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WO2013108524A1 - マルチコアファイバ - Google Patents

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Publication number
WO2013108524A1
WO2013108524A1 PCT/JP2012/082285 JP2012082285W WO2013108524A1 WO 2013108524 A1 WO2013108524 A1 WO 2013108524A1 JP 2012082285 W JP2012082285 W JP 2012082285W WO 2013108524 A1 WO2013108524 A1 WO 2013108524A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
core
cores
clad
cladding
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/082285
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松尾昌一郎
齊藤晋聖
小柴正則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokkaido University NUC
Fujikura Ltd
Original Assignee
Hokkaido University NUC
Fujikura Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hokkaido University NUC, Fujikura Ltd filed Critical Hokkaido University NUC
Priority to EP12865553.7A priority Critical patent/EP2806296B1/en
Priority to JP2013528873A priority patent/JP5468711B2/ja
Publication of WO2013108524A1 publication Critical patent/WO2013108524A1/ja
Priority to US14/334,138 priority patent/US9557476B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/028—Optical fibres with cladding with or without a coating with core or cladding having graded refractive index
    • G02B6/0286—Combination of graded index in the central core segment and a graded index layer external to the central core segment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03622—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 2 layers only
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/036—Optical fibres with cladding with or without a coating core or cladding comprising multiple layers
    • G02B6/03616—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference
    • G02B6/03638—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only
    • G02B6/0365—Optical fibres characterised both by the number of different refractive index layers around the central core segment, i.e. around the innermost high index core layer, and their relative refractive index difference having 3 layers only arranged - - +

Definitions

  • the present invention relates to a multi-core fiber in which many cores can be arranged according to the outer diameter of a clad while suppressing crosstalk.
  • An optical fiber used in a currently popular optical fiber communication system has a structure in which the outer periphery of one core is surrounded by a clad, and information is transmitted by propagation of an optical signal in the core. Is done.
  • the amount of information transmitted has increased dramatically. With such an increase in the amount of information transmitted, in optical fiber communication systems, large numbers of long-distance optical communications are performed by using a large number of optical fibers such as tens to hundreds. .
  • a plurality of signals are transmitted by light propagating through each core using a multi-core fiber in which the outer circumferences of the plurality of cores are surrounded by one clad. It has been known.
  • Non-Patent Document 1 describes such a multi-core fiber.
  • Non-Patent Document 2 describes a so-called trench type multi-core fiber.
  • each core is surrounded by a first clad having a refractive index that is equal to or slightly different from that of the clad, and the first clad has a lower refractive index than the first clad or the clad.
  • each second cladding is surrounded by the cladding.
  • the second cladding is in a trench shape, so that the multi-core fiber is a trench type.
  • the multi-core fiber is a trench type.
  • Non-Patent Document 3 in the case of a hexagonal close-packed arrangement in which one core is arranged at the center and surrounded by six cores, the crosstalk characteristics of the core arranged at the center may deteriorate. It is described that there is.
  • the cutoff wavelength tends to be longer in a specific core element surrounded by a plurality of cores due to the influence of high-order mode confinement by the plurality of core elements. It is pointed out that the communication quality of the core is likely to deteriorate. For example, by arranging one core in the center and arranging six cores so as to surround this core, by arranging the core called 1-6 arrangement, when the cores are arranged in a hexagonal close arrangement, There is a tendency that the cutoff wavelength becomes longer.
  • an object of the present invention is to provide a multi-core fiber in which many cores can be arranged according to the outer diameter of a clad while suppressing crosstalk between adjacent cores.
  • the inventors of the present invention made extensive studies to solve the above problems.
  • it is limited to arrange the cores in a hexagonal manner so that equilateral triangles are formed by lines connecting the centers of adjacent cores. It was considered preferable from the viewpoint of effectively using the cross-sectional area of the clad.
  • a specific core surrounded by a plurality of cores tends to have a longer cutoff wavelength. Therefore, the present inventors have further conducted intensive studies to come up with the present invention.
  • the multi-core fiber of the present invention includes a core, a first clad surrounding the outer peripheral surface of the core, and six or more core elements each having a second clad surrounding the outer peripheral surface of the first cladding, comprising a cladding surrounding the core element, and the refractive index of the core and n 1, the refractive index of the first clad and n 2, the refractive index of the second clad and n 3, the refractive index of the cladding If n 4 n 1 > n 2 > n 3 n 1 > n 4 n 3 ⁇ n 4
  • the core elements are arranged such that the distances between the centers of the cores adjacent to each other are equal, and the centers of the cores are arranged in an annular shape. is there.
  • the cutoff wavelength of the core arranged at the center becomes long due to a plurality of core elements surrounding the core element. Therefore, the distance between the plurality of cores on the outer peripheral side cannot be reduced so much. Therefore, as a result of the study by the present inventors, the number of cores is increased by reducing the distance between the cores so that the specific cores are not surrounded by a plurality of cores without daringly arranging the cores. A conclusion was found that can be done.
  • the cores when the cores are arranged in a hexagonal close-packed manner, if more cores are arranged than the seven cores arranged 1-6, the cores must be arranged further on the outer peripheral side than the six cores.
  • the outer diameter of the clad needs to be set in accordance with the core disposed on the outermost periphery, and the outer diameter of the clad may become too large.
  • the annular shape where the center of each core is positioned should be enlarged, so that the outer diameter of the cladding is finely set every time the number of cores is increased. can do. In other words, the number of cores matching the outer diameter of the cladding can be arranged.
  • each core element has a trench-type refractive index profile, crosstalk between adjacent cores can be suppressed.
  • many cores can be arranged according to the outer diameter of the clad while suppressing crosstalk between adjacent cores.
  • the cores are arranged in a hexagonal close arrangement as described in Non-Patent Document 3, if the crosstalk between adjacent cores is ⁇ 50 dB, the core arranged at the center where the number of adjacent cores becomes six is The effective crosstalk is -42 dB, and the core disposed on the outer peripheral side has three adjacent cores, so the effective crosstalk is -45 dB. In this way, there is a difference in crosstalk between cores.
  • each core has only two cores adjacent to each other. Therefore, if the crosstalk between adjacent cores is ⁇ 50 dB, the effective crosstalk is ⁇ 47 dB.
  • this crosstalk is the same for all cores, the crosstalk is not different for each core, and the homogeneity of communication can be ensured as a whole.
  • the multi-core fiber of the present invention has as few as two adjacent cores, the crosstalk can be improved as compared with the case where the cores are arranged in a hexagonal manner as described above.
  • the cores are preferably arranged in a regular n-square shape.
  • each core is arranged in this way.
  • each core is arranged in an annular shape.
  • n is a number of 6 or more that can be divided by an integer of 2 or more, and each of the cores has a regular polygon shape having a number of vertices obtained by dividing n by the integer. It may be arranged.
  • the number of the core elements is a multiple of 6 that is 12 or more, and the cores are arranged in a regular hexagonal shape.
  • a stack and draw method and a perforation method are known as a manufacturing method of a multi-core optical fiber.
  • the stack and draw method is also used for manufacturing photonic crystal fibers.
  • a core is arranged by combining cylindrical glass rods including a region to be a core in a hexagonal close-packed lattice shape. Then, the combined glass rods that form the cores are inserted into a glass tube and solidified to obtain a base material for a multi-core fiber, and a multi-core fiber can be obtained by drawing the base material.
  • a 7-core multicore fiber in which six cores are arranged in a hexagonal shape around the central core and a 19-core multicore fiber in which 12 cores are further arranged in a hexagonal shape on the outer periphery of the 7-core type can be created easily.
  • a glass rod having no core is used instead of a glass rod serving as a core disposed in the center
  • 12 glass rods having a core are disposed around the glass rod
  • 12 hexagonal shapes are formed.
  • An annular multi-core fiber in which a single core is arranged can be realized.
  • the number of core elements is a multiple of 6 larger than 12, such as 18 or 24, it can be manufactured in the same manner. Therefore, when the cores are arranged in a regular hexagonal shape, a multi-core fiber having a large number of cores can be easily manufactured by an existing method.
  • a multi-core is formed by drilling a hole in a glass base material made in advance by a method such as drilling, inserting a cylindrical glass rod including a core region therein, and crushing the gap.
  • a fiber can be realized. Since the core can be arranged at an arbitrary position of the glass base material by the hole opening method, it is suitable for realizing the core arranged in an annular shape.
  • the crosstalk when light propagates through each of the cores for 100 km is XT [dB]
  • the effective core area of each of the cores is A eff [ ⁇ m 2 ]
  • the distance between the centers of the adjacent cores is Where ⁇ is It is preferable to satisfy.
  • the difference between the effective core areas of the respective cores is within 20 ⁇ m 2 .
  • each core When the difference in effective cross-sectional area of each core is within 20 ⁇ m 2 , the communication quality of each core can be made uniform, and when connecting multiple multi-core fibers, optical loss due to connection is suppressed. be able to.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the mode of the multi-core fiber which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the relationship between the diameter of a clad and the number of core elements which can be arrange
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores at points A to D in Examples 3 to 7. It is a figure which shows distribution of the effective cross-sectional area of a core with respect to the radius of the core of Example 8, and the relative refractive index difference with respect to the clad
  • FIG. 6 shows distribution of the effective area of a core with respect to the radius of the core of Example 7, and the relative refractive index difference with respect to the clad of a core, a coupling coefficient, and a cutoff wavelength.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores at points A to D in Example 8.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the ratio of the square root of the effective cross-sectional area A eff of the core and the square of the inter-core distance ⁇ and crosstalk in Examples 1 to 8.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state of a multi-core fiber according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 1 (A) is a diagram showing a structure in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the multi-core fiber, FIG. 1B is a diagram schematically showing the state of the refractive index distribution along the line BB of the multi-core fiber 1 of FIG.
  • the multi-core fiber 1 of the present embodiment surrounds a plurality of core elements 10 and the entire core elements 10 and fills the gaps between the core elements 10 so that the cores A clad 20 that surrounds the outer peripheral surface of the element 10 without a gap, an inner protective layer 31 that covers the outer peripheral surface of the clad 20, and an outer protective layer 32 that covers the outer peripheral surface of the inner protective layer 31 are provided.
  • Each core element 10 includes a core 11, a first cladding 12 that surrounds the outer peripheral surface of the core 11 without a gap, and a second cladding 13 that surrounds the outer peripheral surface of the first cladding 12 without a gap.
  • the core elements 10 are arranged so that the inter-core distances ⁇ are equal to each other, and the centers of the cores 11 are arranged in a regular polygonal shape having the same number of vertices as the number of the cores 11. That is, when the number of cores 11 and 12 is n, each core 11 and 12 is arranged in a regular n-corner shape.
  • the center of the regular polygon on which the core 11 is disposed coincides with the axis of the clad 20.
  • the respective cores 11 and 12 are arranged in this way can be understood that the respective cores 11 and 12 are arranged in an annular shape whose center coincides with the axis of the clad 20. For this reason, the core element is not disposed at the center of the clad 20, and there is no core element surrounded by the plurality of core elements.
  • the diameters of the respective cores 11 are equal to each other
  • the outer diameters of the respective first claddings 12 are equal to each other
  • the outer diameters of the respective second claddings 13 are equal to each other.
  • the thicknesses of the first clads 12 are equal to each other
  • the thicknesses of the second clads 13 are equal to each other.
  • the core diameter d 1 is, for example, 9 ⁇ m
  • the outer diameter d 2 of the first cladding 12 is, for example, 19 ⁇ m
  • the outer diameter d 3 of the second cladding 13 is, for example, 27 ⁇ m
  • the inter-core distance ⁇ is For example, 40 ⁇ m.
  • the shortest distance OCT between the center of each core 11 and the outer peripheral surface of the clad 20 is set to 40 ⁇ m, for example.
  • the diameter of the clad 20 is 160 ⁇ m, for example.
  • the number of cores is six as a whole as shown in FIG.
  • the refractive indexes n 1 of the respective cores 11 are equal to each other
  • the refractive indexes n 2 of the respective first claddings 12 are equal to each other
  • the refractive indexes n 3 of the respective second claddings 13 are equal to each other.
  • the refractive index n 2 of the first cladding 12 is lower than the refractive index n 1 of the core 11, and the refractive index n 3 of the second cladding 13 is further lower than the refractive index n 2 of the first cladding 12.
  • the refractive index n 4 of the cladding 20 is the refractive index between the refractive index of the core 11 n 1 and the refractive index n 2 of the second cladding 13.
  • each core element 10 has a trench structure because the second cladding 13 is lower than the first cladding 12 and the cladding 20.
  • the refractive indexes of the inner protective layer 31 and the outer protective layer 32 are omitted.
  • the refractive index n 3 of the second cladding 13 is made smaller than the refractive index n 2 of the first cladding 12 and the refractive index n 4 of the cladding 20, so that light is drawn closer to the core 11 than the cladding 20 side. It is done. For this reason, the confinement effect of the light to the core 11 becomes large, and it can reduce that the light which propagates the core 11 leaks from each core element 10.
  • the second clad 13 and the clad 20 having a low refractive index serve as a barrier, and crosstalk between adjacent cores 11 can be reduced.
  • the refractive index n 2 of the first cladding 12 is higher than the refractive index n 4 of the cladding 20, but the cladding of the first cladding 12 relative refractive index difference with respect to the 20, may be substantially zero, the refractive index of the first cladding 12 is also set between the refractive index n 4 of the cladding 20 and the refractive index n 3 of the second cladding 13 good.
  • the relative refractive index difference of the first clad 12 with respect to the clad 20 is appropriately set to a positive or negative value in order to adjust the wavelength dispersion characteristic.
  • the diameters d 1 of the respective cores 11 are equal to each other, the outer diameters d 2 of the respective first claddings 12 are equal to each other, and the outer diameters of the respective second claddings 13 are
  • the diameters d 3 are made equal to each other, the refractive indexes n 1 of the respective cores 11 are made equal to each other, the refractive indexes n 2 of the respective first claddings 12 are made equal to each other, and the refractions of the respective second claddings 13 are made.
  • rate n 3 are equal to each other.
  • the diameters d 1 and refractive indexes n 1 of the adjacent cores 11 may be different from each other so that the effective refractive indexes of the adjacent cores 11 are different, and the outer diameters of the first claddings 12 adjacent to each other.
  • d 2 and the refractive index n 2 may be different from each other, and the outer diameter d 3 and the refractive index n 3 of the second claddings 13 adjacent to each other may be different from each other.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the diameter of the clad and the number of core elements that can be arranged in the clad.
  • the horizontal axis indicates the diameter of the cladding
  • the vertical axis indicates the number of core elements that can be disposed in the cladding when the core is disposed in an annular shape.
  • the effective area A eff of the core is 110 ⁇ m 2 at a wavelength of 1550 nm
  • the crosstalk at a length of 100 km is ⁇ 30 dB.
  • the shortest distance OCT between the center of the core and the outer peripheral surface of the clad is set to 40 ⁇ m in order to suppress excessive loss due to the influence of the protective layer covering the clad.
  • the number of core elements that can be arranged in the clad in the case of the hexagonal fine arrangement which is a conventional general arrangement will be described.
  • the distance between the cores is 40 ⁇ m
  • the outer diameter of the cladding is 160 ⁇ m or more
  • one core element and six core elements around it can be arranged. That is, 1-6 core elements can be arranged, and seven core elements can be arranged.
  • the diameter of the clad is 219 ⁇ m or more
  • six core elements can be further arranged on the outer peripheral side, and the core elements can be arranged in 1-6-6, so the number of core elements is 13. can do. That is, even if the outer diameter of the cladding is larger than 160 ⁇ m, the number of cores cannot be gradually increased in accordance with the outer diameter of the cladding. In the case where the outer diameter of the cladding is 219 ⁇ m or more, the number of core elements cannot be increased from 13 until the cladding diameter becomes 240 ⁇ m or more.
  • the number of core elements on the outermost periphery can be increased from 6 to 12, and the number of core elements can be set to 1-6-12. It can be. That is, even if the outer diameter of the cladding is larger than 219 ⁇ m, the number of cores cannot be gradually increased in accordance with the outer diameter of the cladding. As described above, in the conventional multi-core fiber, the number of core elements cannot be gradually increased as the outer diameter of the cladding increases. In other words, many cores could not be arranged according to the outer diameter of the clad.
  • each core element is arranged so that the distance between the centers of adjacent cores is equal, and the centers of the cores are arranged in an annular shape.
  • the number of core elements that can be arranged in the above will be described.
  • the number of core elements that can be arranged in the clad when the inter-core distance is 40 ⁇ m as in the conventional multi-core fiber described above will be described.
  • FIG. 2 when the distance between the cores is such, if the diameter of the clad is 160 ⁇ m, six core elements can be arranged.
  • This state is the multi-core fiber 1 shown in FIG. If the outer diameter of the cladding is 172 ⁇ m or more, seven core elements can be arranged, and if the outer diameter of the cladding is 184 ⁇ m or more, eight core elements can be arranged. 9 is 196 ⁇ m or more, nine core elements can be arranged.
  • the number of core elements that can be arranged is 10
  • the number of core elements that can be arranged is 11
  • the outer diameter of the clad is 234 ⁇ m or more
  • the number of core elements that can be arranged is 12, and if the outer diameter of the clad is 247 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 13.
  • the multicore fiber of the present invention when the inter-core distance is 40 ⁇ m, a part of the clad diameter range (160 ⁇ m to 219 ⁇ m) in which only seven core elements can be arranged in the conventional multicore fiber. In (184 ⁇ m to 219 ⁇ m), the number of core elements can be 8 to 10, and more core elements can be arranged than the conventional multi-core fiber according to the outer diameter of the cladding.
  • the inter-core distance cannot be made smaller than 40 ⁇ m, but according to the multi-core fiber of the present invention, the inter-core distance can be made smaller than 40 ⁇ m. Therefore, next, the number of core elements that can be arranged in the clad when the inter-core distance is 35 ⁇ m will be described. As shown in FIG. 2, in the case of such an inter-core distance, even if the clad diameter is less than 160 ⁇ m, six core elements can be arranged. If the outer diameter of the cladding is 160 ⁇ m or more, seven core elements can be arranged, and if the outer diameter of the cladding is 171 ⁇ m or more, eight core elements can be arranged.
  • the number of core elements that can be arranged is 10
  • the number of core elements that can be arranged is 11.
  • the outer diameter of the cladding is 215 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 12, and if the outer diameter of the cladding is 226 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 13, If the outer diameter is 237 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 14, and if the outer diameter of the cladding is 248 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 15, and the outer diameter of the cladding. Is 259 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 16.
  • the multi-core fiber of the present invention by setting the distance between the cores to 35 ⁇ m, it is possible to increase the clad diameter range (160 ⁇ m to 219 ⁇ m) in which only seven core elements can be arranged in the conventional multi-core fiber. In the range (171 ⁇ m to 219 ⁇ m), the number of core elements can be 8 to 12, and more core elements can be arranged than the conventional multi-core fiber depending on the outer diameter of the cladding.
  • the number of core elements that can be arranged in the clad when the inter-core distance is 30 ⁇ m will be described.
  • the clad diameter is 160 ⁇ m
  • eight core elements can be arranged, and more cores can be arranged than the conventional arrangement of the core elements by the hexagonal close-packed arrangement. Can be arranged.
  • the outer diameter of a clad is 167 micrometers or more, nine core elements can be arrange
  • the outer diameter of the cladding is 177 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 10, and if the outer diameter of the cladding is 186 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 11; If the outer diameter of the cladding is 195 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 12, and if the outer diameter of the cladding is 205 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 13, If the outer diameter is 214 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 14, and if the outer diameter of the cladding is 224 ⁇ m or more, the number of core elements that can be arranged is 15 and the outer diameter of the cladding.
  • the number of core elements that can be arranged is 16.
  • the distance between the cores to 30 ⁇ m, all of the clad diameter ranges (160 ⁇ m to 219 ⁇ m) in which only seven core elements can be arranged in the conventional multi-core fiber are provided. 8 to 14 core elements can be arranged according to the outer diameter of the clad.
  • the outer diameter of the clad is preferably 200 ⁇ m or less in order to keep the probability of breakage low.
  • the outer diameter of the clad is 200 ⁇ m or less, from FIG. 2, in the conventional hexagonal close-packed arrangement, only seven core elements are arranged.
  • each core element is a trench type
  • a core element is not intentionally arranged in a hexagonal manner, and a specific core element is not surrounded by a plurality of cores.
  • the number of core elements can be increased according to the outer diameter of the cladding.
  • each core element has a trench-type refractive index profile, crosstalk between adjacent cores can be suppressed.
  • many cores can be arranged according to the outer diameter of the clad while suppressing crosstalk between adjacent cores.
  • the effective core area A eff of each core will be described. From the viewpoint of homogeneity of transmission characteristics of light propagating through each core and prevention of loss due to connection when connecting a plurality of optical fibers, the difference in effective area A eff of each core is within 20 ⁇ m 2 . It is desirable to be.
  • k is a coefficient depending on the refractive index of the core.
  • ITU-T G According to 650.2, Transmission media and optical systems characteristics-Optical fiber cables (July 2007 version), k generally takes a value of 0.960 to 0.985 in a general optical fiber.
  • an optical fiber effective core area of the core A eff is 100 [mu] m 2
  • the effective area A eff optical fiber 120 [mu] m 2 of the core is the difference between the mode field diameter MFD of about 1 [mu] m. Therefore, the connection loss can be sufficiently reduced even when a plurality of multi-core fibers having a difference in effective cross-sectional area A eff of each core within 20 ⁇ m 2 are connected.
  • the number of cores is six, but the number of cores is not particularly limited as long as it is six or more.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of such a multi-core fiber, and is a diagram illustrating a first modification of the multi-core fiber according to the embodiment. In the description of FIG. 3, the same or equivalent components as those of the above-described embodiment will be omitted unless otherwise described with the same reference numerals.
  • the number of the core elements 10 of the above embodiment is increased, and the number of core elements is 12 in total.
  • the cores 11 are arranged such that the distances between the centers are equal to each other, and the center is a regular dodecagon having the center aligned with the axis of the clad 20. It can also be understood that each core 11 is arranged in an annular shape whose center coincides with the axis of the clad 20. In this case, when the distance between the cores is 35 ⁇ m, the diameter of the clad 20 is 215 ⁇ m, and when the distance between the cores is 30 ⁇ m, the diameter of the clad 20 is 196 ⁇ m. Obtainable. Thus, even when the number of cores 11 (the number of core elements 10) is large, the number of core elements 10 can be increased according to the outer diameter of the clad 20 by reducing the inter-core distance. .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of such a multi-core fiber, and is a diagram illustrating a second modification of the multi-core fiber of the embodiment.
  • the same or equivalent components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted unless specifically described.
  • the number of each core element 10 of the said embodiment is increased similarly to the multi-core fiber shown in FIG. 3, and the core element is made into 12 pieces as a whole.
  • each core 11 is arrange
  • the eight cores may be arranged in a regular octagon, for example, may be arranged in a regular square.
  • the cores are arranged to be a regular square, one core is arranged at each vertex and one core is arranged at the midpoint of each side of the square.
  • eight cores are arranged in a regular octagon, when the inter-core distance is 40 ⁇ m, the clad diameter is 193 ⁇ m, and when the inter-core distance is 35 ⁇ m, the clad diameter is 171 ⁇ m, and the inter-core distance is When the thickness is 30 ⁇ m, the diameter of the clad is 153 ⁇ m.
  • the diameter of the cladding is 193 ⁇ m, and when the distance between the cores is 35 ⁇ m, When the diameter is 179 ⁇ m and the distance between the cores is 30 ⁇ m, the diameter of the clad is 165 ⁇ m. Even with such a structure, sufficient reliability can be obtained, and the number of core elements can be increased according to the outer diameter of the cladding.
  • the number of core elements is n (n is 6 or more), even if the respective cores are not arranged in an n-gon shape as a whole, the cores as a whole as in this modification,
  • the number of core elements should be increased according to the outer diameter of the clad so that the center coincides with the clad axis, the core is arranged at each vertex and each side, and the distance between the cores becomes equal. Is preferable.
  • the number of vertices of the regular polygon is a number obtained by dividing the number of cores by an integer of 2 or more. Therefore, n is a number that can be divided by an integer of 2 or more.
  • the number of core elements is 6, in addition to the number of core elements being six and each core being arranged in a regular hexagonal shape. It may be a multiple and may be arranged in each core regular hexagonal shape.
  • the cores are arranged in a regular n-square shape when the number of cores is n as in the above-described embodiment or modification 1. .
  • Example 1 A multi-core fiber in which six or more core elements having a refractive index profile shown in FIG. 1B are arranged so that the distance between adjacent cores is equal and the center of the core is annular in the clad. investigated.
  • the radius of the core is r 1
  • the radius of the first cladding is r 2
  • the thickness of the second cladding is w
  • r 2 / r 1 2.0
  • w / r 1 1.1 It was.
  • the relative refractive index difference ⁇ 2 with respect to the cladding of the first cladding was set to 0, the relative refractive index difference ⁇ 2 with respect to the cladding of the second cladding was set to ⁇ 0.7%, and the inter-core distance ⁇ was set to 34 ⁇ m.
  • ⁇ is a coupling coefficient between adjacent cores
  • ⁇ is a propagation constant
  • the horizontal axis indicates the core radius r 1
  • the vertical axis indicates the relative refractive index difference ⁇ 1 with respect to the core cladding.
  • ⁇ c indicated by a dotted line indicates a parameter at which the cutoff wavelength is 1530 nm.
  • the solid line shows the distribution of the effective area A eff . Specifically, the distribution is shown when the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 , 90 ⁇ m 2 , 100 ⁇ m 2 , and 110 ⁇ m 2 .
  • a broken line indicates the distribution of the coupling coefficient ⁇ . Specifically, the distribution when the coupling coefficient ⁇ is 0.001, 0.002, 0.01 is shown.
  • a point having a solution with a coupling coefficient ⁇ and an effective area A eff of 80 ⁇ m 2 is designated as A point
  • a point having a solution with the coupling coefficient ⁇ and an effective area A eff of 90 ⁇ m 2 is designated as B point.
  • point A, the point B, and the point C were examined with a point having a coupling coefficient ⁇ and a solution when the effective area A eff is 100 ⁇ m 2 as the point C.
  • point A in the region to the left of the cutoff wavelength ⁇ c that can be used as an optical fiber, point A can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.001, Can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.002, and point C can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.002.
  • the crosstalk XT at point A is ⁇ 37 dB from the above equation (3), and the coupling coefficient ⁇ is equal to each other at points B and C.
  • the crosstalk XT is ⁇ 31 dB.
  • Such a crosstalk value is a value that is sufficiently practical as an optical fiber.
  • the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores at points A, B, and C is shown in FIG.
  • the shortest distance between the center of the core and the outer peripheral surface of the clad may be 30 ⁇ m or more.
  • the effective area A eff is 110 ⁇ m 2
  • the shortest distance from the outer peripheral surface of the clad may be 40 ⁇ m or more. Therefore, in FIG. 6, based on these facts, the minimum distance between the center of the core and the outer peripheral surface of the cladding is linearly interpolated, so that the center of the core and the outer peripheral surface of the cladding in an arbitrary effective area can be obtained.
  • the shortest distance is calculated to determine the number of cores that can be placed.
  • 6 also shows the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores in the case of the conventional hexagonal close-packed arrangement shown in FIG. From FIG. 6, by appropriately changing the effective area A eff of the core, 7 to 14 cores in the range of the diameter of the clad (160 ⁇ m to 219 ⁇ m) in which only seven core elements can be arranged in the conventional multi-core fiber.
  • the multi-core fiber of the present invention it can be seen that many cores can be arranged according to the outer diameter of the clad.
  • FIG. 7 shows the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c in the relationship between the radius r 1 of the core and the relative refractive index difference ⁇ 1 with respect to the cladding of the core in this case. Shown in The illustrated method is the same as that shown in FIG. In FIG. 7, the points A, B, and C under the same conditions as those in Example 1 in which the effective area A eff of the core is the same as the points A, B, and C were considered.
  • the points A, B, and C had the same coupling coefficient ⁇ as the points A, B, and C in Example 1.
  • the points A, B, and C were further away from the line of the cutoff wavelength ⁇ c than the points A, B, and C of Example 1, respectively. Therefore, it can be seen that the design is more suitable for manufacturing than in Example 1 by increasing the thickness of the second cladding.
  • the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. .
  • This situation is shown in FIG. 8 in the same manner as in FIG.
  • a point having an effective area A eff of 80 ⁇ m 2 which is the same as the point A of Example 1 and having a solution with a coupling coefficient ⁇ was defined as a point A.
  • the point A is a result that can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.002 in a region to the left of the cutoff wavelength ⁇ c that can be used as an optical fiber. became.
  • the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. . This is shown in FIG. 9 in the same manner as in FIG.
  • the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 which is the same as the point A in the first embodiment, the point having the solution with the coupling coefficient ⁇ is the point A, and the effective cross-sectional area A eff is 90 ⁇ m 2 which is the same as the point B in the first embodiment.
  • a point having a solution with a coupling coefficient ⁇ was defined as a B point.
  • both the points A and B can be plotted on a line having a coupling coefficient ⁇ of 0.002. .
  • the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. .
  • FIG. 10 This is shown in FIG. 10 in the same manner as in FIG.
  • the hatched area in FIG. 10 indicates an area where the second cladding layers of the core elements adjacent to each other overlap each other.
  • the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 which is the same as the point A in the first embodiment, the point having the solution with the coupling coefficient ⁇ is the point A, and the effective cross-sectional area A eff is 90 ⁇ m 2 which is the same as the point B in the first embodiment.
  • a point having a solution with a coupling coefficient ⁇ was defined as a B point.
  • the point A in the region to the left of the cutoff wavelength ⁇ c that can be used as an optical fiber, the point A can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.001, and the point B can be plotted on the coupling coefficient ⁇ . Can be plotted on a line of 0.002.
  • the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. . This situation is shown in FIG. 11 in the same manner as in FIG.
  • the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 which is the same as the point A in the first embodiment, the point having the solution with the coupling coefficient ⁇ is the point A, and the effective cross-sectional area A eff is 90 ⁇ m 2 which is the same as the point B in the first embodiment.
  • the point having the coupling coefficient ⁇ and the solution was designated as point B, the effective area A eff was 100 ⁇ m 2 which was the same as the point C in Example 1, and the point having the coupling coefficient ⁇ and the solution was designated as the C point.
  • both point A and point B can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.001, and point C is As a result, the coupling coefficient ⁇ can be plotted on a line of 0.002.
  • the distribution of the effective area A eff of the core, the coupling coefficient ⁇ , and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. . This is shown in FIG. 12 in the same manner as in FIG.
  • the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 which is the same as the point A in the first embodiment, the point having the solution with the coupling coefficient ⁇ is the point A, and the effective cross-sectional area A eff is 90 ⁇ m 2 which is the same as the point B in the first embodiment.
  • the point having the coupling coefficient ⁇ and the solution is B point
  • the effective area A eff is 100 ⁇ m 2 which is the same as the point C in Example 1
  • the point having the coupling coefficient ⁇ and the solution is C point
  • the effective area A eff Is a point having a solution with a coupling coefficient ⁇ of 110 ⁇ m 2 .
  • both the points A and B can be plotted on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.001
  • Point D resulted in being able to plot on a line with a coupling coefficient ⁇ of 0.002.
  • the point D that could not be plotted in Example 1 could be plotted.
  • the effective cross-sectional area A eff of the core can be increased while maintaining the same crosstalk characteristics. I understood that I could do it. That is, in Example 4, the thickness w of the second cladding than Example 3, by the radius of the core to increase the ratio w / r 1 and r 1, a core was obtained in Example 3 A solution with an effective area A eff of 90 ⁇ m 2 could be obtained, and the point B could be plotted.
  • Example 6 the thickness w of the second cladding than in Example 5 from Example 3, by the radius of the core to increase the ratio w / r 1 and r 1, implemented from Example 3 A solution having an effective area A eff of the core of 100 ⁇ m 2 that was not obtained in Example 5 could be obtained, and the point C could be plotted. Similarly, in Example 7, the solution cannot be obtained in Examples 3 to 6 by increasing the ratio w / r 1 of the thickness w of the second cladding and the radius of the core to r 1. Further, a solution having an effective area A eff of 110 ⁇ m 2 of the core was obtained, and the point D could be plotted.
  • the thickness w of the second cladding, by the radius of the core to increase the ratio w / r 1 and r 1 can be a larger effective area to reduce the distortion of light It has been found that communication quality can be improved.
  • FIG. 13 also shows the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores in the conventional hexagonal close-packed arrangement shown in FIG.
  • the multi-core fibers of Examples 3 to 7 by appropriately changing the effective cross-sectional area A eff of the core, only the seven core elements can be arranged in the conventional multi-core fiber.
  • the diameter range 160 ⁇ m to 219 ⁇ m
  • 6 to 14 core elements can be arranged according to the outer diameter of the cladding
  • only 13 core elements can be arranged in a conventional multi-core fiber. (219 ⁇ m to 240 ⁇ m)
  • a maximum of 16 cores can be arranged.
  • Example 8 Except that the inter-core distance ⁇ is set to 36 ⁇ m, in the same manner as in Example 7, the effective area A eff of the core with respect to the core radius r 1 and the relative refractive index difference ⁇ 1 with respect to the cladding of the core, and the coupling The distribution of the coefficient ⁇ and the cutoff wavelength ⁇ c was examined. This is shown in FIG.
  • the effective area A eff is 80 ⁇ m 2 and the point A has a solution with a coupling coefficient ⁇ , and the effective area A eff is 90 ⁇ m 2 and the point with a coupling coefficient ⁇ and a solution has a point B.
  • a point having an eff of 100 ⁇ m 2 and a solution having a coupling coefficient ⁇ was defined as a point C
  • a point having an effective area A eff of 110 ⁇ m 2 and a solution having a coupling coefficient ⁇ was defined as a point D.
  • the point A in the region to the left of the cutoff wavelength ⁇ c that can be used as an optical fiber, the point A can be plotted at a place where the coupling coefficient ⁇ is smaller than 0.001, and the points B and C Both can be plotted on a line having a coupling coefficient ⁇ of 0.001, and point D has a result that can be plotted on a line having a coupling coefficient ⁇ of 0.002.
  • FIG. 15 shows the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores at points A to D in this example.
  • FIG. 15 also shows the relationship between the outer diameter of the clad and the number of cores in the case of the conventional hexagonal close-packed arrangement shown in FIG.
  • the diameter of the cladding that can arrange only seven core elements in the conventional multi-core fiber can be changed by appropriately changing the effective area A eff of the core.
  • FIG. 16 shows the relationship between the ratio of the square root of the effective area A eff of the core and the square of the inter-core distance ⁇ and the crosstalk.
  • the crosstalk when light propagates through each core for 100 km is XT [dB]
  • the effective core area of each core is A eff [ ⁇ m 2 ]
  • the center-to-center distance between adjacent cores Is ⁇ is a line showing.
  • a multicore fiber capable of arranging many cores according to the outer diameter of a clad while suppressing crosstalk between adjacent cores, and for communication. It can be used well for cables and the like.

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Abstract

　互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができるマルチコアファイバを提供する。　マルチコアファイバ１は、コア１１と、コア１１の外周面を囲む第１クラッド１２と、第１クラッド１２の外周面を囲む第２クラッド１３とを有する６個以上のコア要素１０と、それぞれのコア要素１０を囲むクラッド２０と、を備え、コア１１の屈折率をｎ１とし、第１クラッド１２の屈折率をｎ２とし、第２クラッド１３の屈折率をｎ３とし、クラッド２０の屈折率をｎ４とする場合、 ｎ１＞ｎ２＞ｎ３ ｎ１＞ｎ４ ｎ３＜ｎ４ の全てを満たし、それぞれのコア要素１０は、互いに隣り合うコア１１の中心間距離が等間隔で、それぞれのコア１１の中心が環状に配列するように配置されることを特徴とする。

Description

マルチコアファイバ
　本発明は、クロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができるマルチコアファイバに関する。
　現在、一般に普及している光ファイバ通信システムに用いられる光ファイバは、１本のコアの外周がクラッドにより囲まれた構造をしており、このコア内を光信号が伝搬することで情報が伝送される。そして、近年、光ファイバ通信システムの普及に伴い、伝送される情報量が飛躍的に増大している。このような伝送される情報量の増大に伴い、光ファイバ通信システムにおいては、数十本から数百本といった多数の光ファイバが用いられることで、大容量の長距離光通信が行われている。
　こうした光ファイバ通信システムにおける光ファイバの数を低減させるため、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を用いて、それぞれのコアを伝搬する光により、複数の信号を伝送させることが知られている。
　下記非特許文献１には、このようなマルチコアファイバが記載されている。しかし、非特許文献１においても指摘されているように、マルチコアファイバにおいては、それぞれのコアを伝播する光信号同士のクロストークが生じ、それぞれのコアを伝播する光信号にノイズが重畳する場合がある。このようなクロストークを低減するため、下記非特許文献２には、いわゆるトレンチ型のマルチコアファイバが記載されている。トレンチ型のマルチコアファイバは、それぞれのコアが、クラッドと同等或いは僅かに異なる屈折率を有する第１クラッドで囲まれ、更に第１クラッドが、第１クラッドやクラッドよりも更に低い屈折率を有する第２クラッドで囲まれ、そして、それぞれの第２クラッドが、クラッドで囲まれる構造とされる。それぞれのコアと第１クラッドと第２クラッドとをコア要素として、それぞれのコア要素を屈折率の観点から見る場合に、第２クラッドがトレンチ状になるため、当該マルチコアファイバはトレンチ型とされる。このようなトレンチ型のマルチコアファイバによれば、コアを伝播する光は、コアにより強く閉じ込められる。従って、それぞれのコアを伝播する光は、それぞれのコア要素の外に漏れることが抑制され、コア間のクロストークを低減することができる。
　また、下記非特許文献３には、中心に１つのコアが配置され、その周りが６つのコアで囲まれる六方細密配置の場合に、中心に配置されるコアのクロストーク特性が劣化する可能性があることが記載されている。
Ｍａｓａｎｏｒｉ　ＫＯＳＨＩＢＡ　"Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ　ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒｓ：　ｐｒｏｐｏｓａｌ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ"　ＩＥＩＣＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｘｐｒｅｓｓ，　Ｖｏｌ.６，　Ｎｏ．２，　９８－１０３ Ｋａｔｓｕｈｉｒｏ　ＴＡＫＥＮＡＧＡ　"Ａ　Ｌａｒｇｅ　Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　Ａｒｅａ　Ｍｕｌｔｉ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　Ｏｐｔｉｍｉｓｅｄ　Ｃｌａｄｄｉｎｇ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ"　ＥＣＯＣ２０１１，　Ｍｏ．１．　ＬｅＣｅｒｖｉｎ．　２ Ｊｏｕｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｖｏｌｕｍｅ：　３０，　Ｉｓｓｕｅ：　４，　Ｐａｇｅ（ｓ）：　４８６－４９２　"Ｈｉｇｈ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　Ｓｐａｃｅ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ－Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　ＤＷＤＭ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ"
　しかし、トレンチ型のマルチコアファイバでは、複数のコアで囲まれる特定のコア要素において、複数のコア要素による高次モードの閉じ込めの影響が大きいために、カットオフ波長が長くなる傾向があり、当該特定のコアの通信品質が悪化し易いという指摘がある。例えば、中心に１つのコアを配置して、このコアを囲むように６つのコアを配置する、１－６配置と呼ばれるコアの配置をすることで、コアを六方細密配置すると、中心のコアのカットオフ波長が長くなる傾向がある。この傾向は、外周側のコアの中心間距離（コア間距離）を小さくすると顕著になるので、トレンチ型のマルチコアファイバでは、特定のコアを囲む複数のコアのコア間距離を小さくするのが困難であった。このように、トレンチ型のマルチコアファイバにおいては、コアを六方細密配置して、特定のコアが複数のコアで囲まれる構造とされる場合、所定の径のクラッドに配置できるコアの数に制約があった。
　そこで、本発明は、互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができるマルチコアファイバを提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた。特定の外径のクラッドに少しでも多くのコアを配置しようとする場合、互いに隣り合うコアの中心を結ぶ線により正三角形が形成されるように、コアを六方細密配置することが、限られたクラッドの断面積を有効に活用する観点から好ましいと考えられていた。しかし、上述のように、複数のコアで周りを囲まれる特定のコアは、カットオフ波長が長くなる傾向がある。そこで、本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねて、本発明をするに至った。
　すなわち本発明のマルチコアファイバは、コアと、前記コアの外周面を囲む第１クラッドと、前記第１クラッドの外周面を囲む第２クラッドと、を有する６個以上のコア要素と、それぞれの前記コア要素を囲むクラッドと、を備え、前記コアの屈折率をｎ１とし、前記第１クラッドの屈折率をｎ２とし、前記第２クラッドの屈折率をｎ３とし、前記クラッドの屈折率をｎ４とする場合、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３
ｎ１＞ｎ４
ｎ３＜ｎ４
の全てを満たし、それぞれの前記コア要素は、互いに隣り合う前記コアの中心間距離が等間隔で、それぞれの前記コアの中心が環状に配列するように、配置されることを特徴とするものである。
　上述のように、トレンチ型のマルチコアファイバにおいては、中心にコア要素が配置される場合、このコア要素を囲む複数のコア要素により、中心に配置されるコアのカットオフ波長が長くなってしまう。従って、外周側の複数のコア間距離を然程小さくすることができない。そこで、本発明者らの検討の結果、敢えてコアを六方細密配置せずに、特定のコアが複数のコアで囲まれない構造として、コア間距離を小さくすることにより、却ってコアの数を多くすることができるという結論が見出された。また、例えばコアが六方細密配置される場合、１－６配置される７つのコアよりも多くのコアを配置しようとすると、６つのコアよりも更に外周側にコアを配置しなくてはならず、この最外周に配置されるコアに合わせてクラッドの外径を設定する必要があり、クラッドの外径が大きくなりすぎる場合がある。それに対して、本発明によれば、コアの数を１つ増やす毎に、それぞれのコアの中心が位置する環状の形状を大きくすれば良いので、コアを増やす毎にクラッドの外径を細かく設定することができる。別言すれば、クラッドの外径に合った数のコアを配置することができる。しかも、それぞれのコア要素がトレンチ型の屈折率分布を有するため、互いに隣り合うコアのクロストークを抑制することができる。こうして、本発明によれば、互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができるのである。
　また、上記非特許文献３に記載のようにコアが六方細密配置される場合において、互いに隣接するコア同士のクロストークが－５０ｄＢとすると、隣接するコアが６つとなる中心に配置されるコアは、実効的なクロストークが－４２ｄＢとなり、外周側に配置されるコアは、隣接するコアが３つのため、実効的なクロストークが－４５ｄＢとなる。このようにコア毎でクロストークに差が生じる。しかし、本発明のマルチコアファイバのようにコアを環状に配置することにより、どのコアについても互いに隣り合うコアが２つのみとなる。従って、互いに隣接するコア同士のクロストークが－５０ｄＢとすると、実効的なクロストークが－４７ｄＢとなる。このクロストークは、どのコアでも同じであるため、コアごとにクロストークが異ならなく、全体として通信の均質性を確保することができる。また、本発明のマルチコアファイバは、隣接するコアの数が２つと少ないため、上記のようにコアが六方細密配置される場合と比べて、優れたクロストークとすることができる。
　また、前記コアの数をｎとする場合、前記コアは正ｎ角形状に配置されることが好ましい。
　それぞれのコアがこのように配置されるということは、それぞれのコアが円環状に配置されると把握することもできる。このようにそれぞれのコアが配置されることで、隣のコアから受ける影響が各コアで同じとなり、それぞれのコアが伝播する光の均質性を保つことができる。
　或いは、前記コア要素の数をｎとする場合、ｎは２以上の整数で割りきれる６以上の数であり、それぞれの前記コアはｎを前記整数で割った数の頂点を有する正多角形状に配置されることとしても良い。
　さらに、前記コア要素の数が、１２以上の６の倍数とされ、前記コアは、正六角形状に配置されることが好ましい。
　マルチコア光ファイバの製造方法としては、スタックアンドドロー法と孔開法が知られている。スタックアンドドロー法は、フォトニッククリスタルファイバの製造にも使われる方法である。この方法では、コアとなる領域を含む円柱状のガラスロッドを六方細密格子状に組み合わせることでコアを配置する。そして組み合わされたこれらのコアとなるガラスロッドをガラス管内に挿入し、中実化することによりマルチコアファイバ用の母材を得て、この母材を線引きすることでマルチコアファイバを得ることが出来る。スタックアンドドロー法では、中心コアの周囲に６つのコアが六角形状に配置された７コア型マルチコアファイバや７コア型の外周にさらに１２個のコアが六角形状に配置された１９コア型マルチコアファイバを容易に作成することが出来る。たとえば、スタックアンドドロー法において、中心部に配置されるコアとなるガラスロッドの代わりにコアを有しないガラスロッドを用い、その周囲にコアを有する１２個のガラスロッドを配置すると、六角形状に１２個のコアが配置された環状配置のマルチコアファイバを実現することが出来る。コア要素の数が１８や２４といった、１２より大きい６の倍数である場合にも同様にして製造することができる。従って、コアが正六角形状に配置される場合、既存の方法により、容易にコアの数の多いマルチコアファイバを製造することができる。
　一方、孔開法はあらかじめ作っておいたガラス母材に対してドリルなどの方法で穴をあけ、その中にコアとなる領域を含む円柱状のガラスロッドを挿入し、空隙をつぶすことによりマルチコアファイバを実現することができる。孔開法ではガラス母材の任意の位置にコアを配置することが可能であるため、円環状に配置されたコアを実現するに適している。
　また、それぞれの前記コアを光が１００ｋｍ伝播する場合におけるクロストークをＸＴ［ｄＢ］とし、それぞれの前記コアの有効コア断面積をＡｅｆｆ［μｍ２］とし、互いに隣り合う前記コアの中心間距離をΛとする場合に、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 を満たすことが好ましい。
　このような関係を満たすことにより、コアを伝播する光の歪みを抑制することができ、通信品質をより優れたものにすることができる。
　さらに、それぞれの前記コアの有効コア断面積の差が２０μｍ２以内であることが好ましい。
　それぞれのコアの有効断面積の差が２０μｍ２以内であることにより、それぞれのコアの通信品質を均質にすることができると共に、複数のマルチコアファイバを接続する場合に、接続による光の損失を抑えることができる。
　以上のように、本発明によれば、互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができ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様子を示す図である。 クラッドの直径と、クラッド内に配置することができるコア要素の数との関係を示す図である。 実施形態のマルチコアファイバの変形例１を示す図である。 実施形態のマルチコアファイバの変形例２を示す図である。 実施例１のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例１のＡ点、Ｂ点、Ｃ点におけるクラッドの外径とコア要素の数との関係を示す図である。 実施例２のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例３のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例４のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例５のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例６のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例７のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例３～７について、Ａ点～Ｄ点におけるクラッドの外径とコアの数との関係を示す図である。 実施例８のコアの半径、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差に対する、コアの実効断面積、及び、結合係数、及び、カットオフ波長の分布を示す図である。 実施例８のＡ点～Ｄ点におけるクラッドの外径とコアの数との関係を示す図である。 実施例１～８について、コアの実効断面積Ａｅｆｆの平方根とコア間距離Λの自乗との比と、クロストークとの関係について示す図である。
　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。なお、理解の容易のため、ぞれぞれの図に記載のスケールと、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、本発明の実施形態に係るマルチコアファイバの様子を示す図であり、具体的には、図１（Ａ）は、マルチコアファイバの長手方向に垂直な断面における構造を示す図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のマルチコアファイバ１のＢ－Ｂ線における屈折率分布の様子を模式的に示す図である。
　図１（Ａ）に示すように、本実施形態のマルチコアファイバ１は、複数のコア要素１０と、それぞれのコア要素１０全体を包囲すると共にそれぞれのコア要素１０の間を埋めて、それぞれのコア要素１０の外周面を隙間なく囲むクラッド２０と、クラッド２０の外周面を被覆する内側保護層３１と、内側保護層３１の外周面を被覆する外側保護層３２と、を備える。
　それぞれのコア要素１０は、コア１１と、コア１１の外周面を隙間なく囲む第１クラッド１２と、第１クラッド１２の外周面を隙間なく囲む第２クラッド１３と、を有している。また、それぞれのコア要素１０は、それぞれのコア間距離Λが互いに等しく、それぞれのコア１１の中心がコア１１の数と同じ数の頂点を有する正多角形状に配列するように配置されている。すなわちコア１１，１２の数をｎとする場合、それぞれのコア１１，１２は正ｎ角形状に配置されている。なお、コア１１が配置される正多角形の中心は、クラッド２０の軸と一致している。それぞれのコア１１，１２がこのように配置されるということは、それぞれのコア１１，１２が、中心がクラッド２０の軸に一致した円環状に配置されていると把握することもできる。このため、クラッド２０の中心にコア要素は配置されておらず、複数のコア要素により囲まれるコア要素は存在しない。本実施形態においては、それぞれのコア１１の直径が互いに等しくされ、それぞれの第１クラッド１２の外径が互いに等しくされ、それぞれの第２クラッド１３の外径が互いに等しくされている。従って、それぞれの第１クラッド１２の厚さは、互いに等しく、さらに、それぞれの第２クラッド１３の厚さは互いに等しくされている。このコアの直径ｄ１は、例えば９μｍとされ、第１クラッド１２の外径ｄ２は、例えば１９μｍとされ、第２クラッド１３の外径ｄ３は、例えば２７μｍとされ、コア間距離Λは、例えば４０μｍとされる。また、それぞれのコア１１の中心とクラッド２０の外周面との最短距離ＯＣＴは、例えば、４０μｍとされる。また、クラッド２０の直径は、例えば１６０μｍとされる。なお、本実施形態のマルチコアファイバ１においては、図１（Ａ）に示すようにコアの数が全体で６つとされる。
　また、それぞれのコア１１の屈折率ｎ１は互いに等しく、それぞれの第１クラッド１２の屈折率ｎ２は互いに等しく、それぞれの第２クラッド１３の屈折率ｎ３は互いに等しくされている。そして、第１クラッド１２の屈折率ｎ２は、コア１１の屈折率ｎ１よりも低くされ、第２クラッド１３の屈折率ｎ３は、第１クラッド１２の屈折率ｎ２よりも更に低くされている。さらに、クラッド２０の屈折率ｎ４は、コア１１の屈折率ｎ１と第２クラッド１３の屈折率ｎ２との間の屈折率とされている。別言すれば、それぞれの屈折率ｎ１～ｎ４は、
ｎ１＞ｎ２＞ｎ３
ｎ１＞ｎ４
ｎ３＜ｎ４
を全て満たしている。従って、それぞれのコア要素１０を屈折率の観点から見る場合に、それぞれのコア要素１０は、第２クラッド１３が第１クラッド１２及びクラッド２０よりも低いため、トレンチ構造を有している。
　なお、図１の（Ｂ）においては、内側保護層３１、及び、外側保護層３２の屈折率については省略している。
　このように第２クラッド１３の屈折率ｎ３が、第１クラッド１２の屈折率ｎ２及びクラッド２０の屈折率ｎ４よりも小さくされることで、光はクラッド２０側よりもコア１１に引き寄せられる。このため、コア１１への光の閉じ込め効果が大きくなり、コア１１を伝播する光がそれぞれのコア要素１０から漏えいすることを低減することができる。そして、屈折率の低い第２クラッド１３及びクラッド２０が障壁となり、互いに隣り合うコア１１同士のクロストークを低減することができる。
　なお、本実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、第１クラッド１２の屈折率ｎ２が、クラッド２０の屈折率ｎ４よりも高くされているが、第１クラッド１２のクラッド２０に対する比屈折率差が、略ゼロとされても良く、第１クラッド１２の屈折率が、クラッド２０の屈折率ｎ４と第２クラッド１３の屈折率ｎ３との間に設定されても良い。この第１クラッド１２のクラッド２０に対する比屈折率差は、波長分散特性の調整のために正負の値に適時設定される。
　また、本実施形態においては、上述のように、それぞれのコア１１の直径ｄ１は互いに等しくされ、それぞれの第１クラッド１２の外径ｄ２は互いに等しくされ、それぞれの第２クラッド１３の外径ｄ３は互いに等しくされており、更に、それぞれのコア１１の屈折率ｎ１は互いに等しくされ、それぞれの第１クラッド１２の屈折率ｎ２は互いに等しくされ、それぞれの第２クラッド１３の屈折率ｎ３は互いに等しくされている。しかし、互いに隣り合うコア１１の実効屈折率が異なるように、互いに隣り合うコア１１の直径ｄ１や屈折率ｎ１が互いに異なるようにされても良く、互いに隣り合う第１クラッド１２の外径ｄ２や屈折率ｎ２が互いに異なるようにされても良く、互いに隣り合う第２クラッド１３の外径ｄ３や屈折率ｎ３が互いに異なるようにされても良い。このように互いの隣り合うコアの実効屈折率が異なることにより、互いに隣り合うコアの伝搬定数が異なり、クロストークをより低減させることができる。
　次に、クラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。
　図２は、クラッドの直径と、クラッド内に配置することができるコア要素の数との関係を示す図である。図２において、横軸はクラッドの直径を示し、縦軸はコアが円環状に配置される場合のクラッド内に配置することができるコア要素の数を示す。図２においては、コアの実効断面積Ａｅｆｆを波長１５５０ｎｍにおいて１１０μｍ２として、長さが１００ｋｍにおけるクロストークを－３０ｄＢした。なお、図２において、クラッドを被覆する保護層の影響による過剰な損失発生を抑制するために、コアの中心とクラッドの外周面との最短距離ＯＣＴを４０μｍとした。
　まず、従来の一般的な配置である六方細密配置の場合にクラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。なお、このような配置においては、中心のコアから高次モードの光が逃げづらくなる観点からからコア間距離を４０μｍより小さくすることは困難である。図２より、コア間距離が４０μｍである場合、クラッドの外径が１６０μｍ以上であれば、中心に１つと、その周りに６つのコア要素を配置することができる。すなわち、コア要素を１－６配置とすることができ、７つのコア要素を配置することができる。しかし、クラッドの直径が２１９μｍ以上となるまで、これ以上多くのコア要素を配置することが寸法上できない。そして、クラッドの直径が２１９μｍ以上であれば、更に外周側に６つのコア要素を配置することができ、コア要素を１－６－６配置とすることができるので、コア要素の数を１３とすることができる。つまり、クラッドの外径が１６０μｍより大きい場合であっても、クラッドの外径に合わせてコアの数を徐々に多くすることができない。また、クラッドの外径が２１９μｍ以上である場合においては、クラッドの直径が２４０μｍ以上となるまで、コア要素の数を１３より多くすることができない。そして、クラッドの直径が２４０μｍ以上であれば、最外周のコア要素の数を６から１２に増やすことができ、コア要素を１－６－１２配置とすることができるので、コアの数を１９とすることができる。つまり、クラッドの外径が２１９μｍより大きい場合であっても、クラッドの外径に合わせてコアの数を徐々に多くすることができない。このように従来のマルチコアファイバにおいては、クラッドの外径が大きくなるごとに徐々にコア要素の数を増やすことができなかった。別言すれば、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができなかった。
　次に本発明のマルチコアファイバの内、それぞれのコア要素が、互いに隣り合うコアの中心間距離が等間隔で、それぞれのコアの中心が円環状に配列するように配置される形態において、クラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。
　まず、上述した従来のマルチコアファイバと同様にコア間距離が４０μｍである場合にクラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。図２より、このようなコア間距離である場合、クラッドの直径が１６０μｍでれば、６つのコア要素を配置することができる。この状態が図１に示すマルチコアファイバ１である。そして、クラッドの外径が１７２μｍ以上であれば、コア要素を７つ配置することができ、クラッドの外径が１８４μｍ以上であれば、コア要素を８つ配置することができ、クラッドの外径が１９６μｍ以上であれば、コア要素を９つ配置することができる。更に、クラッドの外径が２０９μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１０となり、クラッドの外径が２２１μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１１となり、クラッドの外径が２３４μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１２となり、クラッドの外径が２４７μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１３となる。このように、本発明のマルチコアファイバによれば、コア間距離が４０μｍである場合、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）の一部（１８４μｍ～２１９μｍ）において、コア要素の数を８～１０とすることができ、クラッドの外径に応じて、従来のマルチコアファイバよりも多くのコア要素を配置することができる。
　上記のように従来の六方細密配置では、コア間距離を４０μｍより小さくすることができないが、本発明のマルチコアファイバによれば、コア間距離を４０μｍより小さくすることができる。そこで、次に、コア間距離が３５μｍである場合に、クラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。図２より、このようなコア間距離である場合、クラッドの直径が１６０μｍ未満でも、６つのコア要素を配置することができる。そして、クラッドの外径が１６０μｍ以上であれば、コア要素を７つ配置することができ、クラッドの外径が１７１μｍ以上であれば、コア要素を８つ配置することができ、クラッドの外径が１８２μｍ以上であれば、コア要素を９つ配置することができる。更に、クラッドの外径が１９３μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１０となり、クラッドの外径が２０４μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１１となり、クラッドの外径が２１５μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１２となり、クラッドの外径が２２６μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１３となり、クラッドの外径が２３７μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１４となり、クラッドの外径が２４８μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１５となり、クラッドの外径が２５９μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１６となる。このように、本発明のマルチコアファイバによれば、コア間距離を３５μｍにすることにより、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）の多くの範囲（１７１μｍ～２１９μｍ）において、コア要素の数を８～１２とすることができ、クラッドの外径に応じて、従来のマルチコアファイバよりも多くのコア要素を配置することができる。
　次に、コア間距離が３０μｍである場合にクラッド内に配置することができるコア要素の数について説明する。図２より、このようなコア間距離である場合、クラッドの直径が１６０μｍでれば、８つのコア要素を配置することができ、従来の六方細密配置によるコア要素の配置よりも多くのコアを配置することができる。そして、クラッドの外径が１６７μｍ以上であれば、コア要素を９つ配置することができる。更に、クラッドの外径が１７７μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１０となり、クラッドの外径が１８６μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１１となり、クラッドの外径が１９５μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１２となり、クラッドの外径が２０５μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１３となり、クラッドの外径が２１４μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１４となり、クラッドの外径が２２４μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１５となり、クラッドの外径が２３３μｍ以上であれば、配置することができるコア要素の数は１６となる。このように、本発明のマルチコアファイバによれば、コア間距離が３０μｍとすることにより、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）の全てにおいて、クラッドの外径に応じて、８～１４のコア要素を配置することができる。
　ところで、光ファイバは、直線的ではなく曲げられた状態で設置される場合が多い。光ファイバが曲げられて設置される場合、その破断確率を低く抑えるために、クラッドの外径は、２００μｍ以下とされることが好ましい。このことは“Ｌａｒｇｅ－ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ－ａｒｅａ　ｔｅｎ－ｃｏｒｅ　ｆｉｂｅｒ　ｗｉｔｈ　ｃｌａｄｄｉｎｇ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　２００　ｍａｉｋｕｒｏｍ”　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．　３６，　Ｉｓｓｕｅ　２３，　ｐｐ．　４６２６－４６２８　（２０１１）に詳しく記載されている。このようにクラッドの外径が２００μｍ以下である場合、図２から、従来の六方細密配置では、コア要素は７つの配置のみとされる。しかし、本発明のマルチコアファイバによれば、クラッドの外径に応じて、例えば、コア間距離を小さくすることにより、６から１２のコア要素を配置することができる。
　以上、説明したように、それぞれのコア要素がトレンチ型であるマルチコアファイバにおいては、コア要素を敢えて六方細密配置せずに特定のコア要素が複数のコアで囲まれない構造として、コア間距離を小さくすることにより、クラッドの外径に応じてコア要素の数を多くすることができる。しかも、それぞれのコア要素がトレンチ型の屈折率分布を有するため、互いに隣り合うコアのクロストークを抑制することができる。このように本実施形態のマルチコアファイバによれば、互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができる。
　次にそれぞれのコアの実効コア断面積Ａｅｆｆについて説明する。それぞれのコアを伝播する光の伝送特性の均質性や、複数の光ファイバを接続する場合に接続による損失を防止する観点から、それぞれのコアの実効断面積Ａｅｆｆの差は、２０μｍ２以内であること望ましい。
　ここで、コアのモードフィールド径が互いに異なり、それぞれＭＦＤ１とＭＦＤ２とされる２つの光ファイバを考察する。これらの光ファイバが接続される場合の接続損失は、以下の式（１）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　式（１）より、モードフィールド径ＭＦＤの差が１μｍ程度であっても、接続による損失は０．０６ｄＢとなり、光ファイバを実用する上で問題とならないことが分かる。また、一般的に広く用いられているシングルモードファイバは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２（２００９年１１月版）として勧告化されており、そのモードフィールド径ＭＦＤのトーレランスは±０．６μｍ、と規定されている。また、海底線路などの長距離伝送線路用ファイバは、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５４（２００６年１２月）として勧告化されており、そのモードフィールド径のトーレランスは±０．７μｍと規定されている。これらのトーレランスは、軸ずれも含めた接続損失の観点から定められたものであるので、上記のように、モードフィールド径の差が１μｍ以内であれば、国際勧告にも準拠した十分に低い接続損失とすることができる。
　また、光ファイバを伝播する光のモードフィールド径ＭＦＤと、このときの実効断面積Ａｅｆｆとの関係は、下記式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　ただし、ｋはコアの屈折率分に依存する係数である。ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．２，　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｅｄｉａ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　－　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅ　ｃａｂｌｅｓ（２００７年７月版）によると、一般的な光ファイバにおいて、ｋは概ね０．９６０～０．９８５の値をとる。上記式（２）から、コアの実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２の光ファイバと、コアの実効断面積Ａｅｆｆが１２０μｍ２の光ファイバとでは、モードフィールド径ＭＦＤの差が約１μｍとなる。従って、それぞれのコアの実効断面積Ａｅｆｆの差は、２０μｍ２以内であるマルチコアファイバを複数接続しても、接続損失を十分に小さくすることができる。
　以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態おいて、コアの数を６つとしたが、コアの数は、６つ以上であれば、その数に特に制限はない。図３は、このようなマルチコアファイバの例を示す図であり、上記実施形態のマルチコアファイバの変形例１を示す図である。なお、図３を説明するにあたり、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図３に示すマルチコアファイバ２では、上記実施形態のそれぞれのコア要素１０の数が増やされ、コア要素が全体で１２個とされている。そして、それぞれのコア１１は、それぞれの中心間距離が互いに等しく、中心がクラッド２０の軸に一致した正１２角形状となるように配置されている。なお、それぞれのコア１１は、中心がクラッド２０の軸に一致した円環状に配置されていると把握することもできる。この場合、コア間距離が３５μｍの場合、クラッド２０の直径は２１５μｍとなり、また、コア間距離が３０μｍの場合、クラッド２０の直径は１９６μｍとなり、このような構造であれば、十分な信頼性を得ることができる。このようにコア１１の数（コア要素１０の数）が多い場合であっても、コア間距離を小さくすることにより、クラッド２０の外径に応じてコア要素１０の数を多くすることができる。
　また、コア要素１０の数をｎとする場合、コア１１が正ｎ角形状に配置されなくても良い。図４は、このようなマルチコアファイバの例を示す図であり、上記実施形態のマルチコアファイバの変形例２を示す図である。なお、図４を説明するにあたり、上記実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号を付して特に説明する場合を除き重複する説明は省略する。図４に示すマルチコアファイバ３では、図３に示すマルチコアファイバと同様に上記実施形態のそれぞれのコア要素１０の数が増やされ、コア要素が全体で１２個とされている。そして、それぞれのコア１１は、それぞれの中心間距離が互いに等しく、全体が正六角形となるように配置されている。つまり、６つの各頂点及び６つの各辺にコアが配置され、それぞれのコア間距離が等しい正六角形とされている。この場合、コア間距離が３５μｍの場合、クラッド２０の直径は２２０μｍとなり、また、コア間距離が３０μｍの場合、クラッド２０の直径は２００μｍとなり、このような構造であっても、十分な信頼性を得ることができる。本変形例２のようにコアが全体として六角形となるように配置される場合においては、スタックアンドドロー法を用いてマルチコアファイバを製造する際に、コアを有するガラスロッドを配置し易い観点から好ましい。
　また、特に図示しないが、８つのコア要素を有するマルチコアファイバにおいては、８つのコアが正八角形となるように配置されても良く、例えば、正四角形となるように配置されても良い。コアが正四角形となるように配置される場合、各頂点に１つのコアがそれぞれ配置され、四角形の各辺の中点に１つのコアがそれぞれ配置されれば良い。８つのコアが正八角形に配置される場合、コア間距離が４０μｍとされる場合、クラッドの直径は１９３μｍとなり、コア間距離が３５μｍとされる場合、クラッドの直径は１７１μｍとなり、コア間距離が３０μｍとされる場合、クラッドの直径は１５３μｍとなる。一方、上記のように８つのコアが正四角形に配置されるマルチコアファイバにおいては、コア間距離が４０μｍとされる場合、クラッドの直径は１９３μｍとなり、コア間距離が３５μｍとされる場合、クラッドの直径は１７９μｍとなり、コア間距離が３０μｍとされる場合、クラッドの直径は１６５μｍとなる。このような構造であっても、十分な信頼性を得ることができ、また、クラッドの外径に応じてコア要素の数を多くすることができる。
　このようにコア要素の数がｎ個（ｎは６以上）である場合に、それぞれのコアが全体としてｎ角形に配置されない場合であっても、本変形例のように、コアが全体として、中心がクラッドの軸に一致し、各頂点及び各辺にコアが配置され、それぞれのコア間距離が等しい正多角形になることが、クラッドの外径に応じてコア要素の数を多くすることができるため好ましい。この場合、正多角形の頂点の数は、コアの数を２以上の整数で割った数となる。従って、ｎは２以上の整数で割りきれる数となる。例えば、上記のようにコアが正六角形状に配置される場合、コア要素の数が６つでそれぞれのコアが正六角形状に配置される他に、コア要素の数が、１２以上の６の倍数とされ、それぞれのコア正六角形状に配置されても良い。
　なお、最も多くのコアをクラッド内に配置するためには、上記の実施形態や変形例１のように、コアの数をｎとする場合、コアが正ｎ角形状に配置されることが好ましい。
　以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
　（実施例１）
　クラッド内において、互いに隣り合うコア間距離が等しく、コアの中心が円環状にとなるように、図１（Ｂ）に示す屈折率分布を有する６つ以上のコア要素が配置されたマルチコアファイバを検討した。このマルチコアファイバにおいて、コアの半径をｒ１、第１クラッドの半径をｒ２、第２クラッドの厚さをｗとして、ｒ２／ｒ１＝２．０とし、ｗ／ｒ１＝１．１とした。更に、第１クラッドのクラッドに対する比屈折率差Δ２を０とし、第２クラッドのクラッドに対する比屈折率差Δ２を－０．７％とし、コア間距離Λを３４μｍとした。
　ここで、長さＬのマルチコアファイバが、半径Ｒで曲げられる場合のクロストークＸＴは、下記の式（３）で与えられることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ただし、κは互いに隣り合うコアの結合係数であり、βは伝搬定数である。
　ここで、コアの半径ｒ１、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１に対する、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長の分布を図５に示す。
　図５において、横軸はコアの半径ｒ１を示し、縦軸はコアのクラッドに対する比屈折率差Δ１を示している。また、点線で示すλｃは、カットオフ波長が１５３０ｎｍとなるパラメータを示している。波長１．５μｍ帯でシングルモード伝送を保証するための光ファイバを実現するためには、点線で示すλｃよりも左下の領域にあるパラメータを用いる必要がある。
　図５において、実線は実効断面積Ａｅｆｆの分布の様子を示している。具体的には、実効断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２，９０μｍ２，１００μｍ２，１１０μｍ２の場合の分布を示している。また、破線は結合係数κの分布を示している。具体的には、結合係数κが０．００１，０．００２，０．０１の場合の分布を示している。ここで、図５において、実効断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２における結合係数κと解を有する点をＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが９０μｍ２における結合係数κと解を有する点をＢ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２における結合係数κと解を有する点をＣ点として、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点について考察をした。図５に示すように、本実施形態においては、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点は結合係数κが０．００１の線上にプロットすることができ、Ｂ点は結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができ、Ｃ点は結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　また、マルチコアファイバの長さＬを１００ｋｍとし、曲げ半径Ｒを２００ｍｍとすると、上記式（３）より、Ａ点におけるクロストークＸＴは－３７ｄＢとなり、結合係数κが互いに等しいＢ点、Ｃ点におけるクロストークＸＴは－３１ｄＢとなる。このようなクロストーク値であれば、光ファイバとして十分に実用可能な値である。
　次に、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点におけるクラッドの外径とコアの数との関係を図６に示す。なお、実効断面積Ａｅｆｆが、８０μｍ２の場合、コアの中心とクラッドの外周面との最短距離が３０μｍ以上であれば良く、実効断面積Ａｅｆｆが、１１０μｍ２の場合、コアの中心とクラッドの外周面との最短距離が４０μｍ以上であれば良いことが知られている。そこで、図６においては、これらのことを基にして、コアの中心とクラッドの外周面との最短距離を線形補間することで、任意の実効断面積におけるコアの中心とクラッドの外周面との最短距離を求めて、配置可能なコアの数を求めている。なお、図６においては、図２に示す従来の六方細密配置の場合におけるクラッドの外径とコアの数との関係も示している。図６より、コアの実効断面積Ａｅｆｆを適宜変更することで、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）において、７から１４のコアをクラッドの外径に応じて配置することができ、従来のマルチコアファイバにおいて１３のコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（２１９μｍ～２４０μｍ）において、最大１６のコアを配置することができる。
　このように本発明のマルチコアファイバによれば、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができることが分かる。
　（実施例２）
　第２クラッドの厚さｗを厚くして、ｗ／ｒ１＝１．２としたこと以外は、実施例１と同様のマルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を図７に示す。なお、図示の方法は図５と同様である。図７において、コアの実効断面積Ａｅｆｆが、実施例１とＡ点、Ｂ点、Ｃ点と同じ条件のＡ点、Ｂ点、Ｃ点を考察した。この結果、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点は、実施例１のＡ点、Ｂ点、Ｃ点と同様の結合係数κとなった。そして、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点は、それぞれ実施例１のＡ点、Ｂ点、Ｃ点よりも、カットオフ波長λｃの線から離れる結果となった。従って、第２クラッドを厚くすることにより、実施例１よりも更に製造に適した設計となっていることが分かる。
　（実施例３）
　第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１＝０．８とし、コア間距離Λを３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様マルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図５と同様の方法で図８に示す。そして、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＡ点と同じ８０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＡ点とした。図８に示すように、本実施例の場合、Ａ点は、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　（実施例４）
　第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１＝０．９とし、コア間距離Λを３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様マルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図５と同様の方法で図９に示す。そして、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＡ点と同じ８０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＢ点と同じ９０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＢ点とした。図９に示すように、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点及びＢ点は、共に結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　（実施例５）
　第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１＝１．０とし、コア間距離Λを３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様マルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図５と同様の方法で図１０に示す。なお、図１０の斜線の領域は、互いに隣接するコア要素の第２クラッド層同士が重なる領域を示している。本例では、ｒ１＝５．８３μｍに相当する。そして、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＡ点と同じ８０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＢ点と同じ９０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＢ点とした。図１０に示すように、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点は、結合係数κが０．００１の線上にプロットすることができ、Ｂ点は、結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　（実施例６）
　第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１＝１．１とし、コア間距離Λを３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様マルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図５と同様の方法で図１１に示す。そして、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＡ点と同じ８０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＢ点と同じ９０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＢ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＣ点と同じ１００μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＣ点とした。図１１に示すように、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点及びＢ点は、共に結合係数κが０．００１の線上にプロットすることができ、Ｃ点は、結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　（実施例７）
　第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１＝１．２とし、コア間距離Λを３５μｍとしたこと以外は、実施例１と同様マルチコアファイバを検討した。この場合のコアの半径ｒ１と、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１との関係において、コアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図５と同様の方法で図１２に示す。そして、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＡ点と同じ８０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＢ点と同じ９０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＢ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが実施例１のＣ点と同じ１００μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＣ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが１１０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＤ点とした。図１１に示すように、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点及びＢ点は、共に結合係数κが０．００１の線上にプロットすることができ、Ｃ点及びＤ点は、結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。本実施例では、実施例１ではプロットできなかったＤ点をプロットすることができた。
　図８から図１２に示すように、第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、コアの実効断面積が同じであっても、結合係数κがより小さな解が存在することが分かる。つまり、コアの実効断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２であるＡ点の場合、実施例３及び実施例４では、結合係数κは０．００２であるのに対し、実施例５から実施例７では、結合係数κは０．００１となる。点Ｂ、点Ｃについても同様のことが言える。これは、式（３）より、クロストークがより小さくなることを示す。従って、コアの実効断面積Ａｅｆｆが大きくなる場合であっても、比ｗ／ｒ１を大きくすることによりクロストークが抑制されたマルチコアファイバを実現できることが分かった。
　更に、第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、同じクロストーク特性を維持しつつコアの実効断面積Ａｅｆｆを大きくすることができることが分かった。つまり、実施例４では、実施例３よりも第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、実施例３では得られなかったコアの実効断面積Ａｅｆｆが９０μｍ２の解を得ることができ、Ｂ点をプロットすることができた。同様に、実施例６では、実施例３から実施例５よりも第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、実施例３から実施例５では得られなかったコアの実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２の解を得ることができ、Ｃ点をプロットすることができた。同様に、実施例７においては、第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、実施例３から実施例６において解を得られなかったコアの実効断面積Ａｅｆｆが１１０μｍ２の解を得ることができ、点Ｄをプロットすることができた。このように、第２クラッドの厚さｗと、コアの半径をｒ１との比ｗ／ｒ１を大きくすることにより、より大きな実効コア断面積をすることができ、光の歪を小さくすることができて、通信品質を向上させ得ることが分かった。
　次に、実施例３～７について、Ａ点～Ｄ点におけるクラッドの外径とコアの数との関係を図１３に示す。なお、図１３においては、図２に示す、従来の六方細密配置の場合におけるクラッドの外径とコアの数との関係も示している。図１３に示すように、実施例３～７のマルチコアファイバによれば、コアの実効断面積Ａｅｆｆを適宜変更することで、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）において、６から１４のコア要素をクラッドの外径に応じて配置することができ、従来のマルチコアファイバにおいて１３のコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（２１９μｍ～２４０μｍ）において、最大１６のコアを配置することができる。このように本発明のマルチコアファイバによれば、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができることが分かる。
　（実施例８）
　コア間距離Λを３６μｍとしたこと以外は、実施例７と同様にして、コアの半径ｒ１、及び、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ１に対するコアの実効断面積Ａｅｆｆ、及び、結合係数κ、及び、カットオフ波長λｃの分布を調べた。この様子を図１４に示す。そして、実効断面積Ａｅｆｆが８０μｍ２で、結合係数κと解を有するＡ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが９０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＢ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＣ点とし、実効断面積Ａｅｆｆが１１０μｍ２で、結合係数κと解を有する点をＤ点とした。図１４に示すように、光ファイバとして使用可能なカットオフ波長λｃより左の領域において、Ａ点は、結合係数κが０．００１よりも小さい場所においてプロットすることができ、Ｂ点及びＣ点は、共に結合係数κが０．００１の線上にプロットすることができ、Ｄ点は、結合係数κが０．００２の線上にプロットすることができる結果となった。
　本実施例においては、図１４のＣ点から分かるように、コアの実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２の場合であっても結合係数κが０．００１ｍ－１の解が存在する。従って、よりクロストークが抑制されたマルチコアファイバを実現することができることが分かる。また、コアの実効断面積Ａｅｆｆが１００μｍ２の場合であっても、カットオフ波長λｃに対する余裕を十分に取ることができることが分かる。
　次に本実施例のＡ点～Ｄ点におけるクラッドの外径とコアの数との関係を図１５に示す。なお、図１５においては、図２に示す従来の六方細密配置の場合におけるクラッドの外径とコアの数との関係も示している。図１５に示すように、実施例８のマルチコアファイバによれば、コアの実効断面積Ａｅｆｆを適宜変更することで、従来のマルチコアファイバにおいて７つのコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（１６０μｍ～２１９μｍ）において、６から１３のコアをクラッドの外径に応じて配置することができ、従来のマルチコアファイバにおいて１３のコア要素のみ配置することができるクラッドの直径の範囲（２１９μｍ～２４０μｍ）において、最大１５のコアを配置することができる。このように本発明のマルチコアファイバによれば、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができることが分かる。
　次に実施例１～８のマルチコアファイバ、及び、従来の六方細密配置の場合のマルチコアファイバにおいて、コア間距離Λとの比と、クロストークとの関係について考察する。図１６は、コアの実効断面積Ａｅｆｆの平方根とコア間距離Λの自乗との比と、クロストークとの関係について示している。図１６においては、それぞれのコアを光が１００ｋｍ伝播する場合におけるクロストークをＸＴ［ｄＢ］とし、それぞれのコアの有効コア断面積をＡｅｆｆ［μｍ２］とし、互いに隣り合うコアの中心間距離をΛとしている。なお、図１６において、四角で示す印は、実施例１～８のマルチコアファイバを示し、丸で示す印は、従来の六方細密配置の場合のマルチコアファイバを示し、直線は、下記式（４）を表す線である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　従って、図１６に示すように、実施例１～８のマルチコアファイバは、下記式（５）を満たすことが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　このように実施例１～８のマルチコアファイバは、上式（５）を満たすことから、コア間距離Λをより小さくしつつも、低いクロストークを実現できていることが分かる。
　従って、本発明によれば、コア間距離を小さくしつつも低いクロストークを実現できるため、クラッドの外径に応じてより多くのコア要素を配置することができることが確認できた。
　以上説明したように、本発明によれば、互いに隣り合うコア同士のクロストークを抑制しつつも、クラッドの外径に応じて多くのコアを配置することができるマルチコアファイバが提供され、通信用ケーブル等に良好に利用することができる。
　１・・・マルチコアファイバ
　１０・・・コア要素
　１１・・・コア
　１２・・・第１クラッド
　１３・・・第２クラッド
　２０・・・クラッド
　３１・・・内側保護層
　３２・・・外側保護層

Claims (6)

  1. 　コアと、前記コアの外周面を囲む第１クラッドと、前記第１クラッドの外周面を囲む第２クラッドと、を有する６個以上のコア要素と、
    　それぞれの前記コア要素を囲むクラッドと、
    を備え、
    　前記コアの屈折率をｎ１とし、前記第１クラッドの屈折率をｎ２とし、前記第２クラッドの屈折率をｎ３とし、前記クラッドの屈折率をｎ４とする場合、
    ｎ１＞ｎ２＞ｎ３
    ｎ１＞ｎ４
    ｎ３＜ｎ４
    の全てを満たし、
    　それぞれの前記コア要素は、互いに隣り合う前記コアの中心間距離が等間隔で、それぞれの前記コアの中心が環状に配列するように、配置される
    ことを特徴とするマルチコアファイバ。
  2. 　前記コア要素の数をｎとする場合、それぞれの前記コアは正ｎ角形状に配置される
    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. 　前記コア要素の数をｎとする場合、ｎは２以上の整数で割りきれる６以上の数であり、それぞれの前記コアはｎを前記整数で割った数の頂点を有する正多角形状に配置される
    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. 　前記コア要素の数が、１２以上の６の倍数とされ、前記コアは、正六角形状に配置される
    ことを特徴とする請求項３に記載のマルチコアファイバ。
  5. 　それぞれの前記コアを光が１００ｋｍ伝播する場合におけるクロストークをＸＴ［ｄＢ］とし、それぞれの前記コアの有効コア断面積をＡｅｆｆ［μｍ２］とし、互いに隣り合う前記コアの中心間距離をΛとする場合に、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     を満たすことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のマルチコアファイバ。
  6. 　それぞれの前記コアの有効コア断面積の差が２０［μｍ２］以内であることを特徴とする請求項５に記載のマルチコアファイバ。
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