JP2012215696A - マルチコアファイバ、マルチコア分散マネジメントファイバ、及びマルチコア分散マネジメントファイバを含む光ファイバ通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークを低減し、かつ伝送特性の低下を抑えたマルチコアファイバ、そのマルチコアファイバを用いたマルチコア分散マネジメントファイバ、及びそのマルチコア分散マネジメントファイバを含む光ファイバ通信システムを提供する。
【解決手段】本発明の一態様においては、負の分散値を有する第１の負分散コア１１１と正の分散値を有する第１の正分散コア１１２を有する第１のマルチコアファイバ１１と、負の分散値を有する第２の負分散コア１３２と正の分散値を有する第２の正分散コア１３１を有する第２のマルチコアファイバ１３と、を有する分散マネジメントファイバ１０が提供される。第１の負分散コア１１１及び第２の正分散コア１３１を含むコア内を伝送される光の分散、及び第２の負分散コア１３２と第１の正分散コア１１２を含むコア内を伝送される光の分散は補償される。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチコアファイバ、マルチコア分散マネジメントファイバ、及びマルチコア分散マネジメントファイバを含む光ファイバ通信システムに関する。

近年、複数本のコアを有する光ファイバであるマルチコアファイバを伝送用ファイバとして用いる技術が提案されている。マルチコアファイバを用いることにより、１本のコアを有する光ファイバを用いる場合よりも伝送容量を大きくすることができる。

このようなマルチコアファイバの一つとして、コア間のクロストークを低減するために、屈折率分布や径を異ならせることによって異なった光学特性を与えられたコアが隣接して共通のクラッド中に配置されたマルチコアファイバが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１８０１３号公報

しかし、光学特性が異なるコアを含む場合、特に有効断面積が小さいコアにおいて、自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）、四光波混合（ＦＷＭ）等の光ファイバの非線形現象により伝送信号波形が劣化し、マルチコアファイバの伝送特性が低下するおそれがある。

したがって、本発明の目的の一つは、クロストークを低減し、かつ伝送特性の低下を抑えたマルチコアファイバ、そのマルチコアファイバを用いたマルチコア分散マネジメントファイバ、及びそのマルチコア分散マネジメントファイバを含む光ファイバ通信システムを提供することにある。

本発明の一態様においては、負の分散値を有する第１の負分散コアと正の分散値を有する第１の正分散コアを有する第１のマルチコアファイバと、負の分散値を有する第２の負分散コアと正の分散値を有する第２の正分散コアを有する第２のマルチコアファイバと、を有する分散マネジメントファイバが提供される。前記第１の負分散コアの有効断面積は前記第１の正分散コアの有効断面積よりも小さく、前記第２の負分散コアの有効断面積は前記第２の正分散コアの有効断面積よりも小さい。前記第１の負分散コアと前記第２の正分散コアとが光学的に接続され、かつ前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアとが光学的に接続されるように、前記第１のマルチコアファイバと前記第２のマルチコアファイバは光学的に接続される。前記第１の負分散コア及び前記第２の正分散コアを含むコア内を伝送される光の分散、及び前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアを含むコア内を伝送される光の分散は補償される。

上記分散マネジメントファイバにおいては、前記第１のマルチコアファイバと前記第２のマルチコアファイバは、正の分散値を有する第３の正分散コアと正の分散値を有する第４の正分散コアを有する第３のマルチコアファイバを介して光学的に接続され、前記第１の負分散コアと前記第２の正分散コアは、前記第３の正分散コアを介して光学的に接続され、前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアは、前記第４の正分散コアを介して光学的に接続されることが好ましい。

また、上記分散マネジメントファイバにおいては、前記第１の負分散コアの前記有効断面積と前記第２の負分散コアの前記有効断面積は等しく、前記第１の正分散コアの前記有効断面積と前記第２の正分散コアの前記有効断面積は等しく、前記第３の正分散コアの有効断面積と前記第４の正分散コアの有効断面積は等しいことが好ましい。

また、上記分散マネジメントファイバにおいては、前記第３の正分散コアの有効断面積が、前記第１の負分散コアの有効断面積よりも大きく、かつ前記第１の正分散コアの有効断面積よりも小さく、前記第４の正分散コアの有効断面積が、前記第２の負分散コアの有効断面積よりも大きく、かつ前記第２の正分散コアの有効断面積よりも小さいことが好ましい。

また、上記分散マネジメントファイバにおいては、前記第１の負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ１、前記第１の正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢ１とすると、Ａ１とＢ１の比が０．９〜１．１の範囲内にあり、前記第２の負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ２、前記第２の正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢ２とすると、Ａ２とＢ２の比が０．９〜１．１の範囲内にあることが好ましい。

また、本発明の他の態様においては、光信号を発する光送信機と、前記光送信機から発せられた前記光信号を伝送する上記分散マネジメントファイバと、前記分散マネジメントファイバ内を伝送された前記光信号を受信する光受信機と、を含む光ファイバ通信システムが提供される。

また、本発明の他の態様においては、正の分散値を有する正分散コアと、前記正分散コアよりも有効断面積の小さい、負の分散値を有する負分散コアを有し、前記負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ、前記正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢとすると、ＡとＢの比が０．９〜１．１の範囲内にあるマルチコアファイバが提供される。

本発明によれば、クロストークを低減し、かつ伝送特性の低下を抑えたマルチコアファイバ、そのマルチコアファイバを用いたマルチコア分散マネジメントファイバ、及びそのマルチコア分散マネジメントファイバを含む光ファイバ通信システムを提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ通信システムの構成を概略的に表す図である。 図２（ａ）は、発明の実施の形態に係るマルチコア分散マネジメントファイバの拡大図であり、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、マルチコアファイバの断面図である。 図３（ａ）は、連結された正分散コア及び負分散コアを表す側面図である。図３（ｂ）は、光の分散の累積値を表すグラフである。 図４（ａ）は、連結された負分散コア及び正分散コアを表す側面図である。図４（ｂ）は、光の分散の累積値を表すグラフである。

〔実施の形態〕
図１は、本発明の実施の形態に係る光ファイバ通信システム１の構成を概略的に表す図である。光ファイバ通信システム１は、マルチコア分散マネジメントファイバ１０、光送信機２０（２０Ａ、２０Ｂ）、および光受信機３０（３０Ａ、３０Ｂ）を含む。光送信機２０Ａから発せられた光は、マルチコア分散マネジメントファイバ１０を通って、光受信機３０Ａに受信される。また、光送信機２０Ｂから発せられた光は、マルチコア分散マネジメントファイバ１０を通って、光受信機３０Ｂに受信される。

図１においては、光ファイバ通信システム１に２本のマルチコア分散マネジメントファイバ１０が含まれているが、光ファイバ通信システム１中のマルチコア分散マネジメントファイバ１０の本数は２に限定されない。また、光ファイバ通信システム１は、図１に示されるように、光増幅器３を含んでもよいが、伝送距離等に応じて省かれてもよい。

光送信機２０、マルチコア分散マネジメントファイバ１０、光増幅器３、光受信機３０は、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）等の光ファイバ４を介して光学的に接続される。マルチコア分散マネジメントファイバ１０と光ファイバ４は、マルチコアインターフェース２により接続される。

光送信機２０は、複数のレーザーダイオード等の光源２１、及び光源２１から発せられた光を合波する合波器２２を含む。

光受信機３０は、受信した光を分波する分波器３０、及び分波器３０により分波された光を受信する複数のフォトダイオード等の受光素子３１を含む。

光増幅器３は、例えばエルビウム添加光ファイバ増幅器（EDFA）であり、光ファイバ通信システム１中を伝送される光信号を増幅する機能を有する。

図２（ａ）は、マルチコア分散マネジメントファイバ１０の説明図である。図２（ａ）に示されるように、マルチコア分散マネジメントファイバ１０は、マルチコアファイバ１１、１２、１３が連結した構造を有する。マルチコアファイバ１１、１２、１３の長さの比は、例えば、１：１：１である。

図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれマルチコアファイバ１１、１２、１３の断面図である。

図２（ｂ）に示されるように、マルチコアファイバ１１は、負の分散値を有する負分散コア１１１、正の分散値を有する正分散コア１１２、及びこれらを覆うクラッド１１３を含む。マルチコアファイバ１１の一断面において、負分散コア１１１と正分散コア１１２は、互いに隣接するように交互に環状に配置される。

負分散コア１１１の有効断面積は、正分散コア１１２の有効断面積よりも小さい。負分散コア１１１及び正分散コア１１２の直径は、例えば、それぞれ６μｍ、１２μｍである。

例えば、負分散コア１１１及び正分散コア１１２はゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加した石英ガラスからなり、クラッド１１３は純粋な石英ガラスからなる。

負分散コア１１１の屈折率及び正分散コア１１２の屈折率は、クラッド１１３の屈折率よりも高い。例えば、負分散コア１１１とクラッド１１３の比屈折率差は１％であり、正分散コア１１２とクラッド１１３の比屈折率差は０．３８％である。

通信に用いる光の波長における負分散コア１１１のＲＤＳ（Relative Dispersion Slope）値と、正分散コア１１２のＲＤＳ値の比は０．９〜１．１の範囲内にある。ここで、ＲＤＳ値とは、分散スロープ値と分散値の比（分散スロープ値／分散値）をいう。また、分散スロープとは、横軸を波長（ｎｍ）、縦軸を分散値（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ）としてプロットされた曲線のある波長における接線の傾きをいう。通信に用いる光の波長は、例えば、光ファイバ固有の光損失が少なくなる１５５０ｎｍである。

例えば、１５５０ｎｍの波長における負分散コア１１１の分散値、及び分散スロープ値がそれぞれ−４１．０（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）及び−０．１３（ｐｓ／ｎｍ／ｎｍ／ｋｍ）である場合、ＲＤＳ値は０．００３２となる。また、１５５０ｎｍの波長における正分散コア１１２の分散値、及び分散スロープ値がそれぞれ２０．０（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）及び０．０６４（ｐｓ／ｎｍ／ｎｍ／ｋｍ）である場合、ＲＤＳ値は０．００３２となる。この場合、１５５０ｎｍの波長における負分散コア１１１のＲＤＳ値と正分散コア１１２のＲＤＳ値はほぼ等しくなる。

図２（ｃ）に示されるように、マルチコアファイバ１２は、正の分散値を有する正分散コア１２１、正の分散値を有する正分散コア１２２、及びこれらを覆うクラッド１２３を含む。

正分散コア１２１、１２２の屈折率は、クラッド１２３の屈折率よりも高い。例えば、正分散コア１２１、１２２はゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加した石英ガラスからなり、クラッド１２３は純粋な石英ガラスからなる。

図２（ｄ）に示されるように、マルチコアファイバ１３は、正の分散値を有する正分散コア１３１、負の分散値を有する負分散コア１３２、及びこれらを覆うクラッド１３３を含む。負分散コア１３２の有効断面積は、正分散コア１３１の有効断面積よりも小さい。マルチコアファイバ１３の一断面において、負分散コア１３２と正分散コア１３１は、互いに隣接するように交互に配置される。

正分散コア１３１の屈折率及び負分散コア１３２の屈折率は、クラッド１３３の屈折率よりも高い。例えば、正分散コア１３１及び負分散コア１３２はゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加した石英ガラスからなり、クラッド１３３は純粋な石英ガラスからなる。

通信に用いる光の波長における負分散コア１３２のＲＤＳ値と、正分散コア１３１のＲＤＳ値の比は、０．９〜１．１の範囲内にある。

負分散コア１１１、１３２、及び正分散コア１１２、１２１、１２２、１３１は、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）からなる。また、負分散コア１１１、１３２は、自身の周囲に単層または多層の固有のクラッドを有してもよい。

また、マルチコアファイバ１１におけるクラッド１１３の外周面と各コアの外周面との最短距離、マルチコアファイバ１２におけるクラッド１２３の外周面と各コアの外周面との最短距離、およびマルチコアファイバ１３におけるクラッド１３３の外周面と各コアの外周面との最短距離が、２５μｍ以上、例えば２５〜６０μｍの範囲内であることが好ましい。これにより、マルチコア分散マネジメントファイバ１０の曲げに対する耐性を高め、マイクロベンディング損失を抑えることができる。

図３（ａ）は、連結された正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２を表す説明図である。図３（ｂ）は、正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２内を伝送される光の分散の累積値を表すグラフである。

光が光送信機２０Ａから光受信機３０Ａに伝送されるとき、光は正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２から構成されるコア内を通り、マルチコアファイバ１１側からマルチコアファイバ１３側に進む。

例えば、正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２の有する所定の波長における分散値がそれぞれＤ、Ｄ、−２Ｄであるとすると、分散値の合計は０になる。すなわち、正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２内を伝送される光の分散は補償される。この様に、特性が異なる２種類以上のファイバを組み合わせて伝送路を構成することにより、ファイバの非線形効果を抑制し、分散スロープを低減させて伝送容量を増大する技術を分散マネジメントという。ここで、所定の波長とは、例えば、光ファイバ固有の光損失が少なくなる１５５０ｎｍである。

正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２の径は、その順番に段階的に小さくなるため、接続用のブリッジファイバ等を用いずに接続部における光損失（接続損失）を抑えることができる。

図４（ａ）は、連結された負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１を表す説明図である。図４（ｂ）は、負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１内を伝送される光の分散の累積値を表すグラフである。

光が光送信機２０Ｂから光受信機３０Ｂに伝送されるとき、光は負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１から構成されるコア内を通り、マルチコアファイバ１３側からマルチコアファイバ１１側に進む。

例えば、負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１の有する所定の波長における分散値がそれぞれ−２Ｄ、Ｄ、Ｄであるとすると、分散値の合計は０になる。すなわち、負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１内を伝送される光の分散は補償される。

負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１の径は、その順番に段階的に大きくなるため、接続用のブリッジファイバ等を用いずに接続損失を抑えることができる。

図２に示されるマルチコア分散マネジメントファイバ１０においては、負分散コア１１１、１３２の有効断面積が等しく、正分散コア１１２、１３１の有効断面積が等しく、また、正分散コア１２１、１２２の有効断面積が等しいが、マルチコア分散マネジメントファイバ１０内を伝送される光の分散が補償されるのであれば、これらの条件を満たさなくてもよい。

また、マルチコア分散マネジメントファイバ１０内を伝送される光の分散が補償されるのであれば、マルチコアファイバ１２が形成されずに、負分散コア１１１と正分散コア１３１が直接接続され、正分散コア１１２と負分散コア１３２が直接接続されてもよい。さらに、複数のマルチコアファイバがマルチコアファイバ１１、１３の間に形成されてもよい。

また、マルチコア分散マネジメントファイバ１０内を伝送される光の分散が補償されるのであれば、マルチコアファイバ１１、１２、１３の各々の長さ、各コアの分散値は限定されない。

また、マルチコア分散マネジメントファイバ１０のコアの本数及び配置は限定されない。

さらに、光が光送信機２０Ａから光受信機３０Ａに伝送されるときに負分散コア１１１、及び正分散コア１２１、１３１から構成されるコア内を通ってもよく、光送信機２０Ｂから光受信機３０Ｂに伝送されるときに正分散コア１１２、１２２、及び負分散コア１３２から構成されるコア内を通ってもよい。

（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、マルチコアファイバ１１、１３において、異なる有効断面積を有するために光学特性が異なるコアが互いに隣接するように配置されているため、クロストークを抑え、マルチコアファイバ１の伝送特性の低下を抑えることができる。また、自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）、四光波混合（ＦＷＭ）等の光ファイバの非線形現象を抑え、マルチコアファイバ１の伝送特性の低下を抑えることができる。

また、マルチコアファイバ１１、１３において、隣接するコアのＲＤＳ値比が、０．９〜１．１の範囲内にあるため、自己位相変調（ＳＰＭ）、相互位相変調（ＸＰＭ）、四光波混合（ＦＷＭ）等の光ファイバの非線形現象をより抑え、マルチコアファイバ１の伝送特性の低下を抑えることができる。

また、マルチコア分散マネジメントファイバ１０において、負の分散値を有する光ファイバと正の分散値を有する光ファイバを連結したものをコアとして用いることにより、光信号の分散を補償し、分散による波形の劣化を回復することができる。このため、長距離に渡って光を伝送することができ、例えば、海底光ファイバケーブルに用いることができる。

また、光ファイバ通信システム１において、マルチコア分散マネジメントファイバ１０内に光信号を伝送させることにより、伝送特性を向上させ、また、伝送距離を長距離化することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 光ファイバ通信システム
１０ マルチコア分散マネジメントファイバ
１１、１２、１３ マルチコアファイバ
１１１、１３２ 負分散コア
１１２、１２１、１２２、１３１ 正分散コア
２０ 光送信機
３０ 光受信機

Claims (7)

1. 負の分散値を有する第１の負分散コアと正の分散値を有する第１の正分散コアを有し、前記第１の負分散コアの有効断面積が前記第１の正分散コアの有効断面積よりも小さい第１のマルチコアファイバと、
   負の分散値を有する第２の負分散コアと正の分散値を有する第２の正分散コアを有し、前記第２の負分散コアの有効断面積が前記第２の正分散コアの有効断面積よりも小さい第２のマルチコアファイバと、
   を有し、
   前記第１の負分散コアと前記第２の正分散コアとが光学的に接続され、かつ前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアとが光学的に接続されるように、前記第１のマルチコアファイバと前記第２のマルチコアファイバは光学的に接続され、
   前記第１の負分散コア及び前記第２の正分散コアを含むコア内を伝送される光の分散、及び前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアを含むコア内を伝送される光の分散は補償される、
   分散マネジメントファイバ。
2. 前記第１のマルチコアファイバと前記第２のマルチコアファイバは、正の分散値を有する第３の正分散コアと正の分散値を有する第４の正分散コアを有する第３のマルチコアファイバを介して光学的に接続され、
   前記第１の負分散コアと前記第２の正分散コアは、前記第３の正分散コアを介して光学的に接続され、
   前記第２の負分散コアと前記第１の正分散コアは、前記第４の正分散コアを介して光学的に接続される、
   請求項１に記載の分散マネジメントファイバ。
3. 前記第１の負分散コアの前記有効断面積と前記第２の負分散コアの前記有効断面積は等しく、
   前記第１の正分散コアの前記有効断面積と前記第２の正分散コアの前記有効断面積は等しく、
   前記第３の正分散コアの有効断面積と前記第４の正分散コアの有効断面積は等しい、
   請求項２に記載の分散マネジメントファイバ。
4. 前記第３の正分散コアの有効断面積が、前記第１の負分散コアの有効断面積よりも大きく、かつ前記第２の正分散コアの有効断面積よりも小さく、
   前記第４の正分散コアの有効断面積が、前記第２の負分散コアの有効断面積よりも大きく、かつ前記第１の正分散コアの有効断面積よりも小さい、
   請求項２又は３に記載の分散マネジメントファイバ。
5. 前記第１の負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ１、前記第１の正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢ１とすると、Ａ１とＢ１の比が０．９〜１．１の範囲内にあり、
   前記第２の負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ２、前記第２の正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢ２とすると、Ａ２とＢ２の比が０．９〜１．１の範囲内にある、
   請求項３に記載の分散マネジメントファイバ。
6. 光信号を発する光送信機と、
   前記光送信機から発せられた前記光信号を伝送する請求項１から５のいずれかに記載された分散マネジメントファイバと、
   前記分散マネジメントファイバ内を伝送された前記光信号を受信する光受信機と、
   を含む光ファイバ通信システム。
7. 正の分散値を有する正分散コアと、
   前記正分散コアよりも有効断面積の小さい、負の分散値を有する負分散コアを有し、
   前記負分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＡ、前記正分散コアの分散スロープ値と分散値の比をＢとすると、ＡとＢの比が０．９〜１．１の範囲内にある、
   マルチコアファイバ。

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