WO2022085534A1 - マルチコア光ファイバ - Google Patents

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WO2022085534A1
WO2022085534A1 PCT/JP2021/037886 JP2021037886W WO2022085534A1 WO 2022085534 A1 WO2022085534 A1 WO 2022085534A1 JP 2021037886 W JP2021037886 W JP 2021037886W WO 2022085534 A1 WO2022085534 A1 WO 2022085534A1
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core
clad
concentration
less
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健美 長谷川
貴博 菅沼
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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    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01446—Thermal after-treatment of preforms, e.g. dehydrating, consolidating, sintering

Definitions

  • MCF multi-core optical fiber
  • MCF having a structure in which a plurality of cores having a higher refractive index than the clad are included in a clad having a predetermined refractive index is designed so that each core is compatible with a conventional optical fiber. It has the advantage that the introduction cost is low because it can be used.
  • MCF is a transmission medium that is particularly effective in a transmission line where there is a large demand for transmission capacity while there are space restrictions.
  • One of the typical examples of such a transmission line is a submarine optical cable.
  • the manufacturing cost and laying cost of the cable itself increase. Therefore, there is a limitation on the outer diameter of the cable, and it is disclosed in Non-Patent Document 1 that the number of optical fibers that can be accommodated is typically about 32.
  • the demand for transmission capacity of submarine optical cables is increasing exponentially with the expansion of data usage, and Non-Patent Document 2 points out the need for cables that can accommodate more than 32 optical fibers. ing.
  • Non-Patent Document 3 As an MCF suitable for an undersea optical cable, for example, there is a 2-core optical fiber disclosed in Non-Patent Document 3.
  • This two-core optical fiber has two cores in a cladding having an outer diameter of 125 ⁇ m.
  • Each of the two cores consists of a central core with a small amount of fluorine added, a ring core made of pure silica, and an inner clad with fluorine added. Further, the two cores are arranged so that the pitch between the centers is 50 ⁇ m while being surrounded by the common clad, and fluorine is also added to the common clad.
  • the crosstalk between cores when a signal is propagated to two cores in opposite directions can be -40 dB / 100 km or less. This corresponds to -17 dB / 100 km or less in crosstalk between cores when propagating in the same direction when the repeater span length is assumed to be 50 km. Since the two cores have a cable cutoff wavelength of 1530 nm or less, the two-core optical fiber operates in a single mode at a wavelength of 1530 nm or more, and its transmission loss is suppressed to 0.162 dB / km at a wavelength of 1550 nm. ing.
  • the MCF (multi-core optical fiber) of the present disclosure includes a plurality of cores, a common clad, and a resin coating.
  • Each of the plurality of cores is made of silica glass.
  • the common clad consists of silica glass and surrounds multiple cores.
  • the common clad has a refractive index lower than the refractive index of each of the plurality of cores.
  • the resin coating surrounds the common clad.
  • each of the plurality of cores contains at least 10000 ppm or more of chlorine in at least a part thereof.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an MCF according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram of the cross-sectional structure, Cl concentration, F concentration, and refractive index profile of the glass fiber contained in the MCF according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram of the cross-sectional structure, Cl concentration, F concentration, and refractive index profile of the glass fiber contained in the MCF according to the second embodiment of the present disclosure.
  • Non-Patent Document 2 the reduction of the outer diameter of the coating resin of the optical fiber from the conventional 250 ⁇ m to 200 ⁇ m is disclosed as one of the means, but the improvement of the spatial density by this is at most 1.4. Mechanical reliability is reduced by doubling and reducing the coating thickness. Therefore, according to the means disclosed in Non-Patent Document 2, there is a possibility that an additional cost for ensuring sufficient reliability will be incurred.
  • connection loss at the time of fusion splicing tends to be high. This is because the pitch between the centers of the two cores is 50 ⁇ m, which is larger than the outer diameter of the clad of 125 ⁇ m.
  • the viscosity of the end of the cut optical fiber decreases due to heating, but at that time, the end of the outer peripheral portion of the clad is deformed so that the edge is rounded due to surface tension. As a result, the internal waveguide structure is easily deformed at the outer peripheral portion of the clad.
  • the stress is not stable at the outer periphery of the clad (the stress applied along the outer periphery of the clad is not constant), and it is not relative to the central axis (fiber axis) of the optical fiber. Cracks may run vertically. Such non-flattening of the end face also causes fusion splicing loss.
  • the rotation angle is such that the core arrangements of the two optical fibers are oriented in the same direction by rotating each of the two optical fibers to be connected around the fiber axis. Are aligned. At that time, there is also a problem that the larger the pitch between the centers of the two cores, the larger the misalignment of the cores due to the rotation angle error.
  • Non-Patent Document 3 if the pitch between the centers of the two cores is reduced in order to reduce the fusion splicing loss, the crosstalk between the cores increases as disclosed in Non-Patent Document 3 above.
  • pure silica glass or fluorine is as low as 3000 ppm or less in order to realize low transmission loss. It is necessary to utilize silica glass added at a concentration, but in this case, the refractive index of the core becomes low.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and provides an MCF having a structure for simultaneously realizing low transmission loss, low fusion splicing loss, and low core-to-core crosstalk.
  • the purpose is.
  • the MCF (multi-core optical fiber) of the present disclosure includes a plurality of cores, a common clad, and a resin coating as one embodiment thereof.
  • Each of the plurality of cores is made of silica glass.
  • the common clad consists of silica glass and surrounds multiple cores.
  • the common clad has a refractive index lower than the refractive index of each of the plurality of cores.
  • the resin coating surrounds the common clad.
  • each of the plurality of cores contains at least 10000 ppm or more of chlorine in at least a part thereof. With this configuration, it is possible to achieve both low transmission loss and low core-to-core crosstalk.
  • the chlorine concentration is preferably 2000 ppm or less at the core-clad boundary between each of the plurality of cores and the common clad. Further, in the transition region including the core-clad boundary among each of the plurality of cores, it is preferable that the chlorine concentration continuously decreases in the direction away from the center of gravity of the refractive index of each of the plurality of cores. In this case, the generation of bubbles is suppressed, and the productivity of the base material and the fiber can be improved.
  • the common clad contains fluorine. Further, in the connection region of the common clad, the concentration of fluorine is preferably 7500 ppm or less. Further, it is preferable that the concentration of fluorine continuously decreases toward the center of gravity of the refractive index of each of the plurality of cores. In this case, low core-to-core crosstalk can be achieved.
  • the concentration of fluorine at the core-clad boundary is preferably 11000 ppm or less. In this case, the generation of bubbles is suppressed, and the productivity of the base material and the fiber can be improved.
  • the common clad may include a first common clad that directly surrounds each of a plurality of cores, and a second common clad that surrounds the first common clad.
  • the average concentration of fluorine in the first common clad is preferably 900 ppm or more higher than the average concentration of fluorine in the second common clad. In this case, the residual tensile tension in each core is suppressed, and a low transmission loss and a high specific refractive index difference can be realized.
  • the MCF may include two cores as a plurality of cores.
  • the core-to-core pitch in these two cores is 30 ⁇ m or more and 45 ⁇ m or less
  • the outer diameter of the first common clad is 60 ⁇ m or more and 85 ⁇ m or less
  • the outer diameter of the second common clad is 124 ⁇ m or more and 126 ⁇ m or less. Is preferable. In this case, the residual tensile tension in each core is suppressed, and a low transmission loss, a high specific refractive index difference, and a lower fusion splicing loss can be realized.
  • the crosstalk between cores in the two cores is preferably -30 dB / 100 km or more and -18 dB / 100 km or less at a wavelength of 1550 nm. In this case, long-distance large-capacity transmission can be realized.
  • ⁇ ⁇ 0 + ( ⁇ 1- ⁇ 0) ⁇ ((r ⁇ r0) / (r1-r0)) ⁇ 01 ...
  • ⁇ value an exponent in the region.
  • C The "concentration" of the substance added to the silica glass shall be expressed in terms of mass concentration unless otherwise specified.
  • the concentration of the additive substance in the silica glass is expressed by the ratio of the weight of the substance added in the specific region to the weight of the silica glass in the specific region.
  • D In MCF, "crosstalk between cores when propagating in the same direction” is incident on one core located at one end of the MCF, and other than the MCF with respect to the power of light emitted from the other end of the same core. Shows the ratio of the power of light emitted from one of the other cores located at the end.
  • E In MCF, "crosstalk between cores when propagating in opposition” is incident on one core located at one end of the MCF and is located at the same end with respect to the power of light emitted from the other end of the same core.
  • inter-core crosstalk Shows the ratio of the power of light emitted from one of the other cores.
  • inter-core crosstalk when it is simply referred to as "inter-core crosstalk" in this specification, it means inter-core crosstalk when propagating in the same direction.
  • core-to-core pitch The pitch between two cores (hereinafter referred to as "core-to-core pitch”) is defined as the distance between the centers of gravity of the refractive index of each core.
  • the center of gravity (X, Y) of the refractive index in a certain region S is the position of the center of gravity weighted by the refractive index n (x, y) in the region: Means.
  • the “non-circular state” of the cross section of the clad or the like (defined on the plane orthogonal to the fiber axis corresponding to the central axis of the optical fiber) is the following equation (3) :. 2 x (major diameter-minor diameter) / (major diameter + minor diameter) ... (3) Defined in.
  • the “transition region” is a region defined on a cross section of an optical fiber, and is a region having a width of 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less including a core-clad boundary between each core and a clad in each of a plurality of cores. ..
  • connection zone is a region defined on the cross section of the optical fiber, which constitutes a part of the clad surrounding each core and has a width of 0 in which the clad is in direct contact with each core. It is a region of 5.5 ⁇ m or more and 2.5 ⁇ m or less.
  • FIG. 1 shows MCF1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the MCF 1 includes a glass fiber 100 extending along the central axis (fiber axis) AX, a first coating 30 surrounding the outer periphery of the glass fiber 100, and a second coating 40 surrounding the outer periphery of the first coating 30. ..
  • the glass fiber 100 includes two cores 10a and 10b extending along the central axis AX, respectively, and a common clad 20 surrounding the two cores 10a and 10b.
  • the common clad 20 is composed of a first common clad 20a (inner clad) that directly surrounds the two cores 10a and 10b, and a second common clad 20b (outer clad) that surrounds the first common clad 20a. Has been done.
  • the two cores 10a and 10b and the common clad 20 are all made of silica glass and may contain halogen elements such as chlorine element (Cl), fluorine element (F) and bromine element (Br).
  • Each of the two cores 10a and 10b contains Cl having a concentration of 10000 ppm or more, and thus has a specific refractive index difference of 0.10% or more with respect to pure silica glass. More preferably, each of the cores 10a and 10b contains Cl of 15,000 ppm or more and has a specific refractive index difference of 0.15% or more. More preferably, each of the cores 10a and 10b contains Cl of 20000 ppm or more and has a specific refractive index difference of 0.20% or more.
  • each of the cores 10a and 10b is 30,000 ppm or less, whereby the generation of bubbles in the optical fiber manufacturing process is suppressed (as a result, highly productive optical fiber can be manufactured).
  • each of the cores 10a and 10b may contain one or more elements from F and Br in addition to Cl, and it is preferable from the viewpoint of manufacturability to reduce the viscosity of each of the cores 10a and 10b. ..
  • the common clad 20 has a refractive index lower than any of the refractive indexes of the cores 10a and 10b, and has a width of 10 ⁇ m with the core-clad boundary (the boundary between each of the cores 10a and 10b and the common clad 20) as the inner circumference.
  • the region has a specific refractive index difference of ⁇ 0.50% or more and ⁇ 0.20% or less with respect to the refractive index of each of the cores 10a and 10b.
  • the common clad 20 is made of pure or F-containing silica glass.
  • the F concentration is 0 ppm or more and 11000 ppm or less, and thus has a specific refractive index difference of ⁇ 0.36% or more and 0% or less with respect to the refractive index of pure silica glass. More preferably, the F concentration is 0 ppm or more and 7500 ppm or less, thereby having a specific refractive index difference of ⁇ 0.25% or more and 0% or less. According to the above configuration, the F concentration in the cladding can be significantly reduced as compared with the two-core fiber of Non-Patent Document 3, and the transmission loss and the manufacturing cost of the optical fiber can be reduced.
  • each of the cores 10a and 10b has a diameter of 6 ⁇ m or more and 16 ⁇ m or less, thereby having a cable cutoff wavelength of a wavelength of 1530 nm or less. More preferably, each of the cores 10a and 10b has a cable cutoff wavelength of 1480 nm or less.
  • the outer diameter of the common clad 20 is preferably a standard outer diameter of 124 ⁇ m or more and 126 ⁇ m or less.
  • the non-circular state of the cross section of the common clad 20 may be 0.1% or more and 2.0% or less, and the non-circular state where the cross section of the common clad 20 is not 0% causes rotation for fusion splicing. It is possible to improve the measurement accuracy of the rotation angle when aligning. More preferably, the non-circular state of the cross section of the common clad 20 is 0.2% or more and 1.0% or less.
  • the first coating 30 and the second coating 40 are made of a urethane acrylate-based ultraviolet curable resin.
  • the first coating preferably has a thickness of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less and an elastic modulus of 0.05 MPa or more and 0.5 MPa or less.
  • the second coating 40 preferably has a thickness of 15 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and has an elastic modulus of 500 MPa or more and 2000 MPa or less.
  • FIG. 2 shows the cross-sectional structure, Cl concentration, F concentration, and refractive index profile of the glass fiber 100A (corresponding to the glass fiber 100 in FIG. 1) contained in the MCF according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the Cl concentration is indicated by [Cl]
  • [Cl] 0 indicates the maximum Cl concentration of the cores 10a and 10b
  • [Cl] 1 indicates the Cl concentration at the core-clad boundary.
  • the F concentration is indicated by [F]
  • [F] 1 is the maximum F concentration in the first common clad 20a of the common clad
  • [F] 2 is the average F concentration in the second common clad 20b of the common clad 20.
  • [F] 10 indicates the F concentration at the core-clad boundary.
  • the refractive index profile is defined by the specific refractive index difference of each part on the line L1 passing through the central axis AX in the cross section of the glass fiber 100A, ⁇ 0 is the maximum specific refractive index difference of the cores 10a and 10b, and ⁇ 1 is the first.
  • the minimum specific refractive index difference in the common clad 20a and ⁇ 2 are the average specific refractive index differences in the second common clad 20b.
  • the two cores may be arranged on the axis of symmetry to maximize the distance to the outer edge of the clad to reduce transmission loss, but by arranging them offset from the axis of symmetry, the angle of rotation at the time of centering You may increase the accuracy of.
  • the cross-sectional structure of the glass fiber 100A shown in FIG. 2 substantially matches the cross-sectional structure of the glass fiber 100 shown in FIG. 1, P1 is the pitch between cores, and P2 is the first common cladding.
  • the outer diameter of 20a and P3 indicate the outer diameter of the second common clad 20b, respectively.
  • the Cl concentration [Cl] forms a substantially flat concentration distribution at the concentration [Cl] 0 at the center of each of the cores 10a and 10b. It continuously decreases to a concentration of [Cl] 1 at the core-clad boundary.
  • the upper limit of the concentration [Cl] 0 is 10,000 ppm, and ⁇ 0 is 0.10%.
  • the upper limit of the concentration [Cl] 0 is 15000 ppm, and ⁇ 0 is 0.15%.
  • the upper limit of the concentration [Cl] 0 is 20000 ppm, and ⁇ 0 is 0.20%.
  • the upper limit of the concentration [Cl] 1 is 2000 ppm, and ⁇ 1 is 0.02%.
  • the upper limit of the concentration [Cl] 1 is 1000 ppm, and ⁇ 1 is 0.01%. More preferably, the upper limit of the concentration [Cl] 1 is 0 ppm, and ⁇ 1 is 0%.
  • the core having the Cl concentration distribution as described above is used when sintering a glass steam body manufactured by the VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method or the OVD (Outside Vapor Deposition) method in a chlorine-based gas atmosphere such as Cl2 or SiCl4. It can be realized by increasing the specific surface area of the soot body and increasing the partial pressure of the chlorine-based gas at the time of sintering equal to or several times the atmospheric pressure. In particular, in a hollow soot body manufactured by the OVD method, it is preferable to form a Cl concentration distribution that decreases toward the outer periphery by increasing the chlorine-based gas concentration in the hollow portion from the outer peripheral portion.
  • the ⁇ value when the distribution of the specific refractive index difference due to the addition of Cl is approximated by the above equation (2) for the entire core is preferably 50 or less, more preferably 20 or less.
  • the ⁇ value when the refractive index distribution is approximated by the above equation (2) for the entire core is preferably 3 or more, and more preferably 5 or more.
  • the core-to-core pitch is 45 ⁇ m, preferably 40 ⁇ m, more preferably 35 ⁇ m, and even more preferably 30 ⁇ m.
  • the flatness of the end face at the time of fiber cutting is lowered due to the unstable stress in the vicinity of the outer periphery of the clad, but according to the present embodiment, the deterioration of the flatness of the core can be effectively suppressed. Further, the core position shift due to the adjustment error of the rotation angle is also reduced. As a result, the fusion splicing loss is suppressed to 0.10 dB or less, preferably 0.08 dB or less, more preferably 0.06 dB or less, still more preferably 0.04 dB or less.
  • Pure silica glass or F having a concentration [F] 1 is added to the first common clad 20a, whereby the difference in the specific refractive index with respect to pure silica becomes ⁇ 1.
  • F having a concentration of [F] 2 is added to the second common clad 20b, and the difference in the specific refractive index with respect to pure silica is ⁇ 2.
  • the F concentration [F] in the first common clad 20a is continuous along the direction approaching the core in a region having a width of 0.5 ⁇ m or more and 2.5 ⁇ m or less (connection region of the common clad 20) in direct contact with each core.
  • the concentration decreases to 10 and decreases to ⁇ 10 (not shown, but the difference in the specific refractive index at the core-clad boundary) with respect to pure silica.
  • the upper limit of the concentration [F] 1 is 11000 ppm, and as a result, ⁇ 1 is ⁇ 0.36%.
  • the upper limit of the concentration [F] 1 is 7500 ppm, and ⁇ 1 is ⁇ 0.25%. More preferably, the upper limit of the concentration [F] 1 is 0, and ⁇ 1 is also 0.
  • the upper limit of the concentration [F] 10 is 7500 ppm, and preferably the upper limit of the concentration [F] 10 is 5000 ppm.
  • the lower limit of [F] 1- [F] 10 is 1500 ppm, and as a result, ⁇ 1- ⁇ 10 is ⁇ 0.05%.
  • the lower limit of [F] 1- [F] 10 is 3000 ppm, and as a result, ⁇ 1- ⁇ 10 is ⁇ 0.10%.
  • the upper limit of the concentration [F] 10 is 0 ppm.
  • the connection region (the region having a width of 0.5 ⁇ m or more and 2.5 ⁇ m or less and in contact with each core) is important because it has a large influence on the optical characteristics, but the average in this connection region is important.
  • the lower limit of ⁇ 0 ⁇ ⁇ 1 avg is 0.36%, where the difference in the specific refractive index is ⁇ 1 avg. More preferably, the lower limit of ⁇ 0 ⁇ 1avg is 0.32%. More preferably, the lower limit of ⁇ 0 ⁇ 1avg is 0.28%.
  • the outer diameter of each of the cores 10a and 10b is preferably 6 ⁇ m or more and 16 ⁇ m or less.
  • each of the cores 10a and 10b makes it possible for each of the cores 10a and 10b to have a cable cutoff wavelength of 1530 nm or less and to maintain compatibility with existing submarine cable systems. More preferably, the outside of each of the cores 10a and 10b is 6 ⁇ m or more and 14 ⁇ m or less. As a result, each of the cores 10a and 10b has a cable cutoff wavelength of 1480 nm or less, and it becomes possible to support wavelength division multiplexing transmission in a wider wavelength band.
  • the cable cutoff wavelength is preferably 1260 nm or more, whereby the core-to-core crosstalk during codirectional propagation is -18 dB / 100 km or less (corresponding to core-to-core crosstalk during counter-propagation: -42 dB / 100 km or less). It can be suitably used for long-distance transmission. More preferably, the cable cutoff wavelength is 1310 nm or more, which corresponds to core-to-core crosstalk of -20 dB / 100 km or less during codirectional propagation (core-to-core crosstalk during counterpropagation: -44 dB / 100 km or less). ), And can be suitably used for long-distance transmission.
  • Concentration [F] 2 is 900 ppm or more lower than concentration [F] 1, and ⁇ 2 is 0.03% or more higher than ⁇ 1.
  • the concentration [F] 2 is 1500 ppm or more lower than the concentration [F] 1, and ⁇ 2 is 0.05% or more higher than ⁇ 1. More preferably, the concentration [F] 2 is 3000 ppm or more lower than the concentration [F] 1, and ⁇ 2 is 0.10% or more higher than ⁇ 1.
  • the viscosity of the second common clad 20b is increased, and the transmission loss caused by the tensile stress caused by the tension at the time of drawing remaining in each of the cores 10a and 10b is increased and the difference in the relative refractive index between the core and the clad is increased. Can be prevented from decreasing.
  • the tensile stress remaining in all the cores is preferably 10 MPa or less, more preferably 0 MPa or less, that is, the compressive stress.
  • the outer diameter of the first common clad 20a is 85 ⁇ m or less, preferably 60 ⁇ m or less.
  • the area of the second common clad 20b can be sufficiently increased, and the residual stress due to the linear tensile force can be reliably suppressed in the cores 10a and 10b.
  • the viscosity of the core is lowered, and by controlling the amount of F added to lower the refractive index of the clad, the tension caused by the tension at the time of drawing is controlled.
  • the increase in transmission loss caused by the residual stress remaining in the core can be suppressed, but unlike the above-mentioned Patent Document 1, in the present disclosure, by using a plurality of cores, the number of cores is increased.
  • the residual tensile stress can be suppressed more effectively.
  • the amount of Cl added to the core required to obtain the same transmission loss can be reduced, whereby the yield due to the generation of bubbles by Cl in the base metal can be reduced.
  • the concentration [F] 10 is preferably 70% or less with respect to the concentration [F] 1. More preferably, the concentration [F] 10 is 50% or less with respect to the concentration [F] 1. As a result, the generation of bubbles due to the vaporization of the F compound is suppressed at the core-clad interface, and the base material and the fiber can be manufactured with a high yield.
  • FIG. 3 shows the cross-sectional structure, Cl concentration, F concentration, and refractive index profile of the glass fiber 100B (corresponding to the glass fiber 100 in FIG. 1) contained in the MCF according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the Cl concentration is indicated by [Cl]
  • [Cl] 0a is the maximum Cl concentration of the core 10a
  • [Cl] 0b is the maximum Cl concentration of the core 10b
  • [Cl] 1 is the core-clad boundary.
  • the F concentration is indicated by [F]] 1 is the maximum F concentration in the first common clad 20a of the common clad
  • [F] 2 is the average F concentration in the second common clad 20b of the common clad 20.
  • [F] 10 indicates the F concentration at the core-clad boundary.
  • the refractive index profile is defined by the specific refractive index difference of each part on the line L2 passing through the central axis AX in the cross section of the glass fiber 100B, where ⁇ 0a is the maximum specific refractive index difference of the core 10a and ⁇ 0b is the maximum ratio of the core 10a.
  • the refractive index difference ⁇ 1 is the minimum specific refractive index difference ⁇ 2 in the first common clad 20a
  • the refractive index difference ⁇ 2 is the average specific refractive index difference in the second common clad 20b.
  • the cross-sectional structure of the glass fiber 100B shown in FIG. 3 substantially coincides with the cross-sectional structure of the glass fiber 100A shown in FIG. 2, where P1 is the pitch between cores and P2 is the first common.
  • the outer diameter of the clad 20a and P3 indicate the outer diameter of the second common clad 20b, respectively.
  • the Cl concentration of the core 10a and the Cl concentration of the core 10b are different, and as a result, the difference in the specific refractive index of the core 10a and the difference in the specific refractive index of the core 10b are different.
  • the structure of the glass fiber 100B (FIG. 3) and the structure of the glass fiber 100A (FIG. 2) are different.
  • the Cl concentration of the core 10a is [Cl] 0a, and the difference in the specific refractive index is ⁇ 0a.
  • the Cl concentration of the core 10b is [Cl] 0b, and the difference in the specific refractive index thereof is ⁇ 0b.
  • absolute value display
  • is 5000 ppm or more, and
  • the intercore crosstalk during codirectional propagation is -21 dB / 100 km or less (intercore crosstalk during counterpropagation: -45 dB / 100 km).
  • the inter-core crosstalk during co-propagation is -24 dB / 100 km or less (corresponding to inter-core crosstalk during counter-propagation: -48 dB / 100 km or less), which is a long distance and high. It is possible to realize signal-to-noise ratio transmission.
  • MCF multi-core optical fiber
  • 10a, 10b ... core 20 ... common clad
  • 20b ... second common clad outer clad
  • 40 ... Second coating (resin coating) 100, 100A, 100B ... Glass fiber.

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Abstract

一実施形態のマルチコア光ファイバは、低い伝送損失、低い融着接続損失、および低いコア間クロストークを同時に実現するための構造を備える。当該マルチコア光ファイバは、シリカガラスからなる複数のコアと、シリカガラスからなるとともに複数のコアを包囲した共通クラッドと、共通クラッドを包囲した樹脂被覆と、を備える。共通クラッドは、複数のコアの屈折率より低い屈折率を有する。複数のコアそれぞれは、少なくともその一部において１００００ｐｐｍ以上の塩素を含有する。

Description

マルチコア光ファイバ
　本開示は、マルチコア光ファイバ（以下、「ＭＣＦ」と記す）に関するものである。
  本願は、２０２０年１０月２３日に出願された日本特許出願第２０２０－１７７９７７号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
　内部に複数の空間的チャネルが設けられた空間多重光ファイバは、空間制約のある伝送路の伝送容量を拡大する手段として注目されている。中でも、所定の屈折率を有するクラッドの中に該クラッドよりも高い屈折率を有する複数のコアが包含された構造を有するＭＣＦは、個々のコアを従来の光ファイバと互換性を保つように設計することが可能なため、導入コストが低いという利点を有する。
　ＭＣＦは、空間制約がある一方で伝送容量に対する需要が大きい伝送路において特に有効な伝送媒体である。このような伝送路の代表例の一つは海底光ケーブルである。海底光ケーブルはその外径が太くなると、ケーブル自体の製造コストや敷設コストが上昇する。そのため、ケーブル外径には制約があり、収容可能な光ファイバの本数も３２本程度が典型であることが非特許文献１に開示されている。一方、データ利用の拡大とともに海底光ケーブルの伝送容量需要は指数的に増大しており、非特許文献２には、上記３２本を超えた本数の光ファイバを収納可能なケーブルの必要性が指摘されている。
　海底光ケーブルに適したＭＣＦとしては、例えば非特許文献３に開示された２コア光ファイバがある。この２コア光ファイバは、１２５μｍの外径を有するクラッドの中に２つのコアを有する。２つのコアそれぞれは、フッ素が僅かに添加された中心コア、純シリカからなるリングコア、フッ素が添加された内側クラッドで構成される。また、２つのコアは、共通クラッドに包囲された状態で、その中心間ピッチが５０μｍとなるよう配置され、該共通クラッドにもフッ素が添加されている。上記非特許文献３によれば、２つのコアに信号を対向伝搬させた際のコア間クロストークは、－４０ｄＢ／１００ｋｍ以下が可能である旨記載されている。これは、中継器スパン長を５０ｋｍと仮定した場合に同方向伝搬させた際のコア間クロストークで－１７ｄＢ／１００ｋｍ以下に相当する。当該２コア光ファイバは、２つのコアが１５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有することで、波長１５３０ｎｍ以上においてシングルモードで動作し、その伝送損失は、波長１５５０ｎｍにおいて０．１６２ｄＢ／ｋｍと低く抑えられている。
米国特許第９，６１８，６９２号
Florence Palacios, et al., "Ultra-Large Effective Area Fibre Performances in High Fibre Count Cables and Joints, A New Technical Challenge," Proceedings of SubOptic 2016, TU1A-2 (2016). Herve Fevrier, et al., "Facebook Perspective on Submarine Wet Plant Evolution," Proceedings of OFC 2019, M2E.4 (2019). Yoshiaki Tamura, et al., " Low-Loss Uncoupled Two-Core Fiber for Power Efficient Practical Submarine Transmission," Proceedings of OFC2019, M1E.5 (2019).
　本開示のＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）は、複数のコアと、共通クラッドと、樹脂被覆と、を備える。複数のコアそれぞれは、シリカガラスからなる。共通クラッドは、シリカガラスからなるとともに複数のコアを包囲する。また、共通クラッドは、複数のコアそれぞれの屈折率より低い屈折率を有する。樹脂被覆は、共通クラッドを包囲する。特に、複数のコアそれぞれは、少なくともその一部において１００００ｐｐｍ以上の塩素を含有する。
図１は、本開示の実施形態に係るＭＣＦの概念図である。 図２は、本開示の第1実施形態に係るＭＣＦに含まれるガラスファイバの、断面構造、Ｃｌ濃度、Ｆ濃度、および屈折率プロファイルの概念図である。 図３は、本開示の第２実施形態に係るＭＣＦに含まれるガラスファイバの、断面構造、Ｃｌ濃度、Ｆ濃度、および屈折率プロファイルの概念図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
  発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記非特許文献２では、光ファイバの被覆樹脂の外径を従来の２５０μｍから２００μｍに削減することが手段の一つとして開示されているが、それによる空間密度の改善は高々１．４倍に止まり、そのうえ被覆厚さが削減されることで機械的信頼性が低下する。そのため、非特許文献２に開示された手段によれば、十分な信頼性を担保するための追加コストが生じる可能性がある。
　また、上記特許文献３の２コア光ファイバでは、融着接続時の接続損失が高くなり易いという課題であった。これは、２つのコアの中心間ピッチが５０μｍと、クラッドの外径１２５μｍに比べて大きいことに起因する。融着接続時には切断された光ファイバの末端の粘度が加熱により低下するが、その際、表面張力によってクラッドの外周部の末端はエッジが丸まるように変形する。これにより、クラッドの外周部では内部の導波路構造も変形し易くなってしまう。また、光ファイバを劈開して切断する時にクラッドの外周部では応力が安定せず（クラッド外周に沿って加えられる応力が一定にならない状態）、光ファイバの中心軸（ファイバ軸）に対して非垂直にクラックが走る可能性がある。このような端面の非平坦化も融着接続損失の原因となる。さらに、２つの光ファイバを融着接続する場合、ファイバ軸を中心にして接続されるべき２つの光ファイバをそれぞれ回転させることで、該２つの光ファイバのコア配置が同じ向きになるよう回転角が揃えられる。その際、２つのコアの中心間ピッチが大きくなるほど回転角度誤差によるコアの位置ずれが大きくなるという課題もあった。
　一方、融着接続損失を低下させるために２つのコアの中心間ピッチを小さくすると、上記非特許文献３にも開示されているように、コア間クロストークが増大する。コア－クラッド間の屈折率差を大きくすることでコア間クロストークを低減することも可能であるが、従来技術では、低い伝送損失を実現するためには純粋シリカガラスまたはフッ素が３０００ｐｐｍ以下の低濃度で添加されたシリカガラスの利用が必要になるが、この場合、コアの屈折率が低くなる。コア－クラッドの屈折率差を大きくするためにはクラッドの屈折率を低下させる必要があるが、クラッドのフッ素濃度を高くすると、それによって伝送損失の増大や製造コストの増大が生じるという課題があった。
　本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低い伝送損失、低い融着接続損失、および低いコア間クロストークを同時に実現するための構造を備えたＭＣＦを提供することを目的としている。
　［本開示の効果］
  本開示のマルチコア光ファイバによれば、低い伝送損失、低い融着接続損失、および低いコア間クロストークが同時に実現し得る。
　[本開示の実施形態の説明]
  最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）　本開示のＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）は、その一態様として、複数のコアと、共通クラッドと、樹脂被覆と、を備える。複数のコアそれぞれは、シリカガラスからなる。共通クラッドは、シリカガラスからなるとともに複数のコアを包囲する。また、共通クラッドは、複数のコアそれぞれの屈折率より低い屈折率を有する。樹脂被覆は、共通クラッドを包囲する。特に、複数のコアそれぞれは、少なくともその一部において１００００ｐｐｍ以上の塩素を含有する。この構成によれば、低い伝送損失と低いコア間クロストークの両立が可能になる。
　（２）　本開示の一態様として、複数のコアそれぞれと共通クラッドとのコア－クラッド境界において、前記塩素の濃度は２０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。また、複数のコアそれぞれのうちコア－クラッド境界を含む遷移領域において、塩素の濃度は、複数のコアそれぞれの屈折率重心から遠ざかる方向に向かって連続的に減少するのが好ましい。この場合、気泡の発生が抑制され、母材およびファイバの生産性向上が可能になる。
　（３）　本開示の一態様として、共通クラッドはフッ素を含むのが好ましい。また、共通クラッドの接続領域において、フッ素の濃度は７５００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。また、フッ素の濃度は、複数のコアそれぞれの屈折率重心に近づく方向に向かって連続的に減少するのが好ましい。この場合、低いコア間クロストークの実現が可能になる。
　（４）　本開示の一態様として、コア－クラッド境界において、フッ素の濃度は１１０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。この場合、気泡の発生が抑制され、母材およびファイバの生産性向上が可能になる。
　（５）　本開示の一態様として、共通クラッドは、複数のコアそれぞれを直接包囲した第1共通クラッドと、該第１共通クラッドを包囲する第２共通クラッドと、を備えてもよい。また、第１共通クラッドにおけるフッ素の平均濃度は、第２共通クラッドにおけるフッ素の平均濃度よりも、９００ｐｐｍ以上大きいのが好ましい。この場合、各コアへの引張張力の残留が抑制され、低い伝送損失と高い比屈折率差が実現され得る。
　（６）　本開示の一態様として、当該ＭＣＦは、複数のコアとして、２つのコアを含んでもよい。また、これら２つのコアにおけるコア間ピッチは、３０μｍ以上４５μｍ以下であり、第１共通クラッドの外径は、６０μｍ以上８５μｍ以下であり、第２共通クラッドの外径は、１２４μｍ以上１２６μｍ以下であるのが好ましい。この場合、各コアへの引張張力の残留が抑制され、低い伝送損失、高い比屈折率差、さらに低い融着接続損失が実現され得る。
　（７）　本開示の一態様として、２つのコアにおけるコア間クロストークは、波長１５５０ｎｍにおいて－３０ｄＢ／１００ｋｍ以上－１８ｄＢ／１００ｋｍ以下であるのが好ましい。この場合、長距離大容量伝送が実現され得る。
　以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本開示の実施形態の詳細］
  以下、本開示の実施形態に係るＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）の具体例の具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　（用語の定義）
（ａ）本明細書において、特記する箇所を除いて、ある媒質の屈折率をn、純粋シリカガラスの屈折率をｎ０とするとき、その媒質の比屈折率差Δは、以下の式（１）：
       Δ＝（ｎ／ｎ０）－１　　…（１）
で定義されるものとする。
（ｂ）光ファイバの半径座標をrとし、内半径ｒ０および外半径ｒ１の領域における比屈折率差Δを以下の式（２）：
       Δ＝Δ０＋（Δ１－Δ０）×（（ｒ－ｒ０）／（ｒ１－ｒ０））α０１　　…（２）
で近似したとき、α０１を当該領域の指数α（以下、「α値」と記す）と言う。ただし、Δ０およびΔ１は、半径ｒ＝ｒ０およびｒ１、すなわち領域の両端における比屈折率差であり、α０１は最小二乗法に基づき決められる。
（ｃ）シリカガラスに添加された物質の「濃度」は、特に断らない限り質量濃度で表すものとする。すなわち、シリカガラス内における添加物質の濃度は、特定領域内に添加された物質の重量の、該特定領域内のシリカガラスの重量に対する比で表される。
（ｄ）ＭＣＦにおいて「同方向伝搬する際のコア間クロストーク」は、当該ＭＣＦの一端に位置する１つのコアに入射され、同じコアの他端から出射する光のパワーに対する、当該ＭＣＦの他端に位置する他のコアの１つから出射される光のパワーの比率を示す。
（ｅ）ＭＣＦにおいて「対向伝搬する際のコア間クロストーク」は、当該ＭＣＦの一端に位置する１つのコアに入射され、同じコアの他端から出射する光のパワーに対する、同じ端に位置する他のコアの１つから出射される光のパワーの比率を示す。なお、本明細書において単に「コア間クロストーク」と記す場合には、同方向伝搬する際のコア間クロストークを意味する。
（ｆ）２つのコア間のピッチ（以下、「コア間ピッチ」と記す）は、それぞれのコアの屈折率重心の間の距離として定義される。なお、ある領域Ｓの屈折率重心（Ｘ，Ｙ）は、その領域内において屈折率n(ｘ，ｙ)で重みづけした重心位置：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 を意味する。
（ｇ）クラッド等の断面（光ファイバの中心軸に相当するファイバ軸に直交する面上で定義）の「非円状態」は、以下の式（３）：
       ２×（長径―短径）／（長径＋短径）　　…（３）
で定義される。
（ｈ）「遷移領域」は、光ファイバの断面上で定義される領域であって、複数のコアそれぞれにおいて、各コアとクラッドとのコア－クラッド境界を含む幅１μｍ以上５μｍ以下の領域である。
（ｉ）「接続領域」は、光ファイバの断面上で定義される領域であって、各コアと包囲するクラッドの一部を構成し、当該クラッドのうち各コアに直接接触している幅０．５μｍ以上２．５μｍ以下の領域である。
　（実施の形態）
  図１は、本開示の実施形態に係るＭＣＦ１を示す。ＭＣＦ１は、中心軸（ファイバ軸）ＡＸに沿って延びるガラスファイバ１００と、該ガラスファイバ１００の外周を取り囲む第１被覆３０と、該第１被覆３０の外周を取り囲む第２被覆４０と、を備える。ガラスファイバ１００は、中心軸ＡＸに沿ってそれぞれ延びる２つのコア１０ａ、１０ｂと、２つのコア１０ａ、１０ｂを包囲する共通クラッド２０と、を備える。また、共通クラッド２０は、２つのコア１０ａ、１０ｂを直接包囲する第１共通クラッド２０ａ（内側クラッド）と、該第１共通クラッド２０ａを包囲する第２共通クラッド２０ｂ（外側クラッド）と、により構成されている。
　２つのコア１０ａ、１０ｂおよび共通クラッド２０は、いずれもシリカガラスからなり、塩素元素（Ｃｌ）、フッ素元素（Ｆ）、臭素元素（Ｂｒ）などのハロゲン元素を含み得る。２つのコア１０ａ、１０ｂそれぞれは、濃度１００００ｐｐｍ以上のＣｌを含み、これにより、純粋シリカガラスに対して０．１０％以上の比屈折率差を有する。より好ましくは、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、１５０００ｐｐｍ以上のＣｌを含み０．１５％以上の比屈折率差を有する。さらに好ましくは、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、２００００ｐｐｍ以上のＣｌを含み０．２０％以上の比屈折率差を有する。一方、コア１０ａ、１０ｂそれぞれにおけるＣｌ濃度は、３００００ｐｐｍ以下であり、それにより、光ファイバの製造工程中での気泡の発生が抑えられる（結果、高い生産性の光ファイバ製造が可能）。また、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、Ｃｌに加えてＦ、Ｂｒの中から１つ以上の元素を含んでもよく、これにより、コア１０ａ、１０ｂそれぞれの粘性を低下させることが製造性の観点で好ましい。共通クラッド２０は、コア１０ａ、１０ｂのいずれの屈折率よりも低い屈折率を有し、コア－クラッド境界（コア１０ａ、１０ｂそれぞれと共通クラッド２０との境界）を内周とする、幅１０μｍの領域は、コア１０ａ、１０ｂそれぞれの屈折率に対して－０．５０％以上－０．２０％以下の比屈折率差を有する。
　共通クラッド２０は、純粋またはＦを含むシリカガラスからなる。Ｆ濃度は、０ｐｐｍ以上１１０００ｐｐｍ以下であり、これにより、純粋シリカガラスの屈折率に対して－０．３６％以上０％以下の比屈折率差を有する。より好ましくは、Ｆ濃度は、０ｐｐｍ以上７５００ｐｐｍ以下であり、これにより、－０．２５％以上０％以下の比屈折率差を有する。上述の構成によれば、上記非特許文献３の２コアファイバに比べて、クラッドにおけるＦ濃度を有意に下げることができ、光ファイバの伝送損失および製造コストを低減することが可能になる。
　また、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、６μｍ以上１６μｍ以下の直径を有し、これにより、波長１５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する。より好ましくは、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、波長１４８０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有する。
　共通クラッド２０の外径は、１２４μｍ以上１２６μｍ以下の標準的な外径であることが好ましい。共通クラッド２０の断面の非円状態は、０．１％以上２．０％以下であればよく、共通クラッド２０の断面が０％でない非円状態であることにより、融着接続のために回転調心する際に回転角の測定精度を高めることができる。より好ましくは、共通クラッド２０の断面の非円状態は、０．２％以上１．０％以下である。
　第１被覆３０および第２被覆４０は、ウレタンアクリレート系の紫外線硬化性樹脂からなる。第１被覆は、１５μｍ以上４０μｍ以下の厚みを有するとともに、０．０５ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下の弾性率を有するのが好ましい。第２被覆４０は、１５μｍ以上かつ４０μｍ以下の厚みを有するとともに、５００ＭＰａ以上２０００ＭＰａ以下の弾性率を有するのが好ましい。これにより、光ファイバの側方から加わった外力が効果的に遮蔽され、コア１０ａ、１０ｂおよび共通クラッド２０におけるガラス変形に起因したマイクロベンド損失が抑制され得る。
　図２は、本開示の第1実施形態に係るＭＣＦに含まれるガラスファイバ１００Ａ（図１のガラスファイバ１００に相当）の、断面構造、Ｃｌ濃度、Ｆ濃度、および屈折率プロファイルを示す。なお、図２中、Ｃｌ濃度は[Cl]で表示され、[Cl]0はコア１０ａ、１０ｂの最大Ｃｌ濃度、[Cl]1はコア－クラッド境界におけるＣｌ濃度を示す。Ｆ濃度は[F]で表示され、[F]1は共通クラッド２０のうち第１共通クラッド２０ａにおける最大Ｆ濃度、[F]2は共通クラッド２０のうち第２共通クラッド２０ｂにおける平均Ｆ濃度、[F]10はコア－クラッド境界におけるＦ濃度を示す。また、屈折率プロファイルは、ガラスファイバ１００Ａの断面において中心軸ＡＸを通過する線Ｌ１上の各部の比屈折率差で定義され、Δ０はコア１０ａ、１０ｂの最大比屈折率差、Δ１は第１共通クラッド２０ａにおける最小比屈折率差、Δ２は第２共通クラッド２０ｂにおける平均比屈折率差である。
　２つのコアは対称軸上に配置することでクラッド外縁までの距離を最大化することで伝送損失を低減してもよいが、対称軸上からずらして配置されることで調心時の回転角の精度を高めてもよい。なお、図２中に示されたガラスファイバ１００Ａの断面構造は、実質的に図１に示されたガラスファイバ１００の断面構造と一致しており、Ｐ１はコア間ピッチ、Ｐ２は第１共通クラッド２０ａの外径、Ｐ３は第２共通クラッド２０ｂの外径をそれぞれ示す。
　ガラスファイバ１００Ａにおいて、コア１０ａ、１０ｂそれぞれにはＣｌが添加され、Ｃｌ濃度[Cl]は、コア１０ａ、１０ｂそれぞれの中心部において濃度[Cl]0で略平坦な濃度分布を形成しており、コア－クラッド境界において濃度[Cl]1まで連続的に低下する。その結果、コア１０ａ、１０ｂそれぞれの純シリカに対する比屈折率差は、中心部でΔ０、コア－クラッド境界においてΔ１となる。濃度[Cl]0の上限値は、１００００ｐｐｍであり、Δ０は０．１０％である。好ましくは、濃度[Cl]0の上限値は、１５０００ｐｐｍであり、Δ０は０．１５％である。さらに好ましくは、濃度[Cl]0の上限値は、２００００ｐｐｍであり、Δ０は０．２０％である。濃度[Cl]1の上限値は、２０００ｐｐｍであり、Δ１は０．０２％である。好ましくは、濃度[Cl]1の上限値は、１０００ｐｐｍであり、Δ１は０．０１％である。より好ましくは、濃度[Cl]1の上限値は、０ｐｐｍであり、Δ１は０％である。
　上述のようなＣｌ濃度分布を持つコアは、ＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition）法やＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法で製造したガラススス体をＣｌ２やＳｉＣｌ４などの塩素系ガス雰囲気で焼結する際に、スス体の比表面積を高めることや、焼結時の塩素系ガスの分圧を大気圧と同等またはその数倍に高めることで実現可能である。特に、ＯＶＤ法で製造された中空のスス体において中空部の塩素系ガス濃度を外周部より高めることで外周に向かって低下するＣｌ濃度分布を形成することが好ましい。具体的には、Ｃｌ添加に起因する比屈折率差の分布をコア全体について上記式（２）で近似した際のα値は５０以下が好ましく、２０以下がより好ましい。その結果、コア－クラッド境界付近においてＣｌ化合物の気化に起因する気泡が抑制され、母材工程および線引工程の歩留低下を防ぐことが可能になる。一方、コア－クラッド境界におけるＣｌ濃度分布の変化を緩やかにすると、融着接続時に光ファイバを側方から観察した際にコア－クラッド境界がぼやけ、位置合わせや角度合わせの精度が低下する可能性がある。そのため、コア全体について屈折率分布を上記式（２）で近似した際のα値は３以上が好ましく、５以上がより好ましい。
　コア間ピッチは４５μｍ、好ましくは４０μｍ、より好ましくは３５μｍ、さらに好ましくは３０μｍである。コア間ピッチを狭くすることで、各コアを光ファイバの断面中心に集めることができる。これにより、光ファイバを切断して融着接続する際、端面におけるクラッド外周のエッジが丸まる場合（加熱によりガラスを軟化させた際に表面張力による変形）でも、コアの変形が抑えられる。また、クラッド外周付近では応力が安定しないことによりファイバ切断時の端面の平坦性が低下する場合が多いが、本実施形態によれば、コアの平坦性の低下が効果的に抑制され得る。さらに、回転角の調整誤差によるコア位置ずれも低減される。その結果、融着接続損失は、０．１０ｄＢ以下、好ましくは０．０８ｄＢ以下、より好ましくは０．０６ｄＢ以下、さらに好ましくは０．０４ｄＢ以下に抑えられる。
　第１共通クラッド２０ａは、純粋シリカガラスまたは濃度[F]1のＦが添加され、それにより、純シリカに対する比屈折率差はΔ１となる。第２共通クラッド２０ｂには濃度[F]2 のＦが添加され、純シリカに対する比屈折率差はΔ２となる。第１共通クラッド２０ａにおけるＦ濃度[F]は、各コアに直接接触している幅０．５μｍ以上２．５μｍ以下の領域（共通クラッド２０の接続領域）でコアに近づく方向に沿って連続的に濃度[F]10まで低下し、純シリカに対する比屈折率差としてΔ１０（図示されていないが、コア－クラッド境界における比屈折率差）まで低下する。濃度[F]1の上限値は１１０００ｐｐｍであり、その結果、Δ１は－０．３６％である。好ましくは、濃度[F]1の上限値は７５００ｐｐｍであり、Δ１は－０．２５％である。より好ましくは、濃度[F]1の上限値は０であり、Δ１も０である。また、濃度[F]10の上限値は７５００ｐｐｍであり、好ましくは、濃度[F]10の上限値は５０００ｐｐｍである。また、[F]1－[F]10の下限値は１５００ｐｐｍであり、その結果、Δ１－Δ１０は－０．０５％である。好ましくは、[F]1－[F]10の下限値は３０００ｐｐｍであり、その結果、Δ１－Δ１０は－０．１０％である。Δ１－Δ１０を大きくすることで、フッ素添加に起因する界面気泡やレイリー散乱によるロス増を抑えることと、光を強く閉じ込めて曲げ損失を抑えることを両立することができる。より好ましくは、濃度[F]10の上限値は０ｐｐｍである。
　また、第１共通クラッド２０ａのうち接続領域（幅０．５μｍ以上２．５μｍ以下の、各コアに接触した領域）は光学特性への影響が大きいため重要であるが、この接続領域における平均の比屈折率差をΔ１ａｖｇ として、Δ０－Δ１ａｖｇ の下限値は０．３６％であるのが好ましい。より好ましくは、Δ０－Δ１ａｖｇ の下限値は０．３２％である。さらに好ましくは、Δ０－Δ１ａｖｇ の下限値は０．２８％である。コア１０ａ、１０ｂそれぞれの外径は６μｍ以上１６μｍ以下であるのが好ましい。これにより、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは、１５３０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有し、既存の海底ケーブルシステムとの互換性を保つことが可能になる。より好ましくは、コア１０ａ、１０ｂそれぞれの外部は６μｍ以上１４μｍ以下である。これにより、コア１０ａ、１０ｂそれぞれは１４８０ｎｍ以下のケーブルカットオフ波長を有し、より広い波長帯域での波長多重伝送をサポートすることが可能になる。ケーブルカットオフ波長は１２６０ｎｍ以上であることが好ましく、これにより同方向伝搬の際のコア間クロストークを－１８ｄＢ／１００ｋｍ以下（対向伝搬の際のコア間クロストーク：－４２ｄＢ／１００ｋｍ以下に相当）にすることができ、長距離伝送に好適に用いることができる。より好ましくは、ケーブルカットオフ波長は１３１０ｎｍ以上であり、これにより同方向伝搬の際のコア間クロストークを－２０ｄＢ／１００ｋｍ以下（対向伝搬の際のコア間クロストーク：－４４ｄＢ／１００ｋｍ以下に相当）にすることができ、さらに長距離の伝送の好適に用いることができる。
　濃度[F]2は濃度[F]1に対して９００ｐｐｍ以上低く、Δ２はΔ１より０．０３％以上高い。好ましくは。濃度[F]2は濃度[F]1に対して１５００ｐｐｍ以上低く、Δ２はΔ１より０．０５％以上高い。より好ましくは、濃度[F]2は濃度[F]1に対して３０００ｐｐｍ以上低く、Δ２はΔ１より０．１０％以上高い。これにより、第２共通クラッド２０ｂの粘性が高まるとともに、線引時の張力に起因した引張応力がコア１０ａ、１０ｂそれぞれに残留することで引き起こされる伝送損失の増大やコア-クラッド間比屈折率差が低下することを防ぐことができる。伝送損失の増大を抑制するためには、全てのコアに残留する引張応力は１０ＭＰａ以下であることが好ましく、０ＭＰａ以下すなわち圧縮応力とすることがより好ましい。第１共通クラッド２０ａの外径は、８５μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下である。これにより、第２共通クラッド２０ｂの面積を十分に大きくすることができ、線引張力に起因した応力のコア１０ａ、１０ｂへの残留を確実に抑制することができる。このように、コアに高濃度のＣｌを添加することでコアの粘性を下げ、クラッドの屈折率を下げるために添加するＦの添加量を管理することで、線引時の張力に起因した引張応力がコアに残留することで引き起こされる伝送損失の増大を抑制することができることは上記特許文献１にも記載されているが、上記特許文献１と異なり、本開示ではコアを複数にすることで、線引張力を複数のコアに分担させることで、引張応力の残留をより効果的に抑制することができる。また、同じ伝送損失を得るために必要となるコアへのＣｌ添加量を低減することができ、それにより母材中でＣｌが気泡を生ずることによる歩留を低減することができる。
　濃度[F]10は濃度[F]1に対して７０％以下であるのが好ましい。より好ましくは、濃度[F]10は濃度[F]1に対して５０％以下である。これによりコア-クラッド界面でＦ化合物の気化に起因した気泡の発生が抑えられ、母材およびファイバを高い歩留で製造することができる。
　図３は、本開示の第２実施形態に係るＭＣＦに含まれるガラスファイバ１００Ｂ（図１のガラスファイバ１００に相当）の、断面構造、Ｃｌ濃度、Ｆ濃度、および屈折率プロファイルを示す。なお、図３中、Ｃｌ濃度は[Cl]で表示され、[Cl]0aはコア１０ａの最大Ｃｌ濃度、[Cl]0bはコア１０ｂの最大Ｃｌ濃度、[Cl]1はコア－クラッド境界におけるＣｌ濃度を示す。Ｆ濃度は[F]で表示され、[F]1は共通クラッド２０のうち第１共通クラッド２０ａにおける最大Ｆ濃度、[F]2は共通クラッド２０のうち第２共通クラッド２０ｂにおける平均Ｆ濃度、[F]10はコア－クラッド境界におけるＦ濃度を示す。また、屈折率プロファイルは、ガラスファイバ１００Ｂの断面において中心軸ＡＸを通過する線Ｌ２上の各部の比屈折率差で定義され、Δ０ａはコア１０ａの最大比屈折率差Δ０ｂはコア１０ａの最大比屈折率差Δ１は第１共通クラッド２０ａにおける最小比屈折率差Δ２は第２共通クラッド２０ｂにおける平均比屈折率差である。
　また、図３中に示されたガラスファイバ１００Ｂの断面構造は、図２中に示されたガラスファイバ１００Ａの断面構造と実質的に一致しており、Ｐ１はコア間ピッチ、Ｐ２は第１共通クラッド２０ａの外径、Ｐ３は第２共通クラッド２０ｂの外径をそれぞれ示す。ただし、ガラスファイバ１００Ｂにおいて、コア１０ａのＣｌ濃度とコア１０ｂのＣｌ濃度が異なっており、結果、コア１０ａの比屈折率差とコア１０ｂの比屈折率差が異なっている。この点において、ガラスファイバ１００Ｂ（図３）の構造とガラスファイバ１００Ａ（図２）の構造は異なっている。具体的に、コア１０ａのＣｌ濃度は[Cl]0aであり、その比屈折率差はΔ０ａである。また、コア１０ｂのＣｌ濃度は[Cl]0bであり、その比屈折率差はΔ０ｂである。｜[Cl]0a－[Cl]0b｜（絶対値表示）は２０００ｐｐｍ以上であり、｜ Δ０a－Δ０b｜は０．０２％以上である。好ましくは、｜[Cl]0a－[Cl]0b｜は５０００ｐｐｍ以上であり、｜Δ０a－Δ０b｜は０．０５％以上である。これにより、２つのコア１０ａ、１０ｂの間で伝搬定数差が形成され、同方向伝搬の際のコア間クロストークは－２１ｄＢ／１００ｋｍ以下（対向伝搬の際のコア間クロストーク：－４５ｄＢ／１００ｋｍ以下に相当）、より好ましくは、同方向伝搬の際のコア間クロストークは－２４ｄＢ／１００ｋｍ以下（対向伝搬の際のコア間クロストーク：－４８ｄＢ／１００ｋｍ以下に相当）となり、長距離かつ高信号対雑音比の伝送の実現が可能になる。
　１…ＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）、１０ａ、１０ｂ…コア、２０…共通クラッド、２０ａ…第１共通クラッド（内側クラッド）、２０ｂ…第２共通クラッド（外側クラッド）、３０…第１被覆（樹脂被覆）、４０…第２被覆（樹脂被覆）、１００、１００Ａ、１００Ｂ…ガラスファイバ。

Claims (7)

  1. 　シリカガラスからなる複数のコアと、
    　シリカガラスからなるとともに前記複数のコアを包囲した共通クラッドであって、前記複数のコアそれぞれの屈折率より低い屈折率を有する共通クラッドと、
    　前記共通クラッドを包囲した樹脂被覆と、
    　を備え、
    　前記複数のコアそれぞれは、少なくともその一部において１００００ｐｐｍ以上の塩素を含有する、
    　マルチコア光ファイバ。
  2. 　前記複数のコアそれぞれと前記共通クラッドとのコア－クラッド境界において、前記塩素の濃度は２０００ｐｐｍ以下であり、
    　前記複数のコアそれぞれのうち前記コア－クラッド境界を含む幅１μｍ以上５μｍ以下の遷移領域において、前記塩素の濃度は、前記複数のコアそれぞれの屈折率重心から遠ざかる方向に向かって連続的に減少している、
    　請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
  3. 　前記共通クラッドはフッ素を含み、
    　前記共通クラッドのうち前記複数のコアそれぞれに直接接触している幅０．５μｍ以上２．５μｍ以下の接続領域において、前記フッ素の濃度は、前記複数のコアそれぞれの屈折率重心に近づく方向に向かって連続的に減少している、
    　請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。
  4. 　前記複数のコアそれぞれと前記共通クラッドとのコア－クラッド境界において、前記フッ素の濃度は１１０００ｐｐｍ以下である、
    　請求項３に記載のマルチコア光ファイバ。
  5. 　前記共通クラッドは、前記複数のコアそれぞれを直接包囲した第1共通クラッドと、前記第１共通クラッドを包囲する第２共通クラッドと、を備え、
    　前記第１共通クラッドにおける前記フッ素の平均濃度は、前記第２共通クラッドにおける前記フッ素の平均濃度よりも、９００ｐｐｍ以上大きい、
    　請求項３に記載のマルチコア光ファイバ。
  6. 　前記複数のコアとして、２つのコアを含み、
    　前記２つのコアにおけるコア間ピッチは、３０μｍ以上４５μｍ以下であり、
    　前記第１共通クラッドの外径は、６０μｍ以上８５μｍ以下であり、
    　前記第２共通クラッドの外径は、１２４μｍ以上１２６μｍ以下である、
    　請求項５に記載のマルチコア光ファイバ。
  7. 　前記２つのコアにおける同方向伝搬の際のコア間クロストークは、波長１５５０ｎｍにおいて－３０ｄＢ／１００ｋｍ以上－１８ｄＢ／１００ｋｍ以下である、
    　請求項６に記載のマルチコア光ファイバ。
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