JP5471776B2 - マルチコア光ファイバ - Google Patents

Description

本発明は、マルチコア光ファイバに関するものである。

マルチコア光ファイバは、ファイバ軸方向に延在する複数のコアが共通のクラッドで覆われている。複数のコアそれぞれが光学的に独立した光導波路として機能するので、マルチコア光ファイバは大容量の情報を伝送することができる。

非特許文献１に記載されたマルチコア光ファイバは、複数のコアのうち隣り合う２つのコアの間で屈折率が異なっており、これにより、隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なって、クロストークを抑制することができるとされている。また、マルチコア光ファイバは、複数のコアのうち隣り合う２つのコアの間でコア径が異なっていることによっても、隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なって、クロストークを抑制することができる。

このように隣り合う２つのコアの間のクロストークを抑制することができれば、隣り合う２つのコアの間の距離を小さくすることができ、１本のマルチコア光ファイバに含まれるコアの本数を多くすることができて、更なる大容量の情報の伝送が可能となる。すなわち、クロストーク低減およびコア高密度化の両立が可能となる。

また、マルチコア光ファイバは、複数のコアが純石英ガラスであってクラッドが弗素添加石英ガラスである場合には、各コアの伝送損失を小さくすることができるので、長距離伝送が可能となり、或いは、入射信号光パワーを小さくすることが可能である。

Masanori Koshiba, et al, "Heterogeneous multi-core fibers:proposal and design principle," IEICE Electronics Express, Vol.6, No.2,pp.98-103 (2009).

複数のコアが純石英ガラスであってクラッドが弗素添加石英ガラスであるマルチコア光ファイバでは、母材の一端が加熱溶融され線引されて製造される際に、粘性が高い純石英ガラスのコアに歪が集中することから、複数のコアのうちの特定のコアに応力が残留する場合がある。この残留応力により特定のコアの屈折率が設計値と異なるものとなって、この特定のコアと隣のコアとの間のクロストークが大きくなるという問題が生じる場合がある。また、残留応力により特定のコアの伝送損失が大きくなるという問題も生じる。

このような問題の発生を抑制する為に線引張力を低くすることが考えられる。すなわち、低張力線引を行うことによりコアの残留応力を小さくすることができる。しかし、低張力線引を行う為には線引炉の温度を上昇させる必要がある。一方で、線引速度の高速化の為にも線引炉の温度を上昇させる必要がある。マルチコア光ファイバの線引の際には、通常の光ファイバの線引の際より先に設備炉温制約の問題が現れ、通常の光ファイバの線引では不要な線引条件の管理が必要となる。また、低張力線引は、生産コスト低減のための高線速化を行い難い。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得るマルチコア光ファイバを提供することを目的とする。

本発明のマルチコア光ファイバは、複数のコアと、複数のコアの屈折率より低い屈折率を有し複数のコアを取り囲む共通のクラッドと、クラッドに接して設けられた高粘性領域とを有し、複数のコアおよび高粘性領域がファイバ軸方向に延在し、線引時の温度において、クラッドの粘性より複数のコアの最大粘性が大きく、複数のコアの最大粘性より高粘性領域の粘性が大きく、ファイバ軸に垂直な断面において複数の高粘性領域が断面中心に対して２回以上の回転対称性を有する位置に設けられていることを特徴とする。

本発明のマルチコア光ファイバでは、複数のコアは、塩素を添加された石英ガラスであり、高粘性領域は、複数のコアの塩素添加量より少ない塩素添加量である石英ガラスであり、クラッドは、弗素を添加された石英ガラスであるのが好適である。

本発明によれば、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得るマルチコア光ファイバを提供することができる。

比較例のマルチコア光ファイバ２の断面図である。 第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａの断面図である。 第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂの断面図である。 第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃの断面図である。 第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄの断面図である。 第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅの断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一または同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、比較例のマルチコア光ファイバ２の断面図である。この図はファイバ軸に垂直な断面を示している。比較例のマルチコア光ファイバ２は、ファイバ軸方向に延在する７個のコア１０〜１６と、これらコア１０〜１６を取り囲む共通のクラッド２０とを備える。コア１０〜１６およびクラッド２０はガラスからなる。

コア１０〜１６の屈折率はクラッド２０の屈折率より高い。コア１０〜１６それぞれの断面形状は円形である。ファイバ軸に垂直な断面において、コア１０は中央に配置され、６個のコア１１〜１６はコア１０を中心とする円の円周上に等ピッチで順に配置されている。コア間隔は２０μｍ〜５０μｍである。

コア１０〜１６およびクラッド２０それぞれは、石英ガラスを主成分として、必要に応じて屈折率調整用の不純物が添加される。例えば、コア１０〜１６は純石英ガラスであって、クラッド２０は弗素を添加された石英ガラスである。なお、「純石英ガラス」は、塩素を添加されている場合も含む。

コア１０はコア径ｄ_０を有する。コア１１，コア１３およびコア１５は共通のコア径ｄ_１を有する。また、コア１２，コア１４およびコア１６は共通のコア径ｄ_２を有する。コア径ｄ_０，コア径ｄ_１およびコア径ｄ_２は相違する。すなわち、７個のコア１０〜１６のうち隣り合う任意の２つのコアの間でコア径は異なっている。

或いは、コア１０は屈折率ｎ_０を有する。コア１１，コア１３およびコア１５は共通の屈折率ｎ_１を有する。また、コア１２，コア１４およびコア１６は共通の屈折率ｎ_２を有する。屈折率ｎ_０，屈折率ｎ_１および屈折率ｎ_２は相違する。すなわち、７個のコア１０〜１６のうち隣り合う任意の２つのコアの間で屈折率は異なっている。

マルチコア光ファイバ２は、設計によれば、７個のコア１０〜１６のうち隣り合う２つのコアの間でコア径または屈折率が異なっていることから、隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なって、クロストークを抑制することができる。

しかし、実際に製造されるマルチコア光ファイバ２は、母材の一端が加熱溶融され線引されて製造される際に、粘性が高い純石英ガラスのコアに歪が集中することから、複数のコアのうちの特定のコアに応力が残留する場合がある。この残留応力により特定のコアの屈折率が設計値と異なるものとなって、この特定のコアと隣のコアとの間のクロストークが大きくなるという問題が生じる場合がある。残留応力により特定のコアの伝送損失が大きくなるという問題も生じる。また、このような問題の発生を抑制する為に低張力線引を行うと他の問題が生じる。以下に説明する本実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａ〜１Ｅは、比較例のマルチコア光ファイバ２が有する問題を解消し得るものである。

図２は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図１に示された比較例のマルチコア光ファイバ２と比較すると、この図２に示される第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、高粘性領域３１を更に有している点で相違している。高粘性領域３１はファイバ軸方向に延在する。高粘性領域３１の断面形状は任意である。高粘性領域３１はクラッド２０に接して設けられている。高粘性領域３１はコア１０〜１６の何れからも離間して設けられているのが好ましい。

線引時の温度において、クラッド２０の粘性より７個のコア１０〜１６の最大粘性が大きく、７個のコア１０〜１６の最大粘性より高粘性領域３１の粘性が大きい。例えば、７個のコア１０〜１６は、塩素を添加された石英ガラスである。高粘性領域３１は、７個のコア１０〜１６の塩素添加量より少ない塩素添加量である石英ガラスである。また、クラッド２０は、弗素を添加された石英ガラスである。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、母材の一端が加熱溶融され線引されて製造される際に、粘性が最も高い高粘性領域３１に歪が集中することから、高粘性領域３１に応力が残留する。コア１０〜１６の残留応力は無い（又は小さい）ので、残留応力に因るコア１０〜１６の屈折率の変化は無い（又は小さい）。したがって、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａは、低張力線引により製造される必要がなく、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得る。

図３は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図２に示された第１実施形態のマルチコア光ファイバ１Ａと比較すると、この図３に示される第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、高粘性領域３１に加えて高粘性領域３２および高粘性領域３３をも有している点で相違している。

高粘性領域３２および高粘性領域３３は高粘性領域３１と同様のものである。線引時の温度において７個のコア１０〜１６の最大粘性より３個の高粘性領域３１〜３３の粘性が大きい。したがって、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、低張力線引により製造される必要がなく、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得る。

また、３個の高粘性領域３１〜３３は、ファイバ軸に垂直な断面において、断面中心に対して３回の回転対称性を有する位置に設けられている。このように複数の高粘性領域が断面中心に対して２回以上の回転対称性を有する位置に設けられていることにより、第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、高粘性領域３１〜３３に残留応力が集中した場合であっても、ファイバカールの発生を防ぐことが可能である。

なお、ファイバカールとは、光ファイバのガラス部分の曲がり癖をいう。ファイバカールが大きいと、例えば融着接続の作業において芯出しが困難になる。第２実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｂは、ファイバカールの発生が抑制されるので、融着接続の作業において芯出しが容易である。

図４は、第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図１に示された比較例のマルチコア光ファイバ２と比較すると、この図４に示される第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃは、高粘性領域３０を更に有している点で相違している。高粘性領域３０はファイバ軸方向に延在する。高粘性領域３０の断面形状はリング状となっている。高粘性領域３０はクラッド２０の外周上に連続的に設けられている。

線引時の温度において、クラッド２０の粘性より７個のコア１０〜１６の最大粘性が大きく、７個のコア１０〜１６の最大粘性より高粘性領域３０の粘性が大きい。例えば、７個のコア１０〜１６は、塩素を添加された石英ガラスである。高粘性領域３０は、７個のコア１０〜１６の塩素添加量より少ない塩素添加量である石英ガラスである。また、クラッド２０は、弗素を添加された石英ガラスである。

第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃは、母材の一端が加熱溶融され線引されて製造される際に、粘性が最も高い高粘性領域３０に歪が集中することから、高粘性領域３０に応力が残留する。コア１０〜１６の残留応力は無い（又は小さい）ので、残留応力に因るコア１０〜１６の屈折率の変化は無い（又は小さい）。したがって、第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃは、低張力線引により製造される必要がなく、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得る。

また、断面中心に対して回転対称性を有するように高粘性領域３０が設けられている。したがって、第３実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｃは、高粘性領域３０に残留応力が集中した場合であっても、ファイバカールの発生を防ぐことが可能であり、融着接続の作業において芯出しが容易である。

図５は、第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。図１に示された比較例のマルチコア光ファイバ２と比較すると、この図５に示される第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄは、高粘性領域３１〜３４を更に有している点で相違している。

線引時の温度において７個のコア１０〜１６の最大粘性より４個の高粘性領域３１〜３４の粘性が大きい。したがって、第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄは、低張力線引により製造される必要がなく、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得る。

４個の高粘性領域３１〜３４は、ファイバ軸に垂直な断面において、断面中心に対して４回の回転対称性を有するように設けられている。したがって、第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄは、高粘性領域３１〜３４に残留応力が集中した場合であっても、ファイバカールの発生を防ぐことが可能であり、融着接続の作業において芯出しが容易である。

また、ファイバ軸に垂直な断面において、７個のコア１０〜１６が３回の回転対称性を有するように配置されているのに対して、当該対称性を破る位置に４個の高粘性領域３１〜３４が配置されている。さらに、コア１０〜１６及び高粘性領域３１〜３４の配置は断面上の任意の線に対して線対称性を持たない。したがって、第４実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｄでは、４個の高粘性領域３１〜３４は、７個のコア１０〜１６の各々を識別する為のコア識別マーカとしても機能し得る。

図６は、第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅの断面図である。この図もファイバ軸に垂直な断面を示している。この図６に示される第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅは、８個のコア１１〜１８と、３個の高粘性領域３１〜３３と、これら８個のコア１１〜１８および３個の高粘性領域３１〜３３を取り囲む共通のクラッド２０とを備える。

８個のコア１１〜１８はファイバ軸方向に延在している。コア１１〜１８の屈折率はクラッド２０の屈折率より高い。コア１１〜１８それぞれの断面形状は円形である。ファイバ軸に垂直な断面において、コア１１〜１８は２行４列に配置されている。第１行において左から順にコア１１〜１４が配置されており、第２行において右から順にコア１５〜１８が配置されている。コア間隔は２０μｍ〜５０μｍである。

コア１１，コア１３，コア１５およびコア１７は共通のコア径ｄ_１を有する。また、コア１２，コア１４，コア１６およびコア１８は共通のコア径ｄ_２を有する。コア径ｄ_１およびコア径ｄ_２は相違する。すなわち、８個のコア１１〜１８のうち隣り合う任意の２つのコアの間でコア径は異なっている。

或いは、コア１１，コア１３，コア１５およびコア１７は共通の屈折率ｎ_１を有する。また、コア１２，コア１４，コア１６およびコア１８は共通の屈折率ｎ_２を有する。屈折率ｎ_１および屈折率ｎ_２は相違する。すなわち、８個のコア１１〜１８のうち隣り合う任意の２つのコアの間で屈折率は異なっている。

マルチコア光ファイバ１Ｅは、８個のコア１１〜１８のうち隣り合う２つのコアの間でコア径または屈折率が異なっていることから、隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なって、クロストークを抑制することができる。

３個の高粘性領域３１〜３３もファイバ軸方向に延在している。高粘性領域３１〜３３の断面形状は任意である。高粘性領域３１〜３３はクラッド２０に接して設けられている。高粘性領域３１〜３３はコア１１〜１８の何れからも離間して設けられているのが好ましい。

線引時の温度において、クラッド２０の粘性より８個のコア１１〜１８の最大粘性が大きく、８個のコア１１〜１８の最大粘性より３個の高粘性領域３１〜３３の粘性が大きい。例えば、８個のコア１１〜１８は、塩素を添加された石英ガラスである。３個の高粘性領域３１〜３３は、８個のコア１１〜１８の塩素添加量より少ない塩素添加量である石英ガラスである。また、クラッド２０は、弗素を添加された石英ガラスである。

第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅは、母材の一端が加熱溶融され線引されて製造される際に、粘性が最も高い高粘性領域３１〜３３に歪が集中することから、高粘性領域３１〜３３に応力が残留する。コア１１〜１８の残留応力は無い（又は小さい）ので、残留応力に因るコア１１〜１８の屈折率の変化は無い（又は小さい）。したがって、第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅは、低張力線引により製造される必要がなく、各コアの屈折率が設計どおりとなるように容易に製造され得る。

３個の高粘性領域３１〜３３は、ファイバ軸に垂直な断面において、断面中心に対して３回の回転対称性を有するように設けられている。したがって、第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅは、高粘性領域３１〜３３に残留応力が集中した場合であっても、ファイバカールの発生を防ぐことが可能であり、融着接続の作業において芯出しが容易である。

また、ファイバ軸に垂直な断面において、８個のコア１１〜１８が２回の回転対称性を有するように配置されているのに対して、当該対称性を破る位置に３個の高粘性領域３１〜３３が配置されている。したがって、第５実施形態のマルチコア光ファイバ１Ｅでは、３個の高粘性領域３１〜３３は、８個のコア１１〜１８の各々を識別する為のコア識別マーカとしても機能し得る。

１Ａ〜１Ｅ…マルチコア光ファイバ、１０〜１８…コア、２０…クラッド、３０〜３４…高粘性領域。

Claims (2)

1. 複数のコアと、前記複数のコアの屈折率より低い屈折率を有し前記複数のコアを取り囲む共通のクラッドと、前記クラッドに接して設けられた高粘性領域とを有し、
   前記複数のコアおよび前記高粘性領域がファイバ軸方向に延在し、
   線引時の温度において、前記クラッドの粘性より前記複数のコアの最大粘性が大きく、前記複数のコアの最大粘性より前記高粘性領域の粘性が大きく、
   ファイバ軸に垂直な断面において複数の前記高粘性領域が断面中心に対して２回以上の回転対称性を有する位置に設けられている
   ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
2. 前記複数のコアは、塩素を添加された石英ガラスであり、
   前記高粘性領域は、前記複数のコアの塩素添加量より少ない塩素添加量である石英ガラスであり、
   前記クラッドは、弗素を添加された石英ガラスである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ。

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