及びケーブルカットオフ波長に対して要求される特性を満足する設計解範囲が狭いという問題がある。これに対し、ＭＣＦ１，１Ａでは、クラッド２０は、光学クラッド２１に加えて、光学クラッド２１の屈折率以上の屈折率を有する物理クラッド２２を含んでいる。これにより、光学クラッド２１と物理クラッド２２との間の界面に屈折率段差が導入されるので、コア間距離を更に縮小することができる。この結果、曲げ損失及びケーブルカットオフ波長の設計トレランスを拡大することができる。すなわち、曲げ損失を抑制しつつ、ファイバ設計段階でのケーブルカットオフ波長の制御性を向上させることができる。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、物理クラッド２２の光学クラッド２１に対する比屈折率差は０．１％以上０．４％以下である。このため、ＭＣＦ１，１Ａでは、コア間距離を確実に縮小することができる。これにより、曲げ損失及びケーブルカットオフ波長の設計トレランスを確実に拡大することができる。
　ＭＣＦ１Ａは、一対のコア１０の間に低屈折率部を更に備える。これによりコア間クロストークが低減され、クロストークに関する設計マージンが増えるため、このマージンを利用することで、クロストークを低く保ったまま、コア間距離を更に小さくすることができる。よって、角度ずれによる接続損失の増大を更に抑制することができる。
　光伝送システム４０は、ＭＣＦ１またはＭＣＦ１Ａを備えるので、対向伝搬コア間クロストークを低減しながら、接続損失の増大を抑制することができる。
　ＭＣＦ１，１Ａは、例えば、光海底ケーブルの本線から分岐する支線に適用され得る。このような支線は、本線に比べて伝送距離が短いため、ファイバに要求されるクロストーク特性が緩和される。よって、ＭＣＦ１，１Ａのコア間距離をより縮小し易い。支線では、一対のコア１０により、本線からの分岐点から遠ざかる方向へ伝搬する信号と、分岐点に向かう方向へ伝搬する信号とを互いに逆方向に伝搬させることができる。よって、対向伝搬コア間クロストークを容易に抑制することができる。
　ＭＣＦ１，１Ａでは、一対のコア１０の直径、材質、添加元素、または、屈折率分布は、互いに異なっていてもよい。一対のコア１０の特性を互いに異ならせることで、各コア１０を伝搬する光波の伝搬定数を異ならせることができる。よって、一対のコア１０の特性が互いに同一である場合と比べて、対向伝搬コア間クロストークを抑制することができる。また、一対のコア１０が同一である場合と同水準のクロストーク特性を確保するために必要なコア間距離を小さくすることができる。これにより、角度ずれによる接続損失を低減することができる。
１，１Ａ…ＭＣＦ
１ａ，１ｂ…ファイバ端
１０…コア
２０…クラッド
２１…光学クラッド
２２…物理クラッド
３０…低屈折率部
４０…光伝送システム
４１，４２，４３，４４…光送受信機
４５，４６…信号光
５０Ａ，５０Ｂ…測定系
５１，５３…光送信機
５２，５４…光受信機
５５，５６…入射光
５５ａ，５６ａ…光
Ｃ…ファイバ軸
Ｃ１，Ｃ２…伝送路

Claims (7)

  1. 　一対のコアと、
    　前記一対のコアをいずれも覆うクラッドと、を備え、
    　前記クラッドの直径は、１２４μｍ以上１２６ｍ以下であり、
    　前記一対のコアの中心間距離は、４６．５μｍ以下であり、
    　波長１５５０ｎｍにおける対向伝搬コア間クロストークは、－３０ｄＢ／１００ｋｍ以下である、
    　マルチコア光ファイバ。
  2. 　半径３０ｍｍの円環状に巻回されたときの波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失は、０．２５ｄＢ／１００ターン以下である、
    　請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
  3. 　ケーブルカットオフ波長は、１５３０ｎｍ以下である、
    　請求項１または請求項２に記載のマルチコア光ファイバ。
  4. 　前記クラッドは、
    　　前記一対のコアを覆う光学クラッドと、
    　　前記光学クラッドを取り囲み、前記光学クラッドの屈折率以上の屈折率を有する物理クラッドと、を含む、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバ。
  5. 　前記物理クラッドの前記光学クラッドに対する比屈折率差は、０．１％以上０．４％以下である、
    　請求項４に記載のマルチコア光ファイバ。
  6. 　前記一対のコアの間に配置され、前記光学クラッドの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率部を更に備える、
    　請求項４または請求項５に記載のマルチコア光ファイバ。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のマルチコア光ファイバと、
    　前記一対のコアのそれぞれの両端に接続された光送信機及び光受信機と、を備える、
    　光伝送システム。
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