並列光伝送システムおよびこれに用いる光ファイバ
【課題】従来の多モード光ファイバ用の送信機や受信機と同等の端面構造を備えた入力素子および出力素子を用い、多モード雑音の累積の抑圧および伝送路長の偏差による伝送特性劣化の抑圧を可能とする並列光伝送システムを提供する。
【解決手段】光ファイバとして、クラッド部１１断面内の上記50μｍの範囲内に単一モード伝送用の４個のコア部１２を配置した正方格子状に配列した断面構造を有する４コアファイバを用いるとともに、汎用の多モード光ファイバのコア径と同等の50μｍの直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子および出力素子をそれぞれ備えた送信機および受信機を用いた。
【解決手段】光ファイバとして、クラッド部１１断面内の上記50μｍの範囲内に単一モード伝送用の４個のコア部１２を配置した正方格子状に配列した断面構造を有する４コアファイバを用いるとともに、汎用の多モード光ファイバのコア径と同等の50μｍの直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子および出力素子をそれぞれ備えた送信機および受信機を用いた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一モード光通信システム、および当該光通信システムに用いる単一モード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ通信の急速な普及に伴い、伝送容量の更なる拡大に対する要望は年々高まる一方にある。データセンタ等の短距離伝送領域では、汎用の多モード光ファイバを用いた伝送速度の高速化を行うと同時に、伝送路チャネル（同時に伝送に用いる多モード光ファイバの本数）の並列化（複数化）により、更なる大容量光通信を行う技術が開発・実用化されている。例えば、多モード光ファイバを用いた10Ｇbit/s伝送の実現や、４本の独立した光ファイバを並列に用い、各光ファイバに25Ｇbit/sの光信号を独立に入力することにより、システム全体で100Ｇbit/sの伝送容量を実現することが可能となる。
【０００３】
また、例えば、非特許文献１では、同一のクラッド断面内に複数のコアを配置し、各コアを独立した伝送路として用いることにより、光ファイバ１心当たりの伝送容量を拡大し、空間多重効率を向上する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多モード光ファイバを用いた光伝送システムでは、モード雑音の累積による伝送特性の劣化が問題となるといった課題があった。また、複数の光ファイバを並列化して用いる場合には、各光ファイバ間における光路長の微小な差（伝送路長の偏差）によって伝送特性が劣化するといった課題もあった。
【０００５】
一方、非特許文献１に開示された技術では、各コアは単一モード伝送用に設計されているため、上述の多モード雑音の累積による伝送制限を抑制することができる。また、同一クラッド内に複数のコアを並列に形成するため、各コア間における伝送路長の偏差の低減も可能となる。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示された光ファイバでは、空間多重度（同一クラッド内のコア数）を７倍にまで拡大するため、クラッドの外径を150μｍまで拡大している。汎用的な光ファイバのクラッドの外径は125μｍであるため、従来の光ファイバとの接続、並びに従来の送信機や受信機との接続が困難になるといった課題があった。また、非特許文献１に開示された光ファイバでは、良好なクロストーク特性を保持するためコア間距離を45μｍまで拡大する必要があり、コア径が50μｍである汎用の多モード光ファイバ用の送信機や受信機を用いる場合、同一のコア断面内に包含可能な単一モードコアは一つに限定されてしまうという課題もあった。
【０００７】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバ（光ファイバ伝送路）に信号光を入力するための素子である入力素子、および光ファイバ（光ファイバ伝送路）から出力される信号光を受光するための素子である出力素子として、従来の多モード光ファイバ用の送信機や受信機と同等の端面構造を備えた素子を用い、多モード雑音の累積の抑圧および伝送路長の偏差による伝送特性劣化の抑圧を可能とする並列光伝送システムを提供することにある。また、同時に当該並列光伝送システムにおける伝送装置（送信機・受信機）の入力素子および出力素子の構造を保持したまま、容易に高速・長距離化を可能とする並列光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の並列光伝送システムでは、汎用多モード光ファイバのコア径と同等の50μｍの直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子および出力素子を用いるとともに、クラッド部断面内の上記50μｍの範囲内に単一モード伝送用の４個のコア部を配置した光ファイバを用いる。４個のコア部で１信号を伝送する並列光伝送システムを構成することにより、上記課題を解決するものである。また、上述の入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モードによる光伝送が可能な素子（単一モード素子）に置換することにより、より高速・長距離伝送が可能な４コア並列単一モード伝送システムを実現する手段としている。
【０００９】
更に具体的には、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバでは、屈折率が均一なクラッド部に当該クラッド部よりも高い屈折率を有する４個のコア部を正方格子状に配列し、前記コア部の屈折率分布をＷ型もしくはトレンチ型とし、その半径方向および屈折率方向の構造条件を好適とすることにより、30μｍ以下のコア間距離で10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下に低減することを可能としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の並列光伝送システムによれば、多モード光ファイバ用の汎用的な入力素子および出力素子を用い、かつモード雑音および伝送路長の偏差に起因する伝送特性劣化の抑圧を可能とする並列光伝送システムの構築を可能とするといった効果を奏する。
【００１１】
また、本発明の並列光伝送システムでは、入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モード素子に置換可能できることとしたため、同一の光ファイバを用いたまま、より高速・長距離の並列光伝送システムにアップグレードすることも可能となるといった効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の並列光伝送システムの構成を示す概念図である。
【図２】本発明の並列光伝送システムにおいて、入力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の並列光伝送システムにおいて、入力素子および出力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。
【図４】本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバの断面構造を示す概念図である。
【図５】実施例１において、光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。
【図６】実施例１において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図７】実施例１において、半径方向の比率Ｒａと屈折率方向の比率ＲΔの構造条件を示す図面である。
【図８】実施例２において、光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す概念図である。
【図９】実施例２において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図１０】実施例２において、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１１】実施例２において、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１２】実施例２において、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１３】実施例３において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図１４】実施例３において、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１５】実施例３において、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１６】実施例３において、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１７】４コア光ファイバにおいて、曲げ損失特性の改善を可能とする断面構造を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の並列光伝送システムおよびこれに用いる光ファイバの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の並列光伝送システムの構成を示す概念図である。本発明の並列光伝送システムは、光ファイバ（光ファイバ伝送路）１と、変調信号光を生成して光ファイバ１の一端に入力する送信機（Ｔｘ）２と、光ファイバ１の他端から出力される変調信号光を受光して復調する受信機（Ｒｘ）３とにより構成される。
【００１５】
前記光ファイバ１は、図４に後述するように正方格子状に配列された４個のコア部を有する。前記送信機２は、概ね50μｍもしくはそれ以上の直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子２１を具備し、800ｎｍ帯もしくは1260ｎｍより長波長側の変調信号光を生成し、これを前記入力素子２１を介して光ファイバ１の一端に入力する。ここで、信号光の光源には面発光レーザ、ファブリペロー光源、半導体レーザなど、任意の光源が使用できる。前記受信機３は、概ね50μｍもしくはそれ以上の直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた出力素子（受光素子）３１を具備し、前記光ファイバ１の他端から出力される変調信号光を前記出力素子３１を介して受光し、復調する。
【００１６】
従って、図１に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコア部を同一変調を有する信号光で一括励振し、前記光ファイバ１中の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で一括受信することを可能とする。
【００１７】
図２は、本発明の並列光伝送システムにおいて、送信側の入力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。図２では、送信機２は、概ね25μｍの直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の入力素子２１ａを具備し、前記同様の変調信号光を前記４個の入力素子２１ａを介して光ファイバ１の４個のコア部に個別に入力する。ここで、４個の入力素子２１ａは、１台の光源からの変調信号光を強度分配する形態であっても良く、また、４台の光源から出力された同一の変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても良い。
【００１８】
図２に示した構成を用いることにより、光ファイバ１の４個のコア部に対する励振効率を向上することが可能となる。従って、図２に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコアを同一変調を有する信号光で個別に励振し、前記光ファイバ１中の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で一括受信することを可能とする。
【００１９】
図３は、本発明の並列光伝送システムにおいて、送信側の入力素子とともに受信側の出力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。図３では、送信機２は、前記同様の４個の入力素子２１ａを具備し、前記同様の変調信号光を前記４個の入力素子２１ａを介して光ファイバ１の４個のコア部に個別に入力する。ここで、４個の入力素子２１ａは、１台の光源からの変調信号光を強度分配する形態であっても良く、また、４台の光源から出力された同一の変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても、更にまた、４台の光源から出力され異なる変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても良い。
【００２０】
また、図３では、受信機３は、概ね25μｍの直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の出力素子（受光素子）３１ａを具備し、前記光ファイバ１の４個のコア部から出力される信号光を前記４個の出力素子３１を介して個別に受光し、復調する。
【００２１】
従って、図３に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコア部を同一もしくは異なる変調を有する信号光で個別に励振し、前記光ファイバ１の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で個別に受信することを可能とする。
【００２２】
ここで、送信側の変調信号光が同一で速度ｘbit/sであるように設定された場合には、４入力・４出力でｘbit/sの伝送容量を実現し、また、送信側の変調信号が異なり速度がｘbit/sに設定された場合には、４入力・４出力で４×ｘbit/sの伝送容量を実現することが可能となる。
【００２３】
図４は、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバ１は、直径（外径）Ｄが125±１μｍで屈折率が均一なクラッド部１１内に、屈折率が前記クラッド部１１よりも高い４個のコア部１２を中心間距離Λが等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する。
【００２４】
ここで、図１〜図３に示したように、前記コア部１２に対する入力素子および出力素子の端面構造は、汎用多モード光ファイバのコア径と同等となるよう、概ね50μｍの直径または一辺の長さを有するように設定される必要がある。このため、各コア部１２を効率的に励振する半径を概ね４μｍと考えると、前記中心間距離Λは、
（２）1/2・Λ＋４・２≒５０ （１）
により、概ね30μｍ以下に設定されることが好ましい。
【００２５】
なお、入力素子または入力素子および出力素子が４分割構造の場合における光ファイバの各コア部との位置合わせについては、ＳＣコネクタなどの、軸周り方向の相対位置が少なくとも９０°あるいは１８０°を単位として固定される光コネクタのプラグを光ファイバに、そのアダプタを送信機・受信機に用いて、予め各コア部と各素子との相対位置が一致するように設定しておくことによって行うことが可能である。
【００２６】
以下では、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバ（伝送路）の具体的な実施例について図面を用いて説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
図５は、実施例１で用いた光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。実施例１におけるコア部１２は、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔで半径がａ１である第１コア領域と、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域を含む半径がａである第２コア領域とで形成される。
【００２８】
ここで、半径方向の前記パラメータの比率Ｒａ、比屈折率差方向の前記パラメータの比率ＲΔを、
Ｒａ≡ａ１／ａ （２）
ＲΔ≡Δ１／Δ （３）
と定義する。
【００２９】
図６は、実施例１において、所望の実効遮断波長条件および所望のクロストーク条件を満たす、第２コア領域までのコア半径（Core radius）ａと第１コア領域の比屈折率差（Relative index difference）Δの関係について示す図面である。ここで、実効遮断波長は1260ｎｍ以下、クロストークはコア中心間距離Λが30μｍの時、10ｋｍ伝送後に波長1550ｎｍで−30ｄＢ以下とした。図中の破線で囲まれる領域で所望の実効遮断波長特性とクロストーク特性とを同時に満たすことが可能となる。尚、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径（２Ｗ）特性を示す。
【００３０】
図６から、コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.40〜0.75％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を6.0μｍ以上に設定できることが分かる。またより好ましくは、コア半径ａを5.8〜9.6μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を6.5μｍ以上に設定できることが分かる。
【００３１】
図７は、実施例１において図６に示した関係を満たす、半径方向の比率Ｒａおよび屈折率方向の比率ＲΔの構造条件を示す図面である。図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が5.5、6.0および6.5μｍとなる条件範囲（但し、5.5μｍについては範囲を示す一方の線のみ）を示している。
【００３２】
図７から、Ｒａを0.34〜0.67、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲で設定することにより、所望の実効遮断波長特性と、クロストーク特性とを満たし、かつ波長1310ｎｍで6.0μｍ以上のモードフィールド径を実現できることが分かる。また更に好ましくは、Ｒａを0.36〜0.54、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲で設定することにより、波長1310ｎｍで6.5μｍ以上のモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３３】
従って、図６および図７より、図５に示した屈折率分布を有する実施例１の光ファイバにおいて、コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲、比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲、Ｒａを0.43〜0.54の範囲、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲にそれぞれ設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで6.5μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００３４】
＜実施例２＞
図８は、実施例２で用いた光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。実施例２におけるコア部１２は、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔで半径がａ１である第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部１１と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２である第２コア領域と、前記クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａである第３コア領域とで形成される。
【００３５】
ここで、半径方向の前記パラメータの比率Ｒａ１およびＲａ２、屈折率方向の前記パラメータの比率ＲΔを、
Ｒａ１≡ａ１／ａ （４）
Ｒａ２≡ａ２／ａ （５）
ＲΔ≡Δ１／Δ （６）
と定義する。
【００３６】
図９は、実施例２において、コア半径（Core radius）ａと比屈折率差（Relative index difference）Δの構造条件を示す図面である。図中の破線で囲まれる領域でコア半径ａおよび比屈折率差Δを設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長を実現し、かつコア中心間距離30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。また、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が７、８および９μｍとなる構造条件を表している。
【００３７】
図９より、コア半径ａを4.5〜9.9μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.3〜0.6％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を７μｍ以上にできることが分かる。また、コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を８μｍ以上に拡大できることが分かる。
【００３８】
図１０は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１０より、Ｒａ１を0.36〜0.86の範囲とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００３９】
図１１は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１１より、Ｒａ２を0.52以上とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。尚、Ｒａ２が0.90より大となる場合、図９に示したように実施例２におけるコア半径ａは最大でも9.9μｍであるので、第３コア領域の半径方向の厚みは１μｍ未満に減少し、製造上の困難性が増大する。このため、Ｒａ２は0.90以下に設定されることが好ましい。
【００４０】
図１２は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１２より、ＲΔを−0.33以下とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。尚、ＲΔを−１より小さな領域に設定する場合、図９からΔ１は−0.47％以下にまで低減する必要が生じる。クラッド部１１よりも小さな屈折率を実現するためには、例えばフッ素などの添加物を用いることが一般的であるが、添加量の増大とともに伝送損失も増加する傾向にあり、また製造上の困難性も増大する。このため、ＲΔはΔ１が−0.5％未満となる−１以上に設定されることが好ましい。
【００４１】
従って、図９、１０、１１、および１２より、図８に示した屈折率分布を有する実施例２の光ファイバにおいて、コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲、比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲、Ｒａ１を0.36〜0.86の範囲、Ｒａ２を0.52〜0.90の範囲、ＲΔを−0.33〜−1.00の範囲にそれぞれ設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで8.0μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００４２】
＜実施例３＞
実施例３では、実施例２の図８に示した屈折率分布を有する本発明の光ファイバにおいて、実効遮断波長を800ｎｍ以下に低減する技術について説明する。ここで、従来の多モード光ファイバを用いた光通信システムでは、波長800ｎｍ帯を信号光として適用することが一般的である。このため、当該波長において単一モード伝送を可能とする光ファイバを実現することにより、モード雑音の累積を著しく低減することが可能となり、好ましい。
【００４３】
図１３に、実施例３において、コア半径（Core radius）ａと比屈折率差（Relative index difference）Δの構造条件を示す。図中の破線で囲まれる領域でコア半径ａ及び比屈折率差Δを設定することにより、800ｎｍ以下の実効遮断波長を実現し、かつコア中心間距離30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。また、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が６μｍ、７μｍとなる構造条件を表している。
【００４４】
図１３より、コア半径ａを4.0〜9.4μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.49％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を６μｍ以上にできることが分かる。また、コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を７μｍ以上に拡大できることが分かる。
【００４５】
図１４は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１４より、Ｒａ１を0.20〜0.57の範囲とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４６】
図１５は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１５より、Ｒａ２を0.40〜0.56とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４７】
図１６は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１６より、ＲΔを−0.61〜−1.00とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４８】
従って、図１３、１４、１５、および１６より、図８に示した屈折率分布を有する実施例３の光ファイバにおいて、コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲、比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲、Ｒａ１を0.20〜0.57の範囲、Ｒａ２を0.40〜0.56の範囲、ＲΔを−0.61〜−1.00の範囲にそれぞれ設定することにより、800ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで7.0μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００４９】
＜実施例４＞
実施例４では、実施例１、２、および３で説明した４コア光ファイバに関し、各コア部の伝送特性を阻害することなく、曲げ損失特性を改善する技術について説明する。
【００５０】
図１７に、実施例４における４コア光ファイバ（伝送路）の断面構造の概念図を示す。実施例４における４コア光ファイバは、図１７（ａ）に示すようにクラッド部１１の中心からの半径が、コア間距離Λの（２）1/2／２倍にｘμｍを加えた長さである円周に外接するように配置された、クラッド部１１よりも低い屈折率を有し厚みがｚμｍである環状の低屈折領域１３、もしくは図１７（ｂ）に示すように前記円周に外接するように等間隔に配置された、直径がｚμｍで少なくとも10個以上の空孔部１４を有する。
【００５１】
これにより、各コア部の電界分布を低屈折率領域１３、もしくは空孔部１４の内側に閉じ込めることが可能となり、曲げ付与に伴う伝送損失の増加を低減することが可能となる。
【００５２】
ここで、上記ｘは、小さすぎると各コア部の伝送特性を劣化させ、大きすぎると十分な閉じ込め効果を得ることが困難となる。このため、ｘはモードフィールド径の1.0倍〜1.5倍に、即ち８〜12μｍに設定されることが好ましい。また、環状の低屈折領域１３を設定する場合、当該領域のクラッド部１１に対する比屈折率差は概ね−0.2％以下とすれば十分な閉じ込め効果を得ることが可能となる。また更に、上述の厚みｚは概ね波長と同等のオーダー以上、即ち１μｍ以上であれば良い。但し、ｚが大きすぎる場合には高次モードに対する閉じ込め効果も増大するため、ｚは概ね５μｍ程度であることが好ましい。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の並列光伝送システムおよび光ファイバによれば、多モード光ファイバ用の汎用的な入力素子および出力素子を用い、かつモード雑音および伝送路長の偏差に起因する伝送特性劣化を低減した並列光伝送システムを構築することが可能となる。
【００５４】
また、本発明の並列光伝送システムでは、単一モード光ファイバを伝送路に用い、入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モード素子に置換可能できることとしたため、同一の光ファイバを用いたまま、より高速・長距離の並列光伝送システムを構築することも可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１：光ファイバ（光ファイバ伝送路）、２：送信機、３：受信機、１１：クラッド部、１２：コア部、１３：低屈折率領域、１４：空孔部、２１，２１ａ：入力素子、３１，３１ａ：出力素子。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００５６】
【非特許文献１】"109-Tb/s (7x97x172-Gb/s SDM/WDM/PDM) QPSK transmission through 16.8-km homogeneous multi-core fiber", J. Sakaguchi, et al., in Proc. OFC'11, PDPB6 (2011).
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一モード光通信システム、および当該光通信システムに用いる単一モード光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
データ通信の急速な普及に伴い、伝送容量の更なる拡大に対する要望は年々高まる一方にある。データセンタ等の短距離伝送領域では、汎用の多モード光ファイバを用いた伝送速度の高速化を行うと同時に、伝送路チャネル（同時に伝送に用いる多モード光ファイバの本数）の並列化（複数化）により、更なる大容量光通信を行う技術が開発・実用化されている。例えば、多モード光ファイバを用いた10Ｇbit/s伝送の実現や、４本の独立した光ファイバを並列に用い、各光ファイバに25Ｇbit/sの光信号を独立に入力することにより、システム全体で100Ｇbit/sの伝送容量を実現することが可能となる。
【０００３】
また、例えば、非特許文献１では、同一のクラッド断面内に複数のコアを配置し、各コアを独立した伝送路として用いることにより、光ファイバ１心当たりの伝送容量を拡大し、空間多重効率を向上する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、多モード光ファイバを用いた光伝送システムでは、モード雑音の累積による伝送特性の劣化が問題となるといった課題があった。また、複数の光ファイバを並列化して用いる場合には、各光ファイバ間における光路長の微小な差（伝送路長の偏差）によって伝送特性が劣化するといった課題もあった。
【０００５】
一方、非特許文献１に開示された技術では、各コアは単一モード伝送用に設計されているため、上述の多モード雑音の累積による伝送制限を抑制することができる。また、同一クラッド内に複数のコアを並列に形成するため、各コア間における伝送路長の偏差の低減も可能となる。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に開示された光ファイバでは、空間多重度（同一クラッド内のコア数）を７倍にまで拡大するため、クラッドの外径を150μｍまで拡大している。汎用的な光ファイバのクラッドの外径は125μｍであるため、従来の光ファイバとの接続、並びに従来の送信機や受信機との接続が困難になるといった課題があった。また、非特許文献１に開示された光ファイバでは、良好なクロストーク特性を保持するためコア間距離を45μｍまで拡大する必要があり、コア径が50μｍである汎用の多モード光ファイバ用の送信機や受信機を用いる場合、同一のコア断面内に包含可能な単一モードコアは一つに限定されてしまうという課題もあった。
【０００７】
本発明は以上のような背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光ファイバ（光ファイバ伝送路）に信号光を入力するための素子である入力素子、および光ファイバ（光ファイバ伝送路）から出力される信号光を受光するための素子である出力素子として、従来の多モード光ファイバ用の送信機や受信機と同等の端面構造を備えた素子を用い、多モード雑音の累積の抑圧および伝送路長の偏差による伝送特性劣化の抑圧を可能とする並列光伝送システムを提供することにある。また、同時に当該並列光伝送システムにおける伝送装置（送信機・受信機）の入力素子および出力素子の構造を保持したまま、容易に高速・長距離化を可能とする並列光伝送システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の並列光伝送システムでは、汎用多モード光ファイバのコア径と同等の50μｍの直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子および出力素子を用いるとともに、クラッド部断面内の上記50μｍの範囲内に単一モード伝送用の４個のコア部を配置した光ファイバを用いる。４個のコア部で１信号を伝送する並列光伝送システムを構成することにより、上記課題を解決するものである。また、上述の入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モードによる光伝送が可能な素子（単一モード素子）に置換することにより、より高速・長距離伝送が可能な４コア並列単一モード伝送システムを実現する手段としている。
【０００９】
更に具体的には、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバでは、屈折率が均一なクラッド部に当該クラッド部よりも高い屈折率を有する４個のコア部を正方格子状に配列し、前記コア部の屈折率分布をＷ型もしくはトレンチ型とし、その半径方向および屈折率方向の構造条件を好適とすることにより、30μｍ以下のコア間距離で10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下に低減することを可能としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の並列光伝送システムによれば、多モード光ファイバ用の汎用的な入力素子および出力素子を用い、かつモード雑音および伝送路長の偏差に起因する伝送特性劣化の抑圧を可能とする並列光伝送システムの構築を可能とするといった効果を奏する。
【００１１】
また、本発明の並列光伝送システムでは、入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モード素子に置換可能できることとしたため、同一の光ファイバを用いたまま、より高速・長距離の並列光伝送システムにアップグレードすることも可能となるといった効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の並列光伝送システムの構成を示す概念図である。
【図２】本発明の並列光伝送システムにおいて、入力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。
【図３】本発明の並列光伝送システムにおいて、入力素子および出力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。
【図４】本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバの断面構造を示す概念図である。
【図５】実施例１において、光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。
【図６】実施例１において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図７】実施例１において、半径方向の比率Ｒａと屈折率方向の比率ＲΔの構造条件を示す図面である。
【図８】実施例２において、光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す概念図である。
【図９】実施例２において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図１０】実施例２において、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１１】実施例２において、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１２】実施例２において、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１３】実施例３において、コア半径と比屈折率差の構造条件を示す図面である。
【図１４】実施例３において、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１５】実施例３において、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１６】実施例３において、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。
【図１７】４コア光ファイバにおいて、曲げ損失特性の改善を可能とする断面構造を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の並列光伝送システムおよびこれに用いる光ファイバの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の並列光伝送システムの構成を示す概念図である。本発明の並列光伝送システムは、光ファイバ（光ファイバ伝送路）１と、変調信号光を生成して光ファイバ１の一端に入力する送信機（Ｔｘ）２と、光ファイバ１の他端から出力される変調信号光を受光して復調する受信機（Ｒｘ）３とにより構成される。
【００１５】
前記光ファイバ１は、図４に後述するように正方格子状に配列された４個のコア部を有する。前記送信機２は、概ね50μｍもしくはそれ以上の直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた入力素子２１を具備し、800ｎｍ帯もしくは1260ｎｍより長波長側の変調信号光を生成し、これを前記入力素子２１を介して光ファイバ１の一端に入力する。ここで、信号光の光源には面発光レーザ、ファブリペロー光源、半導体レーザなど、任意の光源が使用できる。前記受信機３は、概ね50μｍもしくはそれ以上の直径または一辺の長さを有する端面構造を備えた出力素子（受光素子）３１を具備し、前記光ファイバ１の他端から出力される変調信号光を前記出力素子３１を介して受光し、復調する。
【００１６】
従って、図１に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコア部を同一変調を有する信号光で一括励振し、前記光ファイバ１中の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で一括受信することを可能とする。
【００１７】
図２は、本発明の並列光伝送システムにおいて、送信側の入力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。図２では、送信機２は、概ね25μｍの直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の入力素子２１ａを具備し、前記同様の変調信号光を前記４個の入力素子２１ａを介して光ファイバ１の４個のコア部に個別に入力する。ここで、４個の入力素子２１ａは、１台の光源からの変調信号光を強度分配する形態であっても良く、また、４台の光源から出力された同一の変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても良い。
【００１８】
図２に示した構成を用いることにより、光ファイバ１の４個のコア部に対する励振効率を向上することが可能となる。従って、図２に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコアを同一変調を有する信号光で個別に励振し、前記光ファイバ１中の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で一括受信することを可能とする。
【００１９】
図３は、本発明の並列光伝送システムにおいて、送信側の入力素子とともに受信側の出力素子を４分割した場合の構成を示す概念図である。図３では、送信機２は、前記同様の４個の入力素子２１ａを具備し、前記同様の変調信号光を前記４個の入力素子２１ａを介して光ファイバ１の４個のコア部に個別に入力する。ここで、４個の入力素子２１ａは、１台の光源からの変調信号光を強度分配する形態であっても良く、また、４台の光源から出力された同一の変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても、更にまた、４台の光源から出力され異なる変調信号を有する信号光を個別に結合させる形態であっても良い。
【００２０】
また、図３では、受信機３は、概ね25μｍの直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の出力素子（受光素子）３１ａを具備し、前記光ファイバ１の４個のコア部から出力される信号光を前記４個の出力素子３１を介して個別に受光し、復調する。
【００２１】
従って、図３に示した並列光伝送システムでは、送信側で前記光ファイバ１の４個のコア部を同一もしくは異なる変調を有する信号光で個別に励振し、前記光ファイバ１の４個のコア部を個別に伝搬した信号光を、受信側で個別に受信することを可能とする。
【００２２】
ここで、送信側の変調信号光が同一で速度ｘbit/sであるように設定された場合には、４入力・４出力でｘbit/sの伝送容量を実現し、また、送信側の変調信号が異なり速度がｘbit/sに設定された場合には、４入力・４出力で４×ｘbit/sの伝送容量を実現することが可能となる。
【００２３】
図４は、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバ１は、直径（外径）Ｄが125±１μｍで屈折率が均一なクラッド部１１内に、屈折率が前記クラッド部１１よりも高い４個のコア部１２を中心間距離Λが等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する。
【００２４】
ここで、図１〜図３に示したように、前記コア部１２に対する入力素子および出力素子の端面構造は、汎用多モード光ファイバのコア径と同等となるよう、概ね50μｍの直径または一辺の長さを有するように設定される必要がある。このため、各コア部１２を効率的に励振する半径を概ね４μｍと考えると、前記中心間距離Λは、
（２）1/2・Λ＋４・２≒５０ （１）
により、概ね30μｍ以下に設定されることが好ましい。
【００２５】
なお、入力素子または入力素子および出力素子が４分割構造の場合における光ファイバの各コア部との位置合わせについては、ＳＣコネクタなどの、軸周り方向の相対位置が少なくとも９０°あるいは１８０°を単位として固定される光コネクタのプラグを光ファイバに、そのアダプタを送信機・受信機に用いて、予め各コア部と各素子との相対位置が一致するように設定しておくことによって行うことが可能である。
【００２６】
以下では、本発明の並列光伝送システムに用いる光ファイバ（伝送路）の具体的な実施例について図面を用いて説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
図５は、実施例１で用いた光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。実施例１におけるコア部１２は、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔで半径がａ１である第１コア領域と、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域を含む半径がａである第２コア領域とで形成される。
【００２８】
ここで、半径方向の前記パラメータの比率Ｒａ、比屈折率差方向の前記パラメータの比率ＲΔを、
Ｒａ≡ａ１／ａ （２）
ＲΔ≡Δ１／Δ （３）
と定義する。
【００２９】
図６は、実施例１において、所望の実効遮断波長条件および所望のクロストーク条件を満たす、第２コア領域までのコア半径（Core radius）ａと第１コア領域の比屈折率差（Relative index difference）Δの関係について示す図面である。ここで、実効遮断波長は1260ｎｍ以下、クロストークはコア中心間距離Λが30μｍの時、10ｋｍ伝送後に波長1550ｎｍで−30ｄＢ以下とした。図中の破線で囲まれる領域で所望の実効遮断波長特性とクロストーク特性とを同時に満たすことが可能となる。尚、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径（２Ｗ）特性を示す。
【００３０】
図６から、コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.40〜0.75％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を6.0μｍ以上に設定できることが分かる。またより好ましくは、コア半径ａを5.8〜9.6μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を6.5μｍ以上に設定できることが分かる。
【００３１】
図７は、実施例１において図６に示した関係を満たす、半径方向の比率Ｒａおよび屈折率方向の比率ＲΔの構造条件を示す図面である。図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が5.5、6.0および6.5μｍとなる条件範囲（但し、5.5μｍについては範囲を示す一方の線のみ）を示している。
【００３２】
図７から、Ｒａを0.34〜0.67、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲で設定することにより、所望の実効遮断波長特性と、クロストーク特性とを満たし、かつ波長1310ｎｍで6.0μｍ以上のモードフィールド径を実現できることが分かる。また更に好ましくは、Ｒａを0.36〜0.54、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲で設定することにより、波長1310ｎｍで6.5μｍ以上のモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３３】
従って、図６および図７より、図５に示した屈折率分布を有する実施例１の光ファイバにおいて、コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲、比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲、Ｒａを0.43〜0.54の範囲、ＲΔを−0.1〜−0.7の範囲にそれぞれ設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで6.5μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００３４】
＜実施例２＞
図８は、実施例２で用いた光ファイバのコア部の断面構造（屈折率分布）を示す図面である。実施例２におけるコア部１２は、クラッド部１１に対する比屈折率差がΔで半径がａ１である第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部１１と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２である第２コア領域と、前記クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａである第３コア領域とで形成される。
【００３５】
ここで、半径方向の前記パラメータの比率Ｒａ１およびＲａ２、屈折率方向の前記パラメータの比率ＲΔを、
Ｒａ１≡ａ１／ａ （４）
Ｒａ２≡ａ２／ａ （５）
ＲΔ≡Δ１／Δ （６）
と定義する。
【００３６】
図９は、実施例２において、コア半径（Core radius）ａと比屈折率差（Relative index difference）Δの構造条件を示す図面である。図中の破線で囲まれる領域でコア半径ａおよび比屈折率差Δを設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長を実現し、かつコア中心間距離30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。また、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が７、８および９μｍとなる構造条件を表している。
【００３７】
図９より、コア半径ａを4.5〜9.9μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.3〜0.6％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を７μｍ以上にできることが分かる。また、コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を８μｍ以上に拡大できることが分かる。
【００３８】
図１０は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１０より、Ｒａ１を0.36〜0.86の範囲とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００３９】
図１１は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１１より、Ｒａ２を0.52以上とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。尚、Ｒａ２が0.90より大となる場合、図９に示したように実施例２におけるコア半径ａは最大でも9.9μｍであるので、第３コア領域の半径方向の厚みは１μｍ未満に減少し、製造上の困難性が増大する。このため、Ｒａ２は0.90以下に設定されることが好ましい。
【００４０】
図１２は、実施例２において、前記図９に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１２より、ＲΔを−0.33以下とすることにより、波長1310ｎｍで８μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。尚、ＲΔを−１より小さな領域に設定する場合、図９からΔ１は−0.47％以下にまで低減する必要が生じる。クラッド部１１よりも小さな屈折率を実現するためには、例えばフッ素などの添加物を用いることが一般的であるが、添加量の増大とともに伝送損失も増加する傾向にあり、また製造上の困難性も増大する。このため、ＲΔはΔ１が−0.5％未満となる−１以上に設定されることが好ましい。
【００４１】
従って、図９、１０、１１、および１２より、図８に示した屈折率分布を有する実施例２の光ファイバにおいて、コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲、比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲、Ｒａ１を0.36〜0.86の範囲、Ｒａ２を0.52〜0.90の範囲、ＲΔを−0.33〜−1.00の範囲にそれぞれ設定することにより、1260ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで8.0μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００４２】
＜実施例３＞
実施例３では、実施例２の図８に示した屈折率分布を有する本発明の光ファイバにおいて、実効遮断波長を800ｎｍ以下に低減する技術について説明する。ここで、従来の多モード光ファイバを用いた光通信システムでは、波長800ｎｍ帯を信号光として適用することが一般的である。このため、当該波長において単一モード伝送を可能とする光ファイバを実現することにより、モード雑音の累積を著しく低減することが可能となり、好ましい。
【００４３】
図１３に、実施例３において、コア半径（Core radius）ａと比屈折率差（Relative index difference）Δの構造条件を示す。図中の破線で囲まれる領域でコア半径ａ及び比屈折率差Δを設定することにより、800ｎｍ以下の実効遮断波長を実現し、かつコア中心間距離30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。また、図中の実線は波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径が６μｍ、７μｍとなる構造条件を表している。
【００４４】
図１３より、コア半径ａを4.0〜9.4μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.49％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を６μｍ以上にできることが分かる。また、コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲で、かつ比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲に設定することにより、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径を７μｍ以上に拡大できることが分かる。
【００４５】
図１４は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ１と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１４より、Ｒａ１を0.20〜0.57の範囲とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４６】
図１５は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、半径方向の比率Ｒａ２と最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１５より、Ｒａ２を0.40〜0.56とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４７】
図１６は、図１３に示したコア半径と比屈折率差の条件を満たす、屈折率方向の比率ＲΔと最大モードフィールド径との関係を表す図面である。図１６より、ＲΔを−0.61〜−1.00とすることにより、波長1310ｎｍで７μｍ以上となるモードフィールド径特性を実現できることが分かる。
【００４８】
従って、図１３、１４、１５、および１６より、図８に示した屈折率分布を有する実施例３の光ファイバにおいて、コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲、比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲、Ｒａ１を0.20〜0.57の範囲、Ｒａ２を0.40〜0.56の範囲、ＲΔを−0.61〜−1.00の範囲にそれぞれ設定することにより、800ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1310ｎｍで7.0μｍ以上となるモードフィールド径特性とを有し、かつコア間距離Λが30μｍで波長1550ｎｍにおける10ｋｍ伝送後のクロストークを−30ｄＢ以下とすることが可能となる。
【００４９】
＜実施例４＞
実施例４では、実施例１、２、および３で説明した４コア光ファイバに関し、各コア部の伝送特性を阻害することなく、曲げ損失特性を改善する技術について説明する。
【００５０】
図１７に、実施例４における４コア光ファイバ（伝送路）の断面構造の概念図を示す。実施例４における４コア光ファイバは、図１７（ａ）に示すようにクラッド部１１の中心からの半径が、コア間距離Λの（２）1/2／２倍にｘμｍを加えた長さである円周に外接するように配置された、クラッド部１１よりも低い屈折率を有し厚みがｚμｍである環状の低屈折領域１３、もしくは図１７（ｂ）に示すように前記円周に外接するように等間隔に配置された、直径がｚμｍで少なくとも10個以上の空孔部１４を有する。
【００５１】
これにより、各コア部の電界分布を低屈折率領域１３、もしくは空孔部１４の内側に閉じ込めることが可能となり、曲げ付与に伴う伝送損失の増加を低減することが可能となる。
【００５２】
ここで、上記ｘは、小さすぎると各コア部の伝送特性を劣化させ、大きすぎると十分な閉じ込め効果を得ることが困難となる。このため、ｘはモードフィールド径の1.0倍〜1.5倍に、即ち８〜12μｍに設定されることが好ましい。また、環状の低屈折領域１３を設定する場合、当該領域のクラッド部１１に対する比屈折率差は概ね−0.2％以下とすれば十分な閉じ込め効果を得ることが可能となる。また更に、上述の厚みｚは概ね波長と同等のオーダー以上、即ち１μｍ以上であれば良い。但し、ｚが大きすぎる場合には高次モードに対する閉じ込め効果も増大するため、ｚは概ね５μｍ程度であることが好ましい。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の並列光伝送システムおよび光ファイバによれば、多モード光ファイバ用の汎用的な入力素子および出力素子を用い、かつモード雑音および伝送路長の偏差に起因する伝送特性劣化を低減した並列光伝送システムを構築することが可能となる。
【００５４】
また、本発明の並列光伝送システムでは、単一モード光ファイバを伝送路に用い、入力素子もしくは入力素子および出力素子の端面を25μｍの直径または一辺の長さを有する４つの端面に分割し、各端面を単一モード素子に置換可能できることとしたため、同一の光ファイバを用いたまま、より高速・長距離の並列光伝送システムを構築することも可能となる。
【符号の説明】
【００５５】
１：光ファイバ（光ファイバ伝送路）、２：送信機、３：受信機、１１：クラッド部、１２：コア部、１３：低屈折率領域、１４：空孔部、２１，２１ａ：入力素子、３１，３１ａ：出力素子。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００５６】
【非特許文献１】"109-Tb/s (7x97x172-Gb/s SDM/WDM/PDM) QPSK transmission through 16.8-km homogeneous multi-core fiber", J. Sakaguchi, et al., in Proc. OFC'11, PDPB6 (2011).
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括で行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項２】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括で行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項３】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域を含む半径がａの第２コア領域とを有し、
前記コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲、前記半径の比Ｒａ＝ａ１／ａを0.43〜0.54の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.1〜−0.7の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２の第２コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａの第３コア領域とを有し、
前記コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲、前記半径の比Ｒａ１＝ａ１／ａを0.36〜0.86の範囲、前記半径の比Ｒａ２＝ａ２／ａを0.52〜0.90の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.33〜−1.00の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２の第２コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａの第３コア領域とを有し、
前記コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲、前記半径の比Ｒａ１＝ａ１／ａを0.20〜0.57の範囲、前記半径の比Ｒａ２＝ａ２／ａを0.40〜0.56の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.61〜−1.00の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の４コア光ファイバにおいて、
クラッド部の中心からの半径がコア間距離Λの（２）1/2／２倍に８〜12μｍを加えた長さである円周に外接するように配置された、クラッド部に対する比屈折率差が−0.2％以下で厚みが１〜５μｍの環状の低屈折領域、もしくは前記円周に外接するように等間隔に配置された、直径が１〜５μｍで少なくとも10個以上の空孔部を有する
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項１】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括で行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項２】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が50μｍ以上の直径または一辺の長さを有する端面を介して４コア一括で行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項３】
直径が125±１μｍで屈折率が均一なクラッド内に４個のコア部を中心間距離が30μｍ以下の等間隔となるように正方格子状に配列した断面構造を有する４コア光ファイバと、
波長800ｎｍもしくは波長1260〜1625ｎｍの変調信号光を生成して前記４コア光ファイバに入力する送信機と、
前記４コア光ファイバから出力される前記変調信号光を受光して復調する受信機とにより構成され、
前記送信機から前記４コア光ファイバへの入力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われ、かつ前記４コア光ファイバから前記受信機への出力が25μｍ以下の直径または一辺の長さを有し、それぞれが正方格子状に密接して配列された４個の端面を介して４コア個別に行われる
ことを特徴とする並列光伝送システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域を含む半径がａの第２コア領域とを有し、
前記コア半径ａを4.0〜9.6μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.40〜0.63％の範囲、前記半径の比Ｒａ＝ａ１／ａを0.43〜0.54の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.1〜−0.7の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２の第２コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａの第３コア領域とを有し、
前記コア半径ａを5.4〜9.9μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.30〜0.47％の範囲、前記半径の比Ｒａ１＝ａ１／ａを0.36〜0.86の範囲、前記半径の比Ｒａ２＝ａ２／ａを0.52〜0.90の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.33〜−1.00の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の並列光伝送システムに用いる４コア光ファイバであって、
各コア部は、クラッド部に対する比屈折率差がΔで半径がａ１の第１コア領域と、屈折率が前記クラッド部と同一で前記第１コア領域を含む半径がａ２の第２コア領域と、クラッド部に対する比屈折率差がΔ１で前記第１コア領域および第２コア領域を含む半径がａの第３コア領域とを有し、
前記コア半径ａを4.8〜9.4μｍの範囲、前記比屈折率差Δを0.30〜0.42％の範囲、前記半径の比Ｒａ１＝ａ１／ａを0.20〜0.57の範囲、前記半径の比Ｒａ２＝ａ２／ａを0.40〜0.56の範囲、前記比屈折率差の比ＲΔ＝Δ１／Δを−0.61〜−1.00の範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の４コア光ファイバにおいて、
クラッド部の中心からの半径がコア間距離Λの（２）1/2／２倍に８〜12μｍを加えた長さである円周に外接するように配置された、クラッド部に対する比屈折率差が−0.2％以下で厚みが１〜５μｍの環状の低屈折領域、もしくは前記円周に外接するように等間隔に配置された、直径が１〜５μｍで少なくとも10個以上の空孔部を有する
ことを特徴とする４コア光ファイバ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−９７１７３（Ｐ２０１３−９７１７３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４００２４（Ｐ２０１１−２４００２４）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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