WO2024257700A1 - マルチコアファイバ - Google Patents

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WO2024257700A1
WO2024257700A1 PCT/JP2024/020843 JP2024020843W WO2024257700A1 WO 2024257700 A1 WO2024257700 A1 WO 2024257700A1 JP 2024020843 W JP2024020843 W JP 2024020843W WO 2024257700 A1 WO2024257700 A1 WO 2024257700A1
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core
cladding
less
trench
diameter
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PCT/JP2024/020843
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French (fr)
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翔太 梶川
拓弥 小田
勝宏 竹永
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Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a multicore fiber.
  • Multicore fibers in which multiple cores are surrounded by a single cladding, are sometimes used. Multicore fibers can transmit multiple signals using light propagating through each of the multiple cores, increasing the transmission capacity per optical fiber.
  • Patent Document 1 describes a multicore fiber in which four core elements are arranged.
  • the core element includes a core and a trench portion that surrounds the outer peripheral surface of the core and has a lower refractive index than the cladding.
  • this trench portion is called the first cladding region
  • the cladding is called the second cladding region.
  • the cladding has a diameter of 125 ⁇ m, and crosstalk of -54 dB/km is achieved.
  • the cladding diameter of the multicore fiber in Patent Document 1 is 125 ⁇ m.
  • the cladding diameter is reduced, the distance between the core and the outer peripheral surface of the cladding becomes smaller, which is likely to increase the confinement loss, and there is also a concern that the inter-core distance becomes smaller, which is likely to increase the crosstalk.
  • the present invention aims to provide a multicore fiber that can reduce the cladding diameter while suppressing crosstalk and confinement loss.
  • a first aspect of the present invention for solving the above problems is a multi-core fiber comprising: two to four core elements including a core and a trench layer surrounding an outer peripheral surface of the core; and a cladding surrounding the outer peripheral surface of each of the core elements without any gaps, wherein each of the core elements is arranged on a circumference centered on the center of the cladding, the diameter of the core element is not more than 1 ⁇ m smaller than the inter-core distance between the core element and the shortest adjacent core element, the mode field diameter of light having a wavelength of 1.31 ⁇ m propagating through the core is 8.8 ⁇ m or less, and a trench volume, which is the product of the cross-sectional area of the trench layer in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cladding and the absolute value of the relative refractive index difference of the trench layer with respect to the cladding, is 105 ⁇ m2 % or more and 350 ⁇ m2 % or less.
  • the cladding diameter can be 104 ⁇ m or less when there are four core elements, and the cladding diameter can be 90 ⁇ m or less when there are two core elements. In this way, with the multicore fiber of the present invention, crosstalk and confinement loss can be suppressed while the cladding diameter is reduced.
  • a second aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, wherein the trench volume is 135 ⁇ m 2 % or more.
  • the confinement loss can be further reduced to 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness is approximately 25.3 ⁇ m.
  • a third aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, characterized in that the trench volume is 190 ⁇ m 2 % or more.
  • the confinement loss can be kept to 0.01 dB/km or less even if the cladding thickness is approximately 21.7 ⁇ m.
  • a fourth aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, wherein the trench volume is 215 ⁇ m 2 % or more.
  • the confinement loss can be kept below 0.001 dB/km even with a cladding thickness of approximately 21.7 ⁇ m.
  • a fifth aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, wherein the trench volume is 234 ⁇ m 2 % or more.
  • a sixth aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, wherein the trench volume is 269 ⁇ m 2 % or more.
  • the confinement loss when propagating light with a wavelength of 1.625 ⁇ m, the confinement loss can be kept to 0.01 dB/km or less even with a cladding thickness of approximately 21.7 ⁇ m.
  • a seventh aspect of the present invention is the multi-core fiber according to the first aspect, wherein the trench volume is 306 ⁇ m 2 % or more.
  • the confinement loss can be kept to 0.001 dB/km or less even with a cladding thickness of approximately 21.7 ⁇ m.
  • the core distance can be set to about 35 ⁇ m and the clad thickness can be set to approximately 21.7 ⁇ m, so that when there are four core elements, the clad diameter can be set to 93 ⁇ m or less, and when there are two core elements, the clad diameter can be set to 80 ⁇ m or less.
  • the present invention provides a multicore fiber that can reduce the cladding diameter while suppressing crosstalk and confinement loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a multicore fiber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the refractive index profile of the core element of FIG. 1 .
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the bending radius and the magnitude of crosstalk when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the bending radius and the magnitude of crosstalk when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between cladding thickness and the magnitude of confinement loss.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between wavelength and confinement loss.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the trench volume and the inter-core distance when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the trench volume and the inter-core distance when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between trench volume and cladding thickness when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between trench volume and cladding thickness when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between trench volume and 22 m cable cutoff wavelength.
  • FIG. 2 illustrates a multicore fiber with two core elements.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of a multicore fiber according to this embodiment.
  • the multicore fiber 1 of this embodiment comprises four core elements 10, a cladding 20 that tightly surrounds the outer circumferential surface of each of the core elements 10, and a coating layer 30 that covers the outer circumferential surface of the cladding 20.
  • the cladding 20 is also called a common cladding because it surrounds the outer circumferential surface of each of the core elements 10.
  • Each core element 10 includes a core 11, an outer core 12 that tightly surrounds the outer circumferential surface of the core 11, and a trench layer 13 that tightly surrounds the outer circumferential surface of the outer core 12.
  • the cores 11 are positioned at equal intervals on the same circumference CR centered on the center C of the cladding 20.
  • the diameter of the core 11 is, for example, 5.5 ⁇ m or more and 8.8 ⁇ m or less.
  • the outer diameter of the outer core 12, i.e., the inner diameter of the trench layer 13, is 12 ⁇ m or more and 25 ⁇ m or less.
  • the outer diameter of the trench layer 13, i.e., the diameter of the core element 10, is 1 ⁇ m smaller than the core-to-core distance between the core element 10 and the other core element 10 adjacent to it at the shortest distance, for example, 24 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the outer diameter of the trench layer 13 may be indicated as Dtrench as shown in FIG.
  • the center-to-center distance between the adjacent cores 11 may be indicated as ⁇ , in which case the center-to-center distance between the cores 11 located diagonally is 2 1/2 ⁇ .
  • the distance between the center of the core 11 and the outer peripheral surface of the cladding 20 may be referred to as the cladding thickness, and the cladding thickness may be indicated as OCT.
  • the distance from the center of the cladding 20 to the center of the core 11 may be indicated as R1.
  • the diameter of the cladding 20 may be indicated as Dclad.
  • the diameter Dclad of the cladding 20 in this embodiment can be expressed by the following formula (1).
  • Dclad 2 1/2 ⁇ +2OCT (1)
  • the refractive index of the core 11 is higher than those of the outer core 12 and the cladding 20, and the relative refractive index difference of the core 11 with respect to the cladding 20 is 0.2% or more and 0.9% or less.
  • the refractive index of the trench layer 13 is lower than those of the outer core 12 and the cladding 20.
  • the relative refractive index difference of the trench layer 13 with respect to the cladding 20 is -0.9% or more and -0.1% or less.
  • the refractive index of the outer core 12 may be the same as that of the cladding 20, or may be higher or lower than that of the cladding 20.
  • the relative refractive index difference of the outer core 12 with respect to the cladding 20 is -0.3% or more and 0.3% or less.
  • the relative refractive index difference of the core 11 with respect to the cladding 20 may be indicated as ⁇ 1
  • the relative refractive index difference of the outer core 12 with respect to the cladding 20 may be indicated as ⁇ 2
  • the relative refractive index difference of the trench layer 13 with respect to the cladding 20 may be indicated as ⁇ 3.
  • the core 11 is made of silica glass doped with a dopant such as germanium that increases the refractive index.
  • the cladding 20 is made of silica glass doped with no dopant.
  • the trench layer 13 is made of silica glass doped with a dopant such as fluorine that decreases the refractive index.
  • the outer core 12 may be doped with a dopant that increases the refractive index, a dopant that decreases the refractive index, or no dopant at all, depending on its relationship with the refractive index of the cladding 20. Note that whether or not dopants are added to the core 11, outer core 12, trench layer 13, and cladding 20, and if so, the type of dopant, are not limited to the above.
  • the trench volume is defined as the product of the cross-sectional area of the trench layer 13 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cladding 20 and the absolute value of the relative refractive index difference of the trench layer 13 with respect to the cladding 20.
  • the trench volume may be indicated as TV.
  • the cross-sectional area of the trench layer 13 is (r3 2 - r2 2 ) ⁇ ⁇ . Therefore, the trench volume TV can be expressed by the following formula (2).
  • TV (r3 2 - r2 2 ) ⁇
  • the distance R1 from the center of the cladding 20 to the center of the core 11 is equal to or greater than the cladding thickness OCT, i.e., OCT/R1 ⁇ 1. In this case, it is easier to position the marker closer to the center C of the cladding than the core element 10, and fiber curl can be suppressed.
  • the coating layer 30 includes an inner coating layer 31 that coats the outer peripheral surface of the cladding 20, and an outer coating layer 32 that coats the outer peripheral surface of the inner coating layer 31.
  • the inner coating layer 31 and the outer coating layer 32 are each made of a resin such as an ultraviolet-curable resin, and the inner coating layer 31 and the outer coating layer 32 are made of different resins.
  • FIG. 2 is a diagram showing a predetermined refractive index distribution of the core element 10 of the multi-core fiber 1 of FIG. 1.
  • the same symbols are written at positions indicating the relative refractive index difference of the core 11, the outer core 12, the trench layer 13, and the clad 20.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 of the outer core 12 with respect to the clad 20 is 0.01%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 1 of the core 11 with respect to the clad 20 is 0.35%.
  • the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench layer 13 with respect to the clad 20 is ⁇ 0.4%.
  • the diameter 2 ⁇ r1 of the core 11 is 7 ⁇ m
  • the outer diameter 2 ⁇ r2 of the outer core 12 is 16 ⁇ m
  • the outer diameter 2 ⁇ r3 of the trench layer 13, which is the diameter of the core element 10 is 32 ⁇ m.
  • the trench volume TV is approximately 234 ⁇ m 2 %.
  • the optical characteristics of the core element 10 are as shown in Table 1 below.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the bending radius of the multicore fiber 1 and the crosstalk XT from one adjacent core when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated.
  • the crosstalk XT from one adjacent core is smaller than ⁇ 75 dB/km at most when the bending radius of the multicore fiber 1 is 300 mm. Note that when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated in the multicore fiber 1, sufficient optical communication quality is maintained if the amount of crosstalk from one adjacent core is ⁇ 35 dB/km or less.
  • Figure 4 is a diagram showing the relationship between the bending radius of the multicore fiber 1 and the crosstalk XT from one adjacent core when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated.
  • the crosstalk XT from one adjacent core is smaller than -36 dB/km at most when the bending radius of the multicore fiber 1 is 300 mm. Note that when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated in the multicore fiber 1, sufficient optical communication quality is maintained if the amount of crosstalk between adjacent cores is -30 dB/km or less.
  • the inter-core distance ⁇ is 33 ⁇ m or more. In this explanation, we have considered the case where the inter-core distance ⁇ is 35 ⁇ m or more.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the cladding thickness OCT and the magnitude of the confinement loss CL.
  • the core element 10 is arranged in a single-core fiber having a cladding diameter of 100 ⁇ m and an outer diameter including the coating layer of 160 ⁇ m, and the confinement loss CL is obtained by simulation by changing the position of the core element 10 from the center to the outer periphery of the cladding.
  • the bending radius of the optical fiber at this time is 76 mm.
  • the bending radius of the optical fiber of 76 mm is the radius of a general bobbin, and is smaller than the bending radius in an optical fiber cable.
  • the cladding thickness OCT needs to be 21.5 ⁇ m or more. This condition is also the same for the multi-core fiber 1.
  • the confinement loss CL is 0.001 dB/km or less.
  • the confinement loss CL In the case of propagating light having a wavelength of 1.31 ⁇ m, if the cladding thickness OCT is 17.5 ⁇ m or more, the confinement loss CL is 0.001 dB/km or less. The magnitude of this confinement loss CL is two orders of magnitude lower than the light loss generally required in optical communications. Therefore, if the confinement loss CL is 0.001 dB/km or less, it is a sufficiently small loss in optical communications. In addition, when light having a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated through the multicore fiber 1, if the confinement loss CL is 0.01 dB/km or less, sufficient quality of optical communications is maintained.
  • Figure 6 shows the relationship between wavelength and confinement loss.
  • Figure 6 shows cases where the bending radius R is 76 mm, 10 mm, and 7.5 mm. Note that in Figure 6, the simulation is performed using a multicore fiber 1 in which the core element 10 has the refractive index distribution shown in Figure 2, the core distance ⁇ is 40 ⁇ m, the cladding thickness OCT is 21.7 ⁇ m, the diameter of the cladding 20 is 100 ⁇ m, and the outer diameter of the coating layer 30 is 160 ⁇ m.
  • the confinement loss is about 0.75 dB/km.
  • the confinement loss when light of a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated through an optical fiber with a bending radius of 7.5 mm is 1.0 dB/turn or less. Therefore, the confinement loss shown in Figure 6 is about 0.75 dB/km when light of a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated through an optical fiber with a bending radius of 7.5 mm. 657 Fully meets A2.
  • the inter-core distance ⁇ can be set to 35 ⁇ m, and the clad thickness OCT can be set to 21.5 ⁇ m.
  • Dclad is approximately 92.5 ⁇ m. Therefore, in the case of a core having the refractive index distribution of FIG. 2, a multi-core fiber having the crosstalk and confinement loss characteristics required by the market and a clad 20 diameter of 95 ⁇ m or less can be realized. Note that in the case of a core element having the refractive index distribution of FIG.
  • Dclad is approximately 99.97 ⁇ m. Therefore, in the case of a core having the refractive index distribution of FIG. 2, by setting the inter-core distance ⁇ to 40 ⁇ m, the crosstalk XT can be further reduced, and a multi-core fiber having the crosstalk and confinement loss characteristics required by the market and an outer diameter of the clad 20 of 100 ⁇ m or less can be realized.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the trench volume TV and the inter-core distance ⁇ when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated through the core element 10 of the multi-core fiber 1.
  • FIG. 7 was obtained by simulating a multi-core fiber in which the diameter of the cladding 20 is 100 ⁇ m, the outer diameter of the coating layer 30 is 160 ⁇ m, the bending radius is 300 mm, and the profile shown in Table 2 below. Note that each core element 10 of the multi-core fiber 1 used in the simulation has a profile as shown in Table 2.
  • the inter-core distance ⁇ was set to 35 ⁇ m, 36 ⁇ m, 38 ⁇ m, and 40 ⁇ m, and the relationship between the crosstalk XT from one adjacent core and the trench volume TV at each inter-core distance ⁇ was obtained. Then, using this relationship, the relationship between the trench volume TV and the inter-core distance ⁇ was fitted when the crosstalk XT from one adjacent core was ⁇ 35 dB/km, ⁇ 40 dB/km, ⁇ 50 dB/km, and ⁇ 60 dB/km. Therefore, FIG. 7 shows the relationship between the trench volume TV and the inter-core distance ⁇ where the crosstalk XT from one adjacent core is constant. Note that the bending radius of 300 mm is the bending radius of a typical optical fiber in an optical fiber cable.
  • the mode field diameters MFD of the 1.31 ⁇ m wavelength propagating through the cores 11 A to F in Table 2 are 8.5 ⁇ m, 8.5 ⁇ m, 8.6 ⁇ m, 8.5 ⁇ m, 8.5 ⁇ m, and 8.4 ⁇ m, respectively.
  • the outer diameter Dtrench of the trench layer 13 is 32 ⁇ m, it is not common to make the inter-core distance smaller than 33 ⁇ m.
  • the inter-core distance is 35 ⁇ m or more and light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated, in order for the crosstalk XT from one adjacent core to be ⁇ 35 dB/km or less, even if the trench volume TV is zero, that is, even if the trench layer 13 does not exist, the crosstalk XT from one adjacent core is ⁇ 35 dB/km or less.
  • the crosstalk XT when the inter-core distance ⁇ is 35 ⁇ m or more, if the trench volume TV is 101 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT can be suppressed to ⁇ 50 dB/km or less, and if the trench volume TV is 172 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT can be suppressed to ⁇ 60 dB/km or less.
  • the core-to-core distance ⁇ is 40 ⁇ m or more, even if the trench volume TV is zero, the crosstalk XT from one adjacent core is ⁇ 50 dB/km or less, and when the trench volume TV is 47.3 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT from one adjacent core can be suppressed to ⁇ 60 dB/km or less.
  • Figure 8 shows the relationship between the trench volume TV and the inter-core distance ⁇ when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated through the core element 10 of the multicore fiber 1 under the same conditions as in Figure 7.
  • the inter-core distance ⁇ is 35 ⁇ m or more and the trench volume TV is 234 ⁇ m or more, the crosstalk XT from one adjacent core is -30 dB/km or less.
  • the crosstalk XT can be suppressed to -35 dB/km or less if the trench volume TV is 274 ⁇ m 2 % or more, and the crosstalk XT can be suppressed to -40 dB/km or less if the trench volume TV is 313 ⁇ m 2 % or more.
  • the crosstalk XT when the core distance ⁇ is 40 ⁇ m or more, if the trench volume TV is 138 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT can be suppressed to ⁇ 30 dB/km or less, if the trench volume TV is 177 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT can be suppressed to ⁇ 35 dB/km or less, and if the trench volume TV is 216 ⁇ m 2 % or more, the crosstalk XT can be suppressed to ⁇ 40 dB/km or less.
  • Figure 9 is a diagram showing the relationship between the trench volume TV and the cladding thickness OCT when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated through the core element 10 of the multicore fiber 1.
  • Figure 9 was obtained by simulating a multicore fiber having a cladding 20 diameter of 100 ⁇ m, an outer diameter of the coating layer 30 of 160 ⁇ m, a bending radius of 76 mm, and a profile shown in Table 2 below.
  • the cladding thickness OCT was set to 21.7 ⁇ m, 23.1 ⁇ m, 23.5 ⁇ m, 24.5 ⁇ m, and 25.3 ⁇ m, and the relationship between the confinement loss CL and the trench volume TV for each cladding thickness OCT was obtained.
  • Figure 9 shows the relationship between the trench volume TV and the cladding thickness OCT when the confinement loss CL is constant.
  • the confinement loss CL when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated, if the trench volume TV is 105 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be 0.01 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 25.3 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 190 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be 0.01 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 21.7 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 135 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 25.3 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 215 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 21.7 ⁇ m or less.
  • Figure 10 shows the relationship between trench volume TV and cladding thickness OCT when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated through core element 10 of multicore fiber 1 under the same conditions as in Figure 9.
  • the confinement loss CL when light with a wavelength of 1.625 ⁇ m is propagated, if the trench volume TV is 196 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be made 0.01 dB/km or less by setting the cladding thickness OCT to approximately 25.3 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 269 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be made 0.01 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 21.7 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 223 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be made 0.001 dB/km or less by setting the cladding thickness OCT to approximately 25.3 ⁇ m. In this case, if the trench volume TV is 306 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be made 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 21.7 ⁇ m.
  • the trench volume TV is 105 ⁇ m 2 % or more
  • the core-to-core distance ⁇ is set to 35 ⁇ m or more
  • the cladding thickness OCT is set to approximately 25.3 ⁇ m, so that the crosstalk XT from one adjacent core can be set to ⁇ 35 dB/km or less, and the confinement loss CL can be set to 0.01 dB/km or less. Therefore, if the trench volume TV is 105 ⁇ m 2 % or more, the diameter of the cladding 20 can be set to 104 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality.
  • the diameter of the cladding 20 can be reduced while maintaining sufficient optical communication quality. Also, if the trench volume TV is 135 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be set to 0.001 dB/km or less under this condition.
  • the core-to-core distance ⁇ can be set to approximately 40 ⁇ m and the cladding thickness OCT can be set to approximately 21.7 ⁇ m or less, so that the crosstalk XT from one adjacent core can be set to -35 dB/km or less and the confinement loss CL can be set to 0.01 dB/km or less. Therefore, if the trench volume TV is 190 ⁇ m 2 % or more, the diameter of the cladding 20 can be set to 104 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality. In other words, the diameter of the cladding 20 can be reduced while maintaining sufficient optical communication quality.
  • the crosstalk XT from one adjacent core can be set to -35 dB/km or less, so that the core-to-core distance ⁇ can be set to approximately 35 ⁇ m and the cladding thickness OCT can be set to approximately 21.7 ⁇ m, so that the diameter of the cladding 20 can be set to 93 ⁇ m or less.
  • the confinement loss CL can be made 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 21.7 ⁇ m.
  • the trench volume TV is 234 ⁇ m 2 % or more
  • the crosstalk XT from one adjacent core can be reduced to ⁇ 30 dB/km or less by setting the inter-core distance ⁇ to approximately 35 ⁇ m, and even if the cladding thickness OCT is approximately 25.3 ⁇ m, the confinement loss CL can be reduced to 0.01 dB/km or less. Therefore, if the trench volume TV is 234 ⁇ m 2 % or more, the diameter of the cladding 20 can be reduced to 100 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality. Note that if the trench volume TV is 234 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be reduced to 0.001 dB/km or less even if the cladding thickness OCT is approximately 25.3 ⁇ m.
  • the core-to-core distance ⁇ can be set to 40 ⁇ m to reduce the crosstalk XT from one adjacent core to ⁇ 30 dB/km or less, and the cladding thickness OCT can be set to approximately 21.7 ⁇ m to reduce the confinement loss CL to 0.01 dB/km or less. Therefore, if the trench volume TV is 269 ⁇ m 2 % or more, the diameter of the cladding 20 can be set to 104 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality. In other words, the diameter of the cladding 20 can be reduced while maintaining sufficient optical communication quality.
  • the crosstalk XT from one adjacent core can be set to ⁇ 30 dB/km or less, so the core-to-core distance ⁇ can be set to approximately 35 ⁇ m and the cladding thickness OCT can be set to approximately 21.7 ⁇ m to reduce the diameter of the cladding 20 to 93 ⁇ m or less.
  • the confinement loss CL can be made 0.001 dB/km or less.
  • the cable cutoff wavelength ⁇ cc is set to 1.26 ⁇ m or less when light with a wavelength of 1.31 ⁇ m is propagated.
  • the upper limit of the trench volume TV is 263 ⁇ m 2 % according to formula (3).
  • the cable cutoff wavelength ⁇ cc is reduced by about 30 nm due to residual stress in the glass of the optical fiber in the drawing process. Therefore, the cable cutoff wavelength ⁇ cc can be reduced to 1.29 ⁇ m or less. Therefore, in this case, the upper limit of the trench volume TV is 290 ⁇ m 2 %.
  • the upper limit of the trench volume TV is 350 ⁇ m 2 %.
  • the outer diameter Dtrench of the trench layer 13 is in the range of 25 ⁇ m to 35.04 ⁇ m and the mode field diameter is in the range of 8.4 ⁇ m to 8.6 ⁇ m based on r3 in Table 2.
  • the outer diameter Dtrench of the trench layer is 40 ⁇ m or less and the mode field diameter is 8.8 ⁇ m or less, as long as the trench volume TV satisfies 106 ⁇ m2 % or more and 350 ⁇ m2 % or less, there is almost no difference from the crosstalk described above and almost no difference from the confinement loss CL described above.
  • the trench volume TV is 105 ⁇ m 2 % or more, by setting the inter-core distance ⁇ to 35 ⁇ m, the crosstalk XT from one adjacent core can be reduced to -35 dB/km or less, and by setting the cladding thickness OCT to approximately 25.3 ⁇ m, the confinement loss CL can be reduced to 0.01 dB/km or less while the diameter of the cladding 20 can be reduced to 85.6 ⁇ m. If the trench volume TV is 135 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be further reduced to 0.001 dB/km or less.
  • the confinement loss CL can be 0.01 dB/km or less, and the diameter of the cladding 20 can be reduced to 78.4 ⁇ m. If the trench volume TV is 215 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be further reduced to 0.001 dB/km or less.
  • the diameter of the cladding 20 can be reduced to 90 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality. In other words, the diameter of the cladding 20 can be reduced while maintaining sufficient optical communication quality.
  • the diameter of the cladding 20 can be reduced to 78.4 ⁇ m while the confinement loss CL is 0.01 dB/km or less, and if the trench volume TV is 306 ⁇ m 2 % or more, the confinement loss CL can be further reduced to 0.001 dB/km or less.
  • the diameter of the cladding 20 can be reduced to 90 ⁇ m or less while maintaining sufficient optical communication quality. In other words, the diameter of the cladding 20 can be reduced while maintaining sufficient optical communication quality.
  • the core elements 10 are arranged on a circumference CR centered on the center of the clad, so that the diameter of the clad 20 can be made to be a size between the diameter of the clad 20 when there are two core elements and the diameter of the clad 20 when there are four core elements.
  • the core element 10 is described as including an outer core 12, but the outer core 12 is not a required component, and the core element 10 does not have to include the outer core 12.
  • the present invention provides a multicore fiber that can reduce the cladding diameter while suppressing crosstalk and confinement loss, and can be used in the field of optical communications and other devices that use multicore fibers.

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Abstract

マルチコアファイバ（１）は、コア（１１）及びコア（１１）の外周面を囲うトレンチ層（１３）を含む２つから４つのコア要素（１０）と、それぞれのコア要素（１０）の外周面を隙間なく囲うクラッド（２０）と、を備え、コア要素（１０）の外径は、当該コア要素（１０）と最短で隣り合う他のコア要素（１０）とのコア間距離Λから１μｍ小さい大きさ以下であり、コア（１１）を伝搬する光のモードフィールド径は、８．２μｍ以上８．８μｍ以下であり、クラッド（２０）の長手方向に垂直な断面におけるトレンチ層（１３）の断面積と、トレンチ層（１３）のクラッド（２０）に対する比屈折率差との積であるトレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上３５０μｍ２％以下である。

Description

マルチコアファイバ
　本発明は、マルチコアファイバに関する。
　光ファイバ通信システムの普及に伴い、光ファイバによって伝送される情報量が飛躍的に増大している。このような背景から、複数のコアの外周が１つのクラッドにより囲まれたマルチコアファイバが用いられる場合がある。マルチコアファイバは複数のコアのそれぞれを伝搬する光により複数の信号を伝送させることができるので、１つの光ファイバ当たりの伝送容量が増大される。
　下記特許文献１には、４つのコア要素が配置されるマルチコアファイバが記載されている。コア要素は、コアとコアの外周面を囲いクラッドよりも低い屈折率を有するトレンチ部とを含む。特許文献１では、このトレンチ部を第１クラッド領域と称し、上記クラッドを第２クラッド領域と称している。このマルチコアファイバでは、クラッドの直径が１２５μｍで、クロストークが－５４ｄＢ／ｋｍを達成している。
特開２０２０－８６０５４号公報
　上記のように特許文献１のマルチコアファイバのクラッドの直径は１２５μｍである。しかし、マルチコアファイバを光ファイバケーブルに用いる場合等において限られた空間により多くのマルチコアファイバを配置したいとの要請や、マルチコアファイバの機械的信頼性の向上の要請等から、クラッドの直径のより小さなマルチコアファイバが求められている。一方、クラッドの直径を小さくする場合、コアとクラッドの外周面との距離が小さくなるため、閉じ込め損失が大きくなり易く、また、コア間距離が小さくなるため、クロストークが大きくなりやすくなり易いという懸念がある。
　そこで、本発明は、クラッドの直径を小さくしつつ、クロストーク及び閉じ込め損失を抑制し得るマルチコアファイバを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するための本発明の態様１は、コア及び前記コアの外周面を囲うトレンチ層を含む２つから４つのコア要素と、それぞれのコア要素の外周面を隙間なく囲うクラッドと、を備え、それぞれの前記コア要素は、前記クラッドの中心を中心とする円周上に配置され、前記コア要素の直径は、当該コア要素と最短で隣り合う他のコア要素とのコア間距離から１μｍ小さい大きさ以下であり、前記コアを波長１．３１μｍの光が伝搬する場合における当該光のモードフィールド径は、８．８μｍ以下であり、前記クラッドの長手方向に垂直な断面における前記トレンチ層の断面積と、前記トレンチ層の前記クラッドに対する比屈折率差の絶対値との積であるトレンチボリュームが１０５μｍ２％以上３５０μｍ２％以下であることを特徴とするマルチコアファイバである。
　このようなマルチコアファイバによれば、マルチコアファイバに波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を概ね２５．３μｍ程度とし、コア間距離Λを３５μｍ程度としても、曲げ半径３００ｍｍにおける隣接する１コアからのクロストークを－３５ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、曲げ半径７６ｍｍにおける閉じ込め損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。従って、マルチコアファイバに波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合に十分な光通信の品質を保ちつつ、コア要素が４つである場合には、クラッドの直径を１０４μｍ以下にすることができ、コア要素が２つの場合には、クラッドの直径を９０μｍ以下にすることができる。このように本発明のマルチコアファイバによれば、クラッドの直径を小さくしつつ、クロストーク及び閉じ込め損失を抑制し得る。
　また、本発明の態様２は、前記トレンチボリュームが１３５μｍ２％以上であることを特徴とする態様１のマルチコアファイバである。
　このような構成により、マルチコアファイバに波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を概ね２５．３μｍ程度としても、閉じ込め損失を更に０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　また、本発明の態様３は、前記トレンチボリュームが１９０μｍ２％以上であることを特徴とする態様１のマルチコアファイバである。
　このような構成により、マルチコアファイバに波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を概ね２１．７μｍ程度としても、閉じ込め損失を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
　また、本発明の態様４は、前記トレンチボリュームが２１５μｍ２％以上であることを特徴とする態様１のマルチコアファイバである。
　このような構成により、マルチコアファイバに波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を概ね２１．７μｍ程度としても、閉じ込め損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　また、本発明の態様５は、前記トレンチボリュームが２３４μｍ２％以上であることを特徴とする態様１のマルチコアファイバである。
　このような構成により、マルチコアファイバに波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、コア間距離を３５μｍ程度としても、隣接する１コアからのクロストークが－３０ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
　また、本発明の態様６は、前記トレンチボリュームが２６９μｍ２％以上であることを特徴とする態様１のマルチコアファイバである。
　このような構成により、波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を概ね２１．７μｍ程度としても、閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
　また、本発明の態様７は、前記トレンチボリュームが３０６μｍ２％以上であることを特徴とする態様１に記載のマルチコアファイバである。
　このような構成により、マルチコアファイバに波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、クラッド厚を２１．７μｍ程度としても、閉じ込め損失を０．００１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
　なお、態様３以降については、コア間距離を３５μｍ程度とし、クラッド厚を概ね２１．７μｍ程度とすることができるため、コア要素が４つの場合、クラッドの直径を９３μｍ以下にすることができ、コア要素が２つの場合、クラッドの直径を８０μｍ以下にすることができる。
　以上のように、本発明によれば、クラッドの直径を小さくしつつ、クロストーク及び閉じ込め損失を抑制し得るマルチコアファイバが提供される。
本発明の実施形態に係るマルチコアファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。 図１のコア要素の屈折率分布を示す図である。 波長１．３１μｍの光を伝搬する場合における曲げ半径とクロストークの大きさとの関係を示す図である。 波長１．６２５μｍの光を伝搬する場合における曲げ半径とクロストークの大きさとの関係を示す図である。 クラッド厚と、閉じ込め損失の大きさとの関係を示す図である。 波長と閉じ込め損失との関係を示す図である。 波長１．３１μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームとコア間距離との関係を示す図である。 波長１．６２５μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームとコア間距離との関係を示す図である。 波長１．３１μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームとクラッド厚との関係を示す図である。 波長１．６２５μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームとクラッド厚との関係を示す図である。 トレンチボリュームと２２ｍケーブルカットオフ波長との関係を示す図である。 コア要素が２つのマルチコアファイバを示す図である。
　以下、本発明に係るマルチコアファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、請求項の範囲内において、その趣旨を逸脱することなく、実施形態から変更、改良することができる。なお、理解の容易のため、それぞれの図のスケールと、以下の説明に記載のスケールとが異なる場合がある。
　図１は、本実施形態に係るマルチコアファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。本実施形態のマルチコアファイバ１は、４つのコア要素１０、それぞれのコア要素１０の外周面を隙間なく囲うクラッド２０、及びクラッド２０の外周面を被覆する被覆層３０を備える。なお、クラッド２０は、それぞれのコア要素１０の外周面を囲うため、共通クラッドとも呼ばれる。
　それぞれのコア要素１０は、コア１１、コア１１の外周面を隙間なく囲う外側コア１２、及び外側コア１２の外周面を隙間なく囲うトレンチ層１３を含む。
　それぞれのコア１１は、クラッド２０の中心Ｃを中心とする同一円周ＣＲ上に等間隔で位置する。コア１１の直径は、例えば５．５μｍ以上８．８μｍ以下である。外側コア１２の外径すなわちトレンチ層１３の内径は、１２μｍ以上２５μｍ以下である。また、トレンチ層１３の外径、すなわちコア要素１０の直径は、当該コア要素１０と最短で隣り合う他のコア要素１０とのコア間距離から１μｍ小さい大きさ以下、例えば２４μｍ以上４０μｍ以下である。なお、以下の説明において、図１に示すようにトレンチ層１３の外径をＤtrenchで示す場合がある。また、互いに隣り合うコア１１の中心間距離をΛで示す場合があり、この場合、対角に位置するコア１１の中心間距離は２１／２Λである。また、コア１１の中心とクラッド２０の外周面までの距離をクラッド厚と称する場合があり、クラッド厚をＯＣＴで示す場合がある。なお、コア１１の直径を２×ｒ１で示す場合があり、外側コア１２の外径すなわちトレンチ層の内径を２×ｒ２で示す場合があり、トレンチ層１３の外径すなわちコア要素１０の直径を２×ｒ３で示す場合がある。従って、Ｄtrench＝２×ｒ３である。また、クラッド２０の中心からコア１１の中心までの距離をＲ１で示す場合がある。また、クラッド２０の直径をＤcladで示す場合がある。
　この場合、本実施形態のクラッド２０の直径Ｄcladは、下記式（１）で示すことができる。
　Ｄclad＝２１／２Λ＋２ＯＣＴ　　　（１）
　コア１１の屈折率は、外側コア１２やクラッド２０の屈折率よりも高く、コア１１のクラッド２０に対する比屈折率差は、０．２％以上０．９％以下である。トレンチ層１３の屈折率は、外側コア１２やクラッド２０の屈折率よりも低い。トレンチ層１３のクラッド２０に対する比屈折率差は、－０．９％以上－０．１％以下である。外側コア１２の屈折率は、クラッド２０の屈折率と同じであってもよく、クラッド２０の屈折率よりも高くても低くてもよい。外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差は、－０．３％以上０．３％以下である。なお、コア１１のクラッド２０に対する比屈折率差をΔ１で示す場合があり、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差をΔ２で示す場合があり、トレンチ層１３のクラッド２０に対する比屈折率差をΔ３で示す場合がある。
　コア１１は、例えば、ゲルマニウム等の屈折率が高くなるドーパントが添加されたシリカガラスから成る。クラッド２０は、例えば、ドーパントが添加されていないシリカガラスから成る。トレンチ層１３は、フッ素等の屈折率が低くなるドーパントが添加されたシリカガラスから成る。外側コア１２は、クラッド２０の屈折率との関係により、屈折率が高くなるドーパントが添加されたり、屈折率の低くなるドーパントが添加されたり、何らドーパントが添加されなかったりする。なお、コア１１、外側コア１２、トレンチ層１３、クラッド２０にドーパントが添加されるか否か、添加される場合のドーパントの種類は、上記に限定されない。
　クラッド２０の長手方向に垂直な断面におけるトレンチ層１３の断面積と、トレンチ層１３のクラッド２０に対する比屈折率差の絶対値との積をトレンチボリュームとする。トレンチボリュームをＴＶで示す場合がある。トレンチ層１３の断面積は、（ｒ３２－ｒ２２）×πである。従って、トレンチボリュームＴＶは下記式（２）で示すことができる。
　ＴＶ＝（ｒ３２－ｒ２２）×π×｜Δ３｜　　　（２）
　なお、クラッド２０の直径が小さい場合、不図示のマーカ等によりマルチコアファイバ１内の残留応力の不均等が生じ、ファイバカールが生じる場合がある。このファイバカールを抑制する観点から、クラッド２０の中心からコア１１の中心までの距離Ｒ１がクラッド厚ＯＣＴ以上、すなわちＯＣＴ／Ｒ１≦１であることが好ましい。この場合、マーカをコア要素１０よりもクラッドの中心Ｃ側に位置し易くできファイバカールを抑制し得る。
　被覆層３０は、クラッド２０の外周面を被覆する内側被覆層３１、及び内側被覆層３１の外周面を被覆する外側被覆層３２を備える。内側被覆層３１及び外側被覆層３２はそれぞれ紫外線硬化性樹脂等の樹脂から成り、内側被覆層３１及び外側被覆層３２は互いに異なる樹脂から成る。
　次に、マルチコアファイバ１の特性について説明する。なお、以下の説明において、有効数字を３桁として説明する場合がある。
　図２は、図１のマルチコアファイバ１のコア要素１０の所定の屈折率分布を示す図である。図２において、コア１１、外側コア１２、トレンチ層１３、及びクラッド２０の比屈折率差を示す位置に同様の符号を記している。本例では、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差Δ２は、０．０１％である。コア１１のクラッド２０に対する比屈折率差Δ１は０．３５％である。トレンチ層１３のクラッド２０に対する比屈折率差Δ３は－０．４％である。また、コア１１の直径２×ｒ１は、７μｍであり、外側コア１２の外径２×ｒ２は、１６μｍであり、コア要素１０の直径であるトレンチ層１３の外径２×ｒ３は、３２μｍである。この場合、トレンチボリュームＴＶは、概ね２３４μｍ２％となる。また、この場合、コア要素１０の光学的特性は下記表１の通りとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　次に、図２の屈折率分布を有するコア要素のクロストークＸＴについて説明する。図３は、波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合において、マルチコアファイバ１の曲げ半径と、隣接する１コアからのクロストークＸＴとの関係を示す図である。図３に示すように、波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、コア間距離Λが最も小さい３５μｍの場合において、隣接する１コアからのクロストークＸＴは、マルチコアファイバ１の曲げ半径が３００ｍｍの場合に、最大でも－７５ｄＢ／ｋｍより小さい。なお、マルチコアファイバ１における波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、隣接する１つのコアからのクロストーク量が－３５ｄＢ／ｋｍ以下であれば十分な光通信の品質が保たれる。
　図４は、波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合において、マルチコアファイバ１の曲げ半径と、隣接する１コアからのクロストークＸＴとの関係を示す図である。図４に示すように、波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、コア間距離Λが最も小さい３５μｍの場合において、隣接する１コアからのクロストークＸＴは、マルチコアファイバ１の曲げ半径が３００ｍｍの場合に、最大でも－３６ｄＢ／ｋｍより小さい。なお、マルチコアファイバ１における波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、互いに隣り合うコア間のクロストーク量が－３０ｄＢ／ｋｍ以下であれば十分な光通信の品質が保たれる。
　なお、図２の例では、トレンチ層１３の外径２×ｒ３が３２μｍであるため、コア間距離Λは３３μｍ以上であることが、製造上の観点から好ましい。本説明では、コア間距離Λが３５μｍ以上の場合について考察した。
　次に、図２の屈折率分布を有するコア要素の閉じ込め損失ＣＬについて説明する。図５は、クラッド厚ＯＣＴと、閉じ込め損失ＣＬの大きさとの関係を示す図である。なお、図５は、クラッドの直径が１００μｍで、被覆層を含めた外径が１６０μｍであるシングルコアファイバに、コア要素１０を配置して、当該コア要素１０を中心からクラッドの外周側に位置を変えて、閉じ込め損失ＣＬをシミュレーションにより求めたものである。また、このときの光ファイバの曲げ半径は７６ｍｍとした。光ファイバの曲げ半径７６ｍｍは、一般的なボビンの半径であり、光ファイバケーブルにおける曲げと比較して、小さい曲げ半径である。図５に示すように、閉じ込め損失が悪化しやすい波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合に、閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍ以下となるには、クラッド厚ＯＣＴが２１．５μｍ以上必要である。この条件は、マルチコアファイバ１であっても同様である。なお、波長１．５５μｍの光を伝搬させる場合には、クラッド厚ＯＣＴが１９．３μｍ以上であれば、閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍ以下となる。波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合には、クラッド厚ＯＣＴが１７．５μｍ以上であれば、閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍ以下となる。この閉じ込め損失ＣＬの大きさは、一般的に光通信で求められる光の損失よりも２桁低い値である。従って、閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍ以下であれば、光通信において十分に小さな損失である。なお、マルチコアファイバ１に波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、閉じ込め損失ＣＬが０．０１ｄＢ／ｋｍ以下であれば十分な光通信の品質が保たれる。
　図６は、波長と閉じ込め損失との関係を示す図である。図６では、曲げ半径Ｒが７６ｍｍ、１０ｍｍ、及び７．５ｍｍの場合について示している。なお、図６では、コア要素１０が図２の屈折率分布を有し、コア間距離Λが４０μｍで、クラッド厚ＯＣＴが、２１．７μｍであり、クラッド２０の直径が１００μｍであり、被覆層３０の外径が１６０μｍであるマルチコアファイバ１を用いてシミュレーションしている。図６に示すように、閉じ込め損失が最も大きい波長１．６２５μｍの光を伝搬させ、マルチコアファイバ１を曲げ半径７．５ｍｍにした場合であっても０．７５ｄＢ／ｋｍ程度であることがわかる。ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５７　Ａ２によれば、曲げ半径が７．５ｍｍの光ファイバに波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合における閉じ込め損失は、１．０ｄＢ／ターン以下である。従って、図６に示す、閉じ込め損失は、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５７　Ａ２を十分に満たす。
　上記のように、図２の屈折率分布を有するコア要素の場合、コア間距離Λを３５μｍとすることができ、クラッド厚ＯＣＴを２１．５μｍとすることができる。この場合、式（１）より、Ｄcladは概ね９２．５μｍとなる。従って、図２の屈折率分布を有するコアの場合、市場が要求するクロストーク及び閉じ込め損失の特性を有し、クラッド２０の直径が９５μｍ以下のマルチコアファイバを実現できる。なお、図２の屈折率分布を有するコア要素の場合、コア間距離Λを４０μｍとし、クラッド厚ＯＣＴを２１．５μｍとしても、Ｄcladは概ね９９．９７μｍとなる。従って、図２の屈折率分布を有するコアの場合、コア間距離Λを４０μｍとすることでクロストークＸＴをより低減して、市場が要求するクロストーク及び閉じ込め損失の特性を有し、クラッド２０の外径が１００μｍ以下のマルチコアファイバを実現できる。
　次に、図２の屈折率分布を変化させて、トレンチボリュームＴＶを変化させた場合のクロストークＸＴ及び閉じ込め損失ＣＬについて説明する。
　図７は、マルチコアファイバ１のコア要素１０に波長１．３１μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係を示す図である。図７は、クラッド２０の直径が１００μｍであり、被覆層３０の外径が１６０μｍであり、曲げ半径が３００ｍｍであり、下記表２に示すプロファイルを有するマルチコアファイバをシミュレーションして求めた。なお、シミュレーションに用いたマルチコアファイバ１のそれぞれのコア要素１０は、表２の通りのプロファイルである。具体的には、表２のＡ～Ｆのマルチコアファイバのサンプルにおいて、コア間距離Λを３５μｍ、３６μｍ、３８μｍ、及び４０μｍとして、それぞれのコア間距離Λにおける隣接する１コアからのクロストークＸＴとトレンチボリュームＴＶとの関係を求めた。そして、この関係を用いて、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３５ｄＢ／ｋｍ、－４０ｄＢ／ｋｍ、－５０ｄＢ／ｋｍ、及び－６０ｄＢ／ｋｍにおいて、トレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係をフィッティングした。このため、図７は、隣接する１コアからのクロストークＸＴが一定となるトレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係を示す。なお、曲げ半径が３００ｍｍは、光ファイバケーブルにおける一般的な光ファイバの曲げ半径である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　表２のＡ～Ｆのコア１１を伝搬する波長１．３１μｍのモードフィールド径ＭＦＤは、Ａ～Ｆの順に、８．５μｍ、８．５μｍ、８．６μｍ、８．５μｍ、８．５μｍ、及び８．４μｍとなる。
　図７では、トレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係は、下記のようになる。
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３５ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０４１５ＴＶ＋３４．９
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－４０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０４１３ＴＶ＋３６．３
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－５０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０４０７ＴＶ＋３９．１
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－６０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０４０２ＴＶ＋４１．９
　上記のように、トレンチ層１３の外径Ｄtrenchが３２μｍの場合、コア間距離は３３μｍより小さくすることは一般的ではない。図７に示すように、コア間距離は３５μｍ以上において、波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３５ｄＢ／ｋｍ以下となるためには、トレンチボリュームＴＶがゼロであっても、すなわちトレンチ層１３が存在しなくても、隣接する１コアからのクロストークＸＴは、－３５ｄＢ／ｋｍ以下となる。また、コア間距離Λが３５μｍ以上の場合、トレンチボリュームＴＶが１０１μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－５０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができ、トレンチボリュームＴＶが１７２μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－６０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。また、コア間距離Λが４０μｍ以上の場合、トレンチボリュームＴＶがゼロであっても、隣接する１コアからのクロストークＸＴは－５０ｄＢ／ｋｍ以下となり、トレンチボリュームＴＶが４７．３μｍ２％以上であれば、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－６０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。
　図８は、図７の場合と同様の条件で、マルチコアファイバ１のコア要素１０に波長１．６２５μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係を示す図である。
　図８の場合、トレンチボリュームＴＶとコア間距離Λとの関係は、下記のようになる。
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－２０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０５２４ＴＶ＋４３．２
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－２５ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０５２２ＴＶ＋４５．３
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０５２１ＴＶ＋４７．２
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３５ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０５１９ＴＶ＋４９．２
　隣接する１コアからのクロストークＸＴが－４０ｄＢ／ｋｍである場合：
　Λ＝－０．０５１８ＴＶ＋５１．２
　図８に示すように、波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、コア間距離Λが３５μｍ以上で、トレンチボリュームＴＶが２３４μｍ以上であれば、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３０ｄＢ／ｋｍ以下となる。また、コア間距離Λが３５μｍ以上の場合、トレンチボリュームＴＶが２７４μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができ、トレンチボリュームＴＶが３１３μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－４０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。また、コア間距離Λが４０μｍ以上の場合、トレンチボリュームＴＶが１３８μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－３０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができ、トレンチボリュームＴＶが１７７μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができ、トレンチボリュームＴＶが２１６μｍ２％以上であればクロストークＸＴを－４０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。
　図９は、マルチコアファイバ１のコア要素１０に波長１．３１μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係を示す図である。図９は、クラッド２０の直径が１００μｍであり、被覆層３０の外径が１６０μｍであり、曲げ半径が７６ｍｍであり、下記表２に示すプロファイルを有するマルチコアファイバをシミュレーションして求めた。具体的には、表２のＡ～Ｆのマルチコアファイバのサンプルにおいて、クラッド厚ＯＣＴを２１．７μｍ、２３．１μｍ、２３．５μｍ、２４．５μｍ、及び２５．３μｍとして、それぞれのクラッド厚ＯＣＴにおける閉じ込め損失ＣＬとトレンチボリュームＴＶとの関係を求めた。そして、この関係を用いて、閉じ込めん損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍ、０．０１ｄＢ／ｋｍ、０．１ｄＢ／ｋｍ、及び１ｄＢ／ｋｍにおいて、トレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係をフィッティングした。このため、図９は、閉じ込め損失ＣＬが一定となるトレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係を示す。
　図９では、トレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係は、下記のようになる。
　閉じ込め損失ＣＬが１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０３４３ＴＶ＋２６．３
　閉じ込め損失ＣＬが０．１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０３８０ＴＶ＋２７．９
　閉じ込め損失ＣＬが０．０１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０４２０ＴＶ＋２９．７
　閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０４５２ＴＶ＋３１．４
　図９に示すように、波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。またこの場合、トレンチボリュームＴＶが１９０μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。またこの場合、トレンチボリュームＴＶが１３５μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。またこの場合、トレンチボリュームＴＶが２１５μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍ以下にしても、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　図１０は、図９の場合と同様の条件で、マルチコアファイバ１のコア要素１０に波長１．６２５μｍの光を伝搬する場合におけるトレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係を示す図である。
　図１０の場合、トレンチボリュームＴＶとクラッド厚ＯＣＴとの関係は、下記のようになる。
　閉じ込め損失ＣＬが１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０７０７ＴＶ＋３４．７
　閉じ込め損失ＣＬが０．１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０５８９ＴＶ＋３５．１
　閉じ込め損失ＣＬが０．０１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０４９４ＴＶ＋３５．０
　閉じ込め損失ＣＬが０．００１ｄＢ／ｋｍである場合：
　ＯＣＴ＝－０．０４３１ＴＶ＋３４．９
　図１０に示すように、波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１９６μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。また、この場合、トレンチボリュームＴＶが２６９μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。またこの場合、トレンチボリュームＴＶが２２３μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。また、この場合、トレンチボリュームＴＶが３０６μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　図７、図９の結果より、マルチコアファイバ１に波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、次のようになる。トレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを３５μｍ以上とし、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下することができる。従って、トレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を１０４μｍ以下にすることができる。つまり、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を小さくすることができる。また、トレンチボリュームＴＶが１３５μｍ２％以上であれば、この条件で、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　また、トレンチボリュームＴＶが１９０μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを概ね４０μｍとし、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍ以下とすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。従って、トレンチボリュームＴＶが１９０μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を１０４μｍ以下にすることができる。つまり、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を小さくすることができる。またこの場合、コア間距離Λを概ね３５μｍとしても、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下にすることができるため、コア間距離Λを概ね３５μｍとし、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとすることで、クラッド２０の直径を９３μｍ以下にすることができる。また、トレンチボリュームＴＶが２１５μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　また、図８、図１０の結果より、マルチコアファイバ１に波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、次のようになる。トレンチボリュームＴＶが２３４μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを概ね３５μｍとすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３０ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。従って、トレンチボリュームＴＶが２３４μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を１００μｍ以下にすることができる。なお、トレンチボリュームＴＶが２３４μｍ２％以上であれば、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　また、トレンチボリュームＴＶが２６９μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを４０μｍとすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３０ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。従って、トレンチボリュームＴＶが２６９μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を１０４μｍ以下にすることができる。つまり、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を小さくすることができる。またこの場合、コア間距離Λを概ね３５μｍとしても、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３０ｄＢ／ｋｍ以下にすることができるため、コア間距離Λを概ね３５μｍとし、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとすることで、クラッド２０の直径を９３μｍ以下にすることができる。また、トレンチボリュームＴＶが３０６μｍ２％以上であれば、この条件で、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
　次に、トレンチボリュームＴＶの上限について説明する。
　図１１は、トレンチボリュームＴＶと２２ｍケーブルカットオフ波長λccとの関係を示す図である。図１１に示すλccよりも長波長であれば、シングルモードの光が伝搬し得る。図１１に示すように、トレンチボリュームＴＶとケーブルカットオフ波長λccとの関係は、次の式（３）で示される。
　λcc＝０．００１１ＴＶ＋０．９７０７　　　（３）
　Ｇ．６５２．Ｄでは、波長１．３１μｍの光を伝搬する場合におけるケーブルカットオフ波長λccは、１．２６μｍ以下と定められている。この場合、式（３）より、トレンチボリュームＴＶの上限は、２６３μｍ２％となる。しかし、光ファイバを製造する際、線引工程における光ファイバのガラス内の残留応力により、ケーブルカットオフ波長λccは３０ｎｍ程度小さくなる。このため、ケーブルカットオフ波長λccを１．２９μｍ以下にすることができる。従って、この場合、トレンチボリュームＴＶの上限は、２９０μｍ２％となる。なお、トレンチボリュームＴＶが大きくなると、トレンチ部とその他の領域のガラスの粘度差により、光ファイバの紡糸後に光ファイバに残留する応力が光ファイバの断面内において不均一になりやすく、所望の性能が得られない場合があるため、トレンチボリュームＴＶの上限は３５０μｍ２％である。
　以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
　例えば、上記実施形態では、トレンチ層１３の外径Ｄtrenchが表２のｒ３に基づき２５μｍから３５．０４μｍの範囲で、モードフィールド直径が８．４μｍから８．６μｍの範囲の例について説明をした。しかし、トレンチ層の外径Ｄtrenchが４０μｍ以下で、モードフィールド直径が８．８μｍ以下の場合、トレンチボリュームＴＶが１０６μｍ２％以上３５０μｍ２％以下を満たしていれば、上記で説明したクロストークと概ね変わらず、上記で説明した閉じ込め損失ＣＬと概ね変わらない。
　また、上記実施形態では、コア要素１０が４つの例で説明された。しかし、コア要素の数は、例えば２つであってもよい。図１２は、コア要素１０が２つのマルチコアファイバ１を示す図である。図１２に示すように、コア要素が２つの場合、クラッド２０の直径Ｄcladは下記式（４）で示される。
　Ｄclad＝Λ＋２ＯＣＴ　　　（４）
　従って、図７、図９の結果より、マルチコアファイバ１に波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを３５μｍとすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴを－３５ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下としつつ、クラッド２０の直径を８５．６μｍまで小さくすることができ、トレンチボリュームＴＶが１３５μｍ２％以上であれば、更に閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。また、トレンチボリュームＴＶが１９０μｍ２％以上であれば、上記コア間距離のままで、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３５ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとしても、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができ、クラッド２０の直径を７８．４μｍまで小さくすることができ、トレンチボリュームＴＶが２１５μｍ２％以上であれば、更に、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。このように、マルチコアファイバ１に波長１．３１μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１０５μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を９０μｍ以下にすることができる。つまり、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を小さくすることができる。
　また、図８、図１０の結果より、マルチコアファイバ１に波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１９６μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを４０μｍとすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３０ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２５．３μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下としつつ、クラッド２０の直径を９０．６μｍまで小さくすることができ、トレンチボリュームＴＶが２２３μｍ２％以上であれば、更に閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。また、トレンチボリュームＴＶが２６９μｍ２％以上であれば、コア間距離Λを３５μｍとすることで、隣接する１コアからのクロストークＸＴが－３０ｄＢ／ｋｍ以下、かつ、クラッド厚ＯＣＴを概ね２１．７μｍとすることで、閉じ込め損失ＣＬを０．０１ｄＢ／ｋｍ以下としつつ、クラッド２０の直径を７８．４μｍまで小さくすることができ、トレンチボリュームＴＶが３０６μｍ２％以上であれば、更に、閉じ込め損失ＣＬを０．００１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。このように、マルチコアファイバ１に波長１．６２５μｍの光を伝搬させる場合、トレンチボリュームＴＶが１９６μｍ２％以上であれば、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を９０μｍ以下にすることができる。つまり、十分な光通信の品質を保ちつつ、クラッド２０の直径を小さくすることができる。
　なお、コア要素１０が３つの場合、コア要素１０がクラッドの中心を中心とする円周ＣＲ上に配置されることで、クラッド２０の直径は、コア要素が２つの場合のクラッド２０の直径とコア要素が４つの場合のクラッド２０の直径との間の大きさにすることができる。
　また、上記実施形態では、コア要素１０が外側コア１２を含む構成で説明したが、外側コア１２は必須の構成ではなく、コア要素１０が外側コア１２を含まなくてもよい。
　また、上記実施形態では、各コア間距離Λが等しい例を示したが、本発明はこれに限らず、コア要素１０が円周ＣＲ上に配置される限り、コア間距離Λが等しくなくてもよい。
　以上説明したように、本発明によれば、クラッドの直径を小さくしつつ、クロストーク及び閉じ込め損失を抑制し得るマルチコアファイバが提供され、光通信の分野や、その他マルチコアファイバを利用したデバイスに利用することができる。

Claims (7)

  1. 　コア及び前記コアの外周面を囲うトレンチ層を含む２つから４つのコア要素と、
    　それぞれのコア要素の外周面を隙間なく囲うクラッドと、
    を備え、
    　それぞれの前記コア要素は、前記クラッドの中心を中心とする円周上に配置され、
    　前記コア要素の直径は、当該コア要素と最短で隣り合う他の前記コア要素とのコア間距離から１μｍ小さい大きさ以下であり、
    　前記コアを波長１．３１μｍの光が伝搬する場合における当該光のモードフィールド径は、８．８μｍ以下であり、
    　前記クラッドの長手方向に垂直な断面における前記トレンチ層の断面積と、前記トレンチ層の前記クラッドに対する比屈折率差の絶対値との積であるトレンチボリュームが１０５μｍ２％以上３５０μｍ２％以下である
    ことを特徴とするマルチコアファイバ。
  2. 　前記トレンチボリュームが１３６μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  3. 　前記トレンチボリュームが１９０μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  4. 　前記トレンチボリュームが２１４μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  5. 　前記トレンチボリュームが２３４μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  6. 　前記トレンチボリュームが２６９．７μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
  7. 　前記トレンチボリュームが３０６μｍ２％以上である
    ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコアファイバ。
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