４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブル
【課題】光ファイバ断面内における空孔数の増大やコアの屈折率分布の多層化を抑制しつつ、隣接コア間のクロストーク特性の改善を可能とする４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルを提供すること。
【解決手段】クラッド部１断面内に４個のコア部２を正方格子状または直線状に配置し、前記クラッド部１断面内の隣接する各コア部２間の中央に、各コア部２の実効断面積の低減が１％未満となる断面積およびクラッド部１の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率領域３を配置することにより、光ファイバ断面内における空孔数の増大やコア部の屈折率分布の多層化を行うことなく、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減する。
【解決手段】クラッド部１断面内に４個のコア部２を正方格子状または直線状に配置し、前記クラッド部１断面内の隣接する各コア部２間の中央に、各コア部２の実効断面積の低減が１％未満となる断面積およびクラッド部１の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率領域３を配置することにより、光ファイバ断面内における空孔数の増大やコア部の屈折率分布の多層化を行うことなく、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減する。
【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に供する、単一モード光ファイバおよび光ケーブルに関する。
【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。このため、様々な多重化技術を用いることにより、光ファイバ１心当たりの伝送容量を拡大する検討が盛んに行われている。また、アクセスネットワークやデータセンタ等における光通信設備の増大も問題となっており、大量の光ファイバを効率良く処理する技術についても重要性が高まりつつある。
【０００３】
このような背景を踏まえ、同一のクラッド断面内に複数のコアを配置することにより、光ファイバ１心当たりの空間多重効率を向上させる多コア光ファイバ技術が提案されている（非特許文献１、２参照）。
【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、前述した多コア光ファイバ技術では、隣接するコア間のクロストークの累積による伝送品質の劣化が問題となる。このため、非特許文献１では、多数の空孔を配置してコア部を形成することにより、また、非特許文献２では、各コアの屈折率分布を多層化することによりクロストーク特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、これらの先行技術では、光ファイバの断面構造、もしくは屈折率分布が複雑化する傾向となり、製造上の困難性が増大するといった課題があった。
【０００５】
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、光ファイバ断面内における空孔数の増大や、コアの屈折率分布の多層化を抑制しつつ、隣接コア間のクロストーク特性の改善を可能とする４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の４芯単一モード光ファイバでは、同一のクラッド部断面内に４個のコア部を正方格子状または直線状に配置し、前記クラッド部断面内の隣接する各コア部間の中央に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置することにより、前記課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、隣接するコア部間に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置したため、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減できるといった効果を奏する。
【０００８】
また、光ファイバ断面内における空孔数の増大やコア部の屈折率分布の多層化を行うことなく、上述のクロストーク特性の改善を可能としたため、光ファイバの製造性を飛躍的に向上できるといった効果も奏する。
【０００９】
また、隣接するコア間のクロストーク特性の改善を可能としたため、限られた断面内におけるコアの多重効率も向上できるといった効果も奏する。
【００１０】
また、本発明の４芯単一モード光ファイバにおけるクロストークの低減技術では、低屈折率領域のコア部の直径に対する比率を、各コア部の実効断面積の低減が１％未満となるように設定するため、各コア部を伝搬可能な光強度の減少や、光ファイバ同士の接続特性の劣化も回避できるといった効果も奏する。
【００１１】
更に、本発明の４芯単一モード光ファイバにおけるクロストークの低減技術は、各コア中心に対する断面内の電界分布の非対称性を生じないように適用することが可能である。具体的には、各コア中心に対し、その同心円状の位置に３個または４個の低屈折率領域を等間隔に配置することにより、各コアの電界分布のコア中心に対する対称性を保持することが可能であるため、高速・長距離伝送で問題となる偏波モード分散の累積を低減するといった効果も奏する。
【００１２】
加えて、本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、コア間距離Λおよび最小クラッド厚ｒの構造条件を、コアの規格化周波数Ｖおよびモードフィールド径の関係から導出することにより、任意の屈折率分布を有するコアを用いた４芯単一モード光ファイバに対しても適用できるといった効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の４芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。
【図２】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、規格化電力結合係数の低屈折率領域の規格化屈折率に対する依存性を示す図面である。
【図３】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、規格化電力結合係数の低屈折率領域の規格化直径に対する依存性を、規格化屈折率を関数として示す図面である。
【図４】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける最小クラッド厚ｒを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図５】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける最小クラッド厚ｒを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図６】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図７】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図８】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図９】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図１０】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、実効断面積の相対変化の規格化屈折率に対する依存性を、低屈折率領域の規格化直径を関数として示す図面である。
【図１１】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を３個とした場合の断面構造を示す概念図である。
【図１２】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を４個とした場合の断面構造を示す概念図である。
【図１３】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を４個とした場合の別の断面構造を示す概念図である。
【図１４】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、クラッド構造を非円の長方形構造とした場合の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】
【００１４】
以下、本発明の４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の４芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の４芯単一モード光ファイバは、屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部１と、前記屈折率ｎcladよりも大きな屈折率を有する４個のコア部２と、隣接するコア部２の中央に配置された屈折率がｎpitで直径がｄである３個または４個の低屈折率領域３とを有する。
【００１６】
ここで、前記各コア部２は前記クラッド部１断面内にコア中心間の距離がΛとなるよう等間隔に正方格子状（図１（ａ））または直線状（図１（ｂ））に配置され、前記コア部２の中心から前記クラッド部１の外周までの最小距離を最小クラッド厚ｒとして定義する。また、前記クラッド部１の屈折率ｎcladは、前記低屈折率領域３の屈折率ｎpitよりも大きい。
【００１７】
尚、本発明の実施の形態では同一クラッド内のコア数を４個に限定して説明するが、同一クラッド内に包含するコアの数は、後述するコア間距離Λ、最小クラッド厚ｒ、およびコア部の規格化周波数Ｖの３構造条件を満たしていれば、任意の数として設定することが可能である。
【００１８】
また図１では、一例として前記低屈折率領域３が円形である場合を図示しているが、低屈折率領域３では後述する断面積条件が満たされていれば良く、楕円、正方形、長方形など、任意の形状を設定することが可能である。尚、以下の実施の形態では、本発明の４芯単一モード光ファイバのコア部２は、直径が２ａで、前記クラッド部１に対する比屈折率差がΔのステップ型の屈折率分布を有するものと仮定する。
【００１９】
図２は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、コア部２の半径ａを４μｍ、コア部２のクラッド部１に対する比屈折率差Δを0.32％、コア間距離Λを30μｍ、低屈折率領域３の直径をｄ＝ａとしたときに、波長1550ｎｍにおける規格化電力結合係数の低屈折率領域３の規格化屈折率ｎpit／ｎcladに対する依存性について示した図面である。ここで、電力結合係数は隣接するコア間における電力結合の度合いを表す係数であり、図２の縦軸は低屈折率領域３が存在しない場合の係数で規格化した数値を示す。
【００２０】
図２から、規格化屈折率を0.995以下とすることにより、規格化電力結合係数を0.5以下に低減できることが分かる。また、低屈折率領域３が空気となる場合、規格化屈折率は約0.692となる。従って、図２から、規格化電力結合係数は約12％まで低減できることが分かる。
【００２１】
図３は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、規格化電力結合係数の低屈折率領域３の規格化直径ｄ／２ａに対する依存性を、規格化屈折率を関数として示した図面である。尚、縦軸の規格化電力結合係数は波長1550ｎｍにおける計算結果を示し、コア部２の半径ａ、コア部２の比屈折率差Δ、およびコア間距離Λは、それぞれ図２と同様の４μｍ、0.32％、および30μｍとした。図中の実線および一点鎖線は、それぞれ低屈折率領域３の規格化屈折率が0.995および0.692の場合の結果を示す。
【００２２】
図３から、規格化屈折率が0.995である場合、規格化直径を0.60以上とすることにより規格化電力結合係数を0.5以下に低減できることが分かる。同様に、規格化屈折率が0.692の場合、規格化直径を0.12以上に設定することにより、規格化電力結合係数を0.5以下に低減でき、また、規格化直径を0.54以上に設定することにより、規格化電力結合係数を0.1以下に低減できることが分かる。
【００２３】
ここで、電力結合係数の低下は、低屈折率領域３が各コア部２の電界分布の広がりを抑制し、隣接するコア部間における電界分布の重なり量が低減されたことに起因する。この、電界分布広がりの抑制効果は、低屈折率領域３のクラッド部１に対する屈折率の変化量を低屈折率領域３の全体に対して積分した係数に概ね比例する。従って、図２および図３に示した電力結合係数の低減効果を得るためには、同等の屈折率変化を同等の面積に亘って付与すれば良い。このため、本発明の４芯単一モード光ファイバにおける低屈折率領域３は、円形以外の任意の形状をとることが可能となる。
【００２４】
図４に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.001ｄＢ／ｋｍ以下とする最小クラッド厚ｒを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の４本の一点鎖線は、最小クラッド厚ｒが36〜48μｍとなる時の結果を示す。
【００２５】
尚、波長λにおける規格化周波数Ｖは、コアの半径ａおよび比屈折率差Δを用いて、
Ｖ≡（２πａ／λ）ｎcore（２Δ）1/2 (1)
で定義される。ここで、ｎcoreはコア部２の屈折率である。また、0.001ｄＢ／ｋｍの閉じ込め損失は、100ｋｍ伝送後の閉じ込め損失の累積量が0.1ｄＢ以下となることに相当する。
【００２６】
図４中の実線は波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍにおける曲げ損失が0.1ｄＢ／100巻きとなる条件を示し、実線より右側の領域で0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性が実現できる。また、図４中の破線は実効遮断波長が1260ｎｍとなる条件を示し、破線よりも左側の領域で1260ｎｍ以下の実効遮断波長が実現できる。尚、これらの曲げ損失特性および実効遮断波長特性は、従来の汎用単一モード光ファイバの規格値として、非特許文献３に推奨された値に等しい。
【００２７】
また、非特許文献３によれば、従来の汎用単一モード光ファイバの波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径の最小値は８μｍとして推奨されている。図４から波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００２８】
図５に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.001ｄＢ／ｋｍ以下とする最小クラッド厚ｒを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の３本の一点鎖線が、最小クラッド厚ｒが32〜40μｍとなる時の結果を示す。また、図中の実線および破線は、図４と同様にそれぞれ曲げ損失および実効遮断波長の条件を示す。但し、図５では実効遮断波長を1500ｎｍとして検討した。
【００２９】
図５から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００３０】
図６に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の６本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが42〜62μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.6とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図４と同様の特性条件を示している。
【００３１】
図６から、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小コア間距離Λを43〜58μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３２】
従って、図４および図６より、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍ、最小コア間距離Λを43〜58μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.6以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍのモードフィールド径が8.0〜11.0μｍとなる４芯単一モード光ファイバを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は133〜170μｍに、直線状の配列を用いる場合は201〜262μｍになる。
【００３３】
図７に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の５本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが36〜52μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.6とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図５と同様の特性条件を示している。
【００３４】
図７から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小コア間距離Λを38〜52μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ波長1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００３５】
従って、図５および図７より、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍ、最小コア間距離Λを38〜52μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.6以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ波長1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は120〜154μｍに、直線状の配列を用いる場合は180〜236μｍになる。
【００３６】
図８に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の５本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが40〜56μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.55とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図４と同様の特性条件を示している。
【００３７】
図８から、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小コア間距離Λを41〜56μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３８】
従って、図４および図８より、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍ、最小コア間距離Λを41〜56μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.55以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍのモードフィールド径が8.0〜11.0μｍとなる４芯単一モード光ファイバを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は130〜168μｍに、直線状の配列を用いる場合は195〜256μｍになる。
【００３９】
図９に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の４本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが36〜48μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.55とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図５と同様の特性条件を示している。
【００４０】
図９から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小コア間距離を36〜48μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００４１】
従って、図５および図９より、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍ、最小コア間距離Λを36〜48μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.55以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は117〜148μｍに、直線状の配列を用いる場合は174〜224μｍになる。
【００４２】
図１０に本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、実効断面積の相対変化の規格化屈折率に対する依存性を、低屈折率領域３の規格化直径を関数として示す。尚、計算波長は1550ｎｍで、縦軸の相対変化は低屈折率領域３が存在しない場合の実効断面積を基準として算出した。
【００４３】
図１０から、低屈折率領域３の付与に伴う実効断面積の縮小量は１％未満であり、十分小さな値であることが分かる。一般に、光ファイバ中を伝搬可能な光強度は当該光ファイバの実効断面積に比例して増加すると考えられる。また、光ファイバの接続損失は主に、光ファイバ中心軸の軸ずれ量と、モードフィールド径の不整合とによって生じることが知られている。本発明の４芯単一モード光ファイバでは、低屈折率領域３の付与に伴う実効断面積およびモードフィールド径の縮小はほとんど無視できるので、本発明の、４芯単一モード光ファイバにおける伝搬可能光強度の低下、および接続損失の劣化もほとんど無視できると考えられる。
【００４４】
図１１は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を３個とした場合の断面構造の概念図を示し、また、図１２および図１３は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を４個とした場合の断面構造を示すものである。
【００４５】
長距離・高速光伝送では、偏波モード分散の累積による伝送特性の劣化が問題となる。一般に、中心軸に対して対称性を有する光ファイバでは、光ファイバ断面内の応力歪みの増大による偏波モード分散の増加を低減することができる。従って、図１１乃至図１３に示したように、本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を、コア中心から同心円状に等間隔に３個または４個配置することにより、偏波モード分散の増加を抑圧した４芯単一モード光ファイバを実現することが可能となる。
【００４６】
図１４は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、クラッド構造を非円の長方形構造とした場合の断面構造を示すものである。これまでの実施の形態ではクラッド部１が直径Ｄの円形を有することとしたが、本実施の形態の４芯単一モード光ファイバは、上述のコア部２の規格化周波数Ｖ、コア間距離Λ、および最小クラッド厚ｒの全ての構造条件を満たしていれば実現することが可能である。
【００４７】
従って、図１４に示すように、例えば長方形のクラッド部１において、４個のコア部２をクラッド部１に直線状に配置し、前記長方形の長径がクラッド直径Ｄとなるように、前記長方形の短径が最小クラッド厚ｒの２倍以上となるようにすれば、これまでの実施の形の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
また、非特許文献４によれば、コア直径が２ａでコアの比屈折率差がΔであるステップ型コアの規格化周波数Ｖとモードフィールド径２Ｗは、
Ｗ／ａ＝0.65＋1.619Ｖ-1.5＋2.879Ｖ-6 (2)
により記述できることが開示されている。
【００４９】
また、非特許文献５によれば、上述のステップ型屈折率分布における規格化周波数Ｖは、任意の屈折率分布に対する拡張規格化周波数Ｔとして、
Ｔ2＝２（２π／λ）2∫｛ｎ2(r)−ｎ2(∞)｝ｒｄｒ (3)
に書き直せることが開示されている。
【００５０】
ここで、ｎ(r)は半径ｒの点における屈折率、ｎ(∞)はクラッドの屈折率を表す。従って、本発明の実施の形態に示した、モードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小コア間距離Λの関係、およびモードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小クラッド厚ｒの関係は、任意の屈折率分布を有するコア部２に対しても適用することが可能である。
【００５１】
以上に説明したように、本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、隣接するコア間に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置したことにより、長距離・高速光伝送に好適な伝送特性および接続特性を保持したまま、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１：クラッド部、２：コア部、３：低屈折率領域。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００５３】
【非特許文献１】"Multi-core holey fibers for the long-distance (>100km) ultra large capacity transmission", K. Imamura, et al., in Proc. OFC'09, OTuC3 (2009).
【非特許文献２】"Length Dependence of Cutoff Wavelength of Trench-Assisted Multi-Core Fiber", Y. Arakawa, et al., in Proc. OECC'11, 6C2-5 (2011).
【非特許文献３】"Characteristics of a single-mode optical fibre and cable", ITU-T, Recommendation G.652.
【非特許文献４】"Loss analysis of single-mode fiber splices", D. Marcuse, Bell Sys. Tech. J, vol. 56, no. 5, p. 703 (1976).
【非特許文献５】"光ファイバとファイバ形デバイス", 川上, 他, 培風館, (1996).
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一モード光通信に供する、単一モード光ファイバおよび光ケーブルに関する。
【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。このため、様々な多重化技術を用いることにより、光ファイバ１心当たりの伝送容量を拡大する検討が盛んに行われている。また、アクセスネットワークやデータセンタ等における光通信設備の増大も問題となっており、大量の光ファイバを効率良く処理する技術についても重要性が高まりつつある。
【０００３】
このような背景を踏まえ、同一のクラッド断面内に複数のコアを配置することにより、光ファイバ１心当たりの空間多重効率を向上させる多コア光ファイバ技術が提案されている（非特許文献１、２参照）。
【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、前述した多コア光ファイバ技術では、隣接するコア間のクロストークの累積による伝送品質の劣化が問題となる。このため、非特許文献１では、多数の空孔を配置してコア部を形成することにより、また、非特許文献２では、各コアの屈折率分布を多層化することによりクロストーク特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、これらの先行技術では、光ファイバの断面構造、もしくは屈折率分布が複雑化する傾向となり、製造上の困難性が増大するといった課題があった。
【０００５】
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、光ファイバ断面内における空孔数の増大や、コアの屈折率分布の多層化を抑制しつつ、隣接コア間のクロストーク特性の改善を可能とする４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の４芯単一モード光ファイバでは、同一のクラッド部断面内に４個のコア部を正方格子状または直線状に配置し、前記クラッド部断面内の隣接する各コア部間の中央に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置することにより、前記課題を解決するための手段としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、隣接するコア部間に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置したため、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減できるといった効果を奏する。
【０００８】
また、光ファイバ断面内における空孔数の増大やコア部の屈折率分布の多層化を行うことなく、上述のクロストーク特性の改善を可能としたため、光ファイバの製造性を飛躍的に向上できるといった効果も奏する。
【０００９】
また、隣接するコア間のクロストーク特性の改善を可能としたため、限られた断面内におけるコアの多重効率も向上できるといった効果も奏する。
【００１０】
また、本発明の４芯単一モード光ファイバにおけるクロストークの低減技術では、低屈折率領域のコア部の直径に対する比率を、各コア部の実効断面積の低減が１％未満となるように設定するため、各コア部を伝搬可能な光強度の減少や、光ファイバ同士の接続特性の劣化も回避できるといった効果も奏する。
【００１１】
更に、本発明の４芯単一モード光ファイバにおけるクロストークの低減技術は、各コア中心に対する断面内の電界分布の非対称性を生じないように適用することが可能である。具体的には、各コア中心に対し、その同心円状の位置に３個または４個の低屈折率領域を等間隔に配置することにより、各コアの電界分布のコア中心に対する対称性を保持することが可能であるため、高速・長距離伝送で問題となる偏波モード分散の累積を低減するといった効果も奏する。
【００１２】
加えて、本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、コア間距離Λおよび最小クラッド厚ｒの構造条件を、コアの規格化周波数Ｖおよびモードフィールド径の関係から導出することにより、任意の屈折率分布を有するコアを用いた４芯単一モード光ファイバに対しても適用できるといった効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の４芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。
【図２】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、規格化電力結合係数の低屈折率領域の規格化屈折率に対する依存性を示す図面である。
【図３】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、規格化電力結合係数の低屈折率領域の規格化直径に対する依存性を、規格化屈折率を関数として示す図面である。
【図４】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける最小クラッド厚ｒを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図５】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける最小クラッド厚ｒを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図６】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図７】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図８】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図９】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として記述した図面である。
【図１０】本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、実効断面積の相対変化の規格化屈折率に対する依存性を、低屈折率領域の規格化直径を関数として示す図面である。
【図１１】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を３個とした場合の断面構造を示す概念図である。
【図１２】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を４個とした場合の断面構造を示す概念図である。
【図１３】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部の外周に配置される低屈折率領域を４個とした場合の別の断面構造を示す概念図である。
【図１４】本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、クラッド構造を非円の長方形構造とした場合の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】
【００１４】
以下、本発明の４芯単一モード光ファイバおよび光ケーブルの実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１５】
図１は本発明の４芯単一モード光ファイバの断面構造を示す概念図である。本発明の４芯単一モード光ファイバは、屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部１と、前記屈折率ｎcladよりも大きな屈折率を有する４個のコア部２と、隣接するコア部２の中央に配置された屈折率がｎpitで直径がｄである３個または４個の低屈折率領域３とを有する。
【００１６】
ここで、前記各コア部２は前記クラッド部１断面内にコア中心間の距離がΛとなるよう等間隔に正方格子状（図１（ａ））または直線状（図１（ｂ））に配置され、前記コア部２の中心から前記クラッド部１の外周までの最小距離を最小クラッド厚ｒとして定義する。また、前記クラッド部１の屈折率ｎcladは、前記低屈折率領域３の屈折率ｎpitよりも大きい。
【００１７】
尚、本発明の実施の形態では同一クラッド内のコア数を４個に限定して説明するが、同一クラッド内に包含するコアの数は、後述するコア間距離Λ、最小クラッド厚ｒ、およびコア部の規格化周波数Ｖの３構造条件を満たしていれば、任意の数として設定することが可能である。
【００１８】
また図１では、一例として前記低屈折率領域３が円形である場合を図示しているが、低屈折率領域３では後述する断面積条件が満たされていれば良く、楕円、正方形、長方形など、任意の形状を設定することが可能である。尚、以下の実施の形態では、本発明の４芯単一モード光ファイバのコア部２は、直径が２ａで、前記クラッド部１に対する比屈折率差がΔのステップ型の屈折率分布を有するものと仮定する。
【００１９】
図２は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、コア部２の半径ａを４μｍ、コア部２のクラッド部１に対する比屈折率差Δを0.32％、コア間距離Λを30μｍ、低屈折率領域３の直径をｄ＝ａとしたときに、波長1550ｎｍにおける規格化電力結合係数の低屈折率領域３の規格化屈折率ｎpit／ｎcladに対する依存性について示した図面である。ここで、電力結合係数は隣接するコア間における電力結合の度合いを表す係数であり、図２の縦軸は低屈折率領域３が存在しない場合の係数で規格化した数値を示す。
【００２０】
図２から、規格化屈折率を0.995以下とすることにより、規格化電力結合係数を0.5以下に低減できることが分かる。また、低屈折率領域３が空気となる場合、規格化屈折率は約0.692となる。従って、図２から、規格化電力結合係数は約12％まで低減できることが分かる。
【００２１】
図３は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、規格化電力結合係数の低屈折率領域３の規格化直径ｄ／２ａに対する依存性を、規格化屈折率を関数として示した図面である。尚、縦軸の規格化電力結合係数は波長1550ｎｍにおける計算結果を示し、コア部２の半径ａ、コア部２の比屈折率差Δ、およびコア間距離Λは、それぞれ図２と同様の４μｍ、0.32％、および30μｍとした。図中の実線および一点鎖線は、それぞれ低屈折率領域３の規格化屈折率が0.995および0.692の場合の結果を示す。
【００２２】
図３から、規格化屈折率が0.995である場合、規格化直径を0.60以上とすることにより規格化電力結合係数を0.5以下に低減できることが分かる。同様に、規格化屈折率が0.692の場合、規格化直径を0.12以上に設定することにより、規格化電力結合係数を0.5以下に低減でき、また、規格化直径を0.54以上に設定することにより、規格化電力結合係数を0.1以下に低減できることが分かる。
【００２３】
ここで、電力結合係数の低下は、低屈折率領域３が各コア部２の電界分布の広がりを抑制し、隣接するコア部間における電界分布の重なり量が低減されたことに起因する。この、電界分布広がりの抑制効果は、低屈折率領域３のクラッド部１に対する屈折率の変化量を低屈折率領域３の全体に対して積分した係数に概ね比例する。従って、図２および図３に示した電力結合係数の低減効果を得るためには、同等の屈折率変化を同等の面積に亘って付与すれば良い。このため、本発明の４芯単一モード光ファイバにおける低屈折率領域３は、円形以外の任意の形状をとることが可能となる。
【００２４】
図４に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.001ｄＢ／ｋｍ以下とする最小クラッド厚ｒを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の４本の一点鎖線は、最小クラッド厚ｒが36〜48μｍとなる時の結果を示す。
【００２５】
尚、波長λにおける規格化周波数Ｖは、コアの半径ａおよび比屈折率差Δを用いて、
Ｖ≡（２πａ／λ）ｎcore（２Δ）1/2 (1)
で定義される。ここで、ｎcoreはコア部２の屈折率である。また、0.001ｄＢ／ｋｍの閉じ込め損失は、100ｋｍ伝送後の閉じ込め損失の累積量が0.1ｄＢ以下となることに相当する。
【００２６】
図４中の実線は波長1625ｎｍ、曲げ半径30ｍｍにおける曲げ損失が0.1ｄＢ／100巻きとなる条件を示し、実線より右側の領域で0.1ｄＢ／100巻き以下の曲げ損失特性が実現できる。また、図４中の破線は実効遮断波長が1260ｎｍとなる条件を示し、破線よりも左側の領域で1260ｎｍ以下の実効遮断波長が実現できる。尚、これらの曲げ損失特性および実効遮断波長特性は、従来の汎用単一モード光ファイバの規格値として、非特許文献３に推奨された値に等しい。
【００２７】
また、非特許文献３によれば、従来の汎用単一モード光ファイバの波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径の最小値は８μｍとして推奨されている。図４から波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００２８】
図５に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、波長1625ｎｍにおける閉じ込め損失を0.001ｄＢ／ｋｍ以下とする最小クラッド厚ｒを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の３本の一点鎖線が、最小クラッド厚ｒが32〜40μｍとなる時の結果を示す。また、図中の実線および破線は、図４と同様にそれぞれ曲げ損失および実効遮断波長の条件を示す。但し、図５では実効遮断波長を1500ｎｍとして検討した。
【００２９】
図５から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００３０】
図６に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の６本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが42〜62μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.6とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図４と同様の特性条件を示している。
【００３１】
図６から、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小コア間距離Λを43〜58μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３２】
従って、図４および図６より、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍ、最小コア間距離Λを43〜58μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.6以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍのモードフィールド径が8.0〜11.0μｍとなる４芯単一モード光ファイバを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は133〜170μｍに、直線状の配列を用いる場合は201〜262μｍになる。
【００３３】
図７に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の５本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが36〜52μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.6とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図５と同様の特性条件を示している。
【００３４】
図７から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小コア間距離Λを38〜52μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ波長1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００３５】
従って、図５および図７より、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍ、最小コア間距離Λを38〜52μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.995以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.6以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ波長1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は120〜154μｍに、直線状の配列を用いる場合は180〜236μｍになる。
【００３６】
図８に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1310ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の５本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが40〜56μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.55とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図４と同様の特性条件を示している。
【００３７】
図８から、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲に、最小コア間距離Λを41〜56μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍで8.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径を実現できることが分かる。
【００３８】
従って、図４および図８より、波長1310ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.73、最小クラッド厚ｒを36〜44μｍ、最小コア間距離Λを41〜56μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.55以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性および実効遮断波長特性を実現し、かつ波長1310ｎｍのモードフィールド径が8.0〜11.0μｍとなる４芯単一モード光ファイバを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は130〜168μｍに、直線状の配列を用いる場合は195〜256μｍになる。
【００３９】
図９に本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692とした場合の最小コア間距離Λを、波長1550ｎｍにおけるモードフィールド径および規格化周波数Ｖの関数として示す。図中の４本の一点鎖線は、最小コア間距離Λが36〜48μｍとなる時の結果を示す。尚、低屈折率領域３の規格化直径は0.55とし、本実施の形態では100ｋｍ伝送後のクロストークが−30ｄＢとなる条件として最小コア間距離Λを導出した。図中の実線および破線は、それぞれ曲げ損失特性および実効遮断波長特性であり、図５と同様の特性条件を示している。
【００４０】
図９から、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲に、最小コア間距離を36〜48μｍの範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。
【００４１】
従って、図５および図９より、波長1550ｎｍにおける規格化周波数Ｖを2.00〜2.66、最小クラッド厚ｒを33〜40μｍ、最小コア間距離Λを36〜48μｍ、低屈折率領域３の規格化屈折率を0.692以下、低屈折率領域３の規格化直径を0.55以上の範囲に設定することにより、従来の汎用単一モード光ファイバと同等の曲げ損失特性を実現し、かつ1500ｎｍ以下の実効遮断波長特性と、波長1550ｎｍで9.0〜11.0μｍとなるモードフィールド径とを実現できることが分かる。また、この時のクラッド外径Ｄは、正方格子状の配列を用いる場合は117〜148μｍに、直線状の配列を用いる場合は174〜224μｍになる。
【００４２】
図１０に本発明の４芯単一モード光ファイバにおける、実効断面積の相対変化の規格化屈折率に対する依存性を、低屈折率領域３の規格化直径を関数として示す。尚、計算波長は1550ｎｍで、縦軸の相対変化は低屈折率領域３が存在しない場合の実効断面積を基準として算出した。
【００４３】
図１０から、低屈折率領域３の付与に伴う実効断面積の縮小量は１％未満であり、十分小さな値であることが分かる。一般に、光ファイバ中を伝搬可能な光強度は当該光ファイバの実効断面積に比例して増加すると考えられる。また、光ファイバの接続損失は主に、光ファイバ中心軸の軸ずれ量と、モードフィールド径の不整合とによって生じることが知られている。本発明の４芯単一モード光ファイバでは、低屈折率領域３の付与に伴う実効断面積およびモードフィールド径の縮小はほとんど無視できるので、本発明の、４芯単一モード光ファイバにおける伝搬可能光強度の低下、および接続損失の劣化もほとんど無視できると考えられる。
【００４４】
図１１は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を３個とした場合の断面構造の概念図を示し、また、図１２および図１３は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を４個とした場合の断面構造を示すものである。
【００４５】
長距離・高速光伝送では、偏波モード分散の累積による伝送特性の劣化が問題となる。一般に、中心軸に対して対称性を有する光ファイバでは、光ファイバ断面内の応力歪みの増大による偏波モード分散の増加を低減することができる。従って、図１１乃至図１３に示したように、本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、各コア部２の外周に配置される低屈折率領域３を、コア中心から同心円状に等間隔に３個または４個配置することにより、偏波モード分散の増加を抑圧した４芯単一モード光ファイバを実現することが可能となる。
【００４６】
図１４は本発明の４芯単一モード光ファイバにおいて、クラッド構造を非円の長方形構造とした場合の断面構造を示すものである。これまでの実施の形態ではクラッド部１が直径Ｄの円形を有することとしたが、本実施の形態の４芯単一モード光ファイバは、上述のコア部２の規格化周波数Ｖ、コア間距離Λ、および最小クラッド厚ｒの全ての構造条件を満たしていれば実現することが可能である。
【００４７】
従って、図１４に示すように、例えば長方形のクラッド部１において、４個のコア部２をクラッド部１に直線状に配置し、前記長方形の長径がクラッド直径Ｄとなるように、前記長方形の短径が最小クラッド厚ｒの２倍以上となるようにすれば、これまでの実施の形の場合と同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
また、非特許文献４によれば、コア直径が２ａでコアの比屈折率差がΔであるステップ型コアの規格化周波数Ｖとモードフィールド径２Ｗは、
Ｗ／ａ＝0.65＋1.619Ｖ-1.5＋2.879Ｖ-6 (2)
により記述できることが開示されている。
【００４９】
また、非特許文献５によれば、上述のステップ型屈折率分布における規格化周波数Ｖは、任意の屈折率分布に対する拡張規格化周波数Ｔとして、
Ｔ2＝２（２π／λ）2∫｛ｎ2(r)−ｎ2(∞)｝ｒｄｒ (3)
に書き直せることが開示されている。
【００５０】
ここで、ｎ(r)は半径ｒの点における屈折率、ｎ(∞)はクラッドの屈折率を表す。従って、本発明の実施の形態に示した、モードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小コア間距離Λの関係、およびモードフィールド径と規格化周波数Ｖに対する最小クラッド厚ｒの関係は、任意の屈折率分布を有するコア部２に対しても適用することが可能である。
【００５１】
以上に説明したように、本発明の４芯単一モード光ファイバによれば、隣接するコア間に適切な断面積および屈折率を有する低屈折率領域を配置したことにより、長距離・高速光伝送に好適な伝送特性および接続特性を保持したまま、隣接するコア間のクロストーク特性を５割〜１割以下にまで低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
１：クラッド部、２：コア部、３：低屈折率領域。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００５３】
【非特許文献１】"Multi-core holey fibers for the long-distance (>100km) ultra large capacity transmission", K. Imamura, et al., in Proc. OFC'09, OTuC3 (2009).
【非特許文献２】"Length Dependence of Cutoff Wavelength of Trench-Assisted Multi-Core Fiber", Y. Arakawa, et al., in Proc. OECC'11, 6C2-5 (2011).
【非特許文献３】"Characteristics of a single-mode optical fibre and cable", ITU-T, Recommendation G.652.
【非特許文献４】"Loss analysis of single-mode fiber splices", D. Marcuse, Bell Sys. Tech. J, vol. 56, no. 5, p. 703 (1976).
【非特許文献５】"光ファイバとファイバ形デバイス", 川上, 他, 培風館, (1996).
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クラッド部断面内に４個のコア部を正方格子状または直線状に配置し、
前記クラッド部断面内の隣接する各コア部間の中央に、各コア部の実効断面積の低減が１％未満となる断面積およびクラッド部の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率領域を配置した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項２】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1310ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲、前記コア間距離Λを43〜58μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.995以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.6以上の範囲、前記直径Ｄを133〜262μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項３】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1550ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲、前記コア間距離Λを38〜52μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.995以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.6以上の範囲、前記直径Ｄを120〜236μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項４】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1310ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲、前記コア間距離Λを41〜56μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.692以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.55以上の範囲、前記直径Ｄを130〜256μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項５】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1550ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲、前記コア間距離Λを36〜48μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.692以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.55以上の範囲、前記直径Ｄを117〜224μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項６】
前記低屈折率領域が、前記各コア部の同心円状の位置に等間隔に３個または４個配置される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の４芯単一モード光ファイバ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の４芯単一モード光ファイバを少なくとも１本用いたことを特徴とする光ケーブル。
【請求項１】
クラッド部断面内に４個のコア部を正方格子状または直線状に配置し、
前記クラッド部断面内の隣接する各コア部間の中央に、各コア部の実効断面積の低減が１％未満となる断面積およびクラッド部の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率領域を配置した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項２】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1310ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲、前記コア間距離Λを43〜58μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.995以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.6以上の範囲、前記直径Ｄを133〜262μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項３】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1550ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲、前記コア間距離Λを38〜52μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.995以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.6以上の範囲、前記直径Ｄを120〜236μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項４】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1310ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.73の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを36〜44μｍの範囲、前記コア間距離Λを41〜56μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.692以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.55以上の範囲、前記直径Ｄを130〜256μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項５】
屈折率がｎcladで直径がＤであるクラッド部と、規格化周波数がＶで直径が２ａである４個のコア部と、屈折率がｎpitで直径がｄである低屈折率領域とを有し、
前記各コア部を前記クラッド部断面内にコア間距離Λが等間隔となるように正方格子状または直線状に配置し、かつ前記低屈折率領域を前記クラッド部断面内の隣接する前記各コア部間の中央に配置し、
波長1550ｎｍにおける前記規格化周波数Ｖを2.00〜2.66の範囲、前記コア部の中心から前記クラッド部の外周までの最小クラッド厚ｒを33〜40μｍの範囲、前記コア間距離Λを36〜48μｍの範囲、前記屈折率ｎpitの前記屈折率ｎcladに対する比率ｎpit／ｎcladを0.692以下の範囲、前記直径ｄの前記直径２ａに対する比率ｄ／２ａを0.55以上の範囲、前記直径Ｄを117〜224μｍの範囲にそれぞれ設定した
ことを特徴とする４芯単一モード光ファイバ。
【請求項６】
前記低屈折率領域が、前記各コア部の同心円状の位置に等間隔に３個または４個配置される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の４芯単一モード光ファイバ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の４芯単一モード光ファイバを少なくとも１本用いたことを特徴とする光ケーブル。
【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】
【公開番号】特開２０１３−８８４５７（Ｐ２０１３−８８４５７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２５７４３（Ｐ２０１１−２２５７４３）
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人情報通信研究機構、『革新的光ファイバ技術の研究開発』委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１３日（２０１１．１０．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、独立行政法人情報通信研究機構、『革新的光ファイバ技術の研究開発』委託事業、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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