JP5867076B2 - 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。

ファイバ軸に沿って延在する複数のコア部を共通のクラッド部中に有する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光伝送路として期待されている。このようなマルチコア光ファイバにおいて、共通のクラッド中の複数のコア部のうち隣り合う二つのコア部の間のクロストークの低減が求められている。クロストークが低減されれば、より長距離のマルチコア光ファイバによる信号光伝送が可能となり、或いは、隣り合う二つのコア部の間隔を小さくして共通のクラッド中に更に多くの本数のコア部を有することができるので更に大容量の情報を伝送することが可能となる。

マルチコア光ファイバの曲げ（マクロベンドまたはマイクロベンド）とクロストークとの関係に関する報告が非特許文献１〜３に記載されている。非特許文献１には、共通クラッド中の複数のコア部が同種構造を有するマルチコア光ファイバにおける曲げとクロストークとの関係が報告されている。非特許文献２，３には、共通クラッド中の複数のコア部のうち隣り合う二つのコア部が異種構造を有するマルチコア光ファイバにおける曲げとクロストークとの関係が報告されている。

Tetsuya Hayashi, et al, Optics Express, Vol.19, No.17, pp.16576-16592 (2011). Tetsuya Hayashi, et al, ECOC2011, Mo.1.LeCervin.3 Tetsuya Hayashi, et al, ECOC2010, We.8.F.6

非特許文献１〜３の記載によれば、マルチコア光ファイバの曲げを適切に設定することで、そのマルチコア光ファイバのクロストークを低減することができると期待される。しかし、例えばマルチコア光ファイバが敷設されている場合、そのマルチコア光ファイバに適切な曲げを付与する為の機構を設けることは、容易ではなく、また、コスト上昇の要因となる。

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、簡易かつ安価にクロストークを抑制することができ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、(1) ファイバ軸に沿って延在する複数のコア部と、(2) 複数のコア部を取り囲み、複数のコア部の屈折率より低い屈折率を有するクラッド部と、(3) クラッド部を取り囲む１層または複数層の被覆層と、(4) 被覆層の外表面，内部または界面のいずれかを含む領域に設けられ、複数のコア部およびクラッド部を含むガラス部にマイクロベンド領域の微小な曲げを発生させる微小曲げ応力を付与する微小曲げ付与部と、を備えることを特徴とする。

本発明のマルチコア光ファイバは、微小曲げ付与部は、厚み、幅、螺旋ピッチ、捻れ方向および配置ピッチの何れか一つ以上がファイバ長手方向に変化しているのが好適である。微小曲げ付与部が、被覆層の内部に設けられ、被覆層のヤング率より高いヤング率を有する材料からなる粒状物質を含むのが好適である。微小曲げ付与部が、被覆層の外表面に設けられ、７７.５μｍ以下の径方向の厚みを有するのが好適である。微小曲げ付与部がファイバ長手方向に連続して設けられているのが好適である。また、微小曲げ付与部がファイバ長手方向に間欠的に設けられているのも好適である。

本発明のマルチコア光ファイバは、コア部の周囲に設けられ、クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するディプレスト層を更に備えるのが好適である。また、本発明のマルチコア光ファイバは、コア部の周囲に設けられ、クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するトレンチ層と、コア部とトレンチ層との間に設けられ、コア部の屈折率より低くトレンチ層の屈折率より高い屈折率を有する内側クラッド層と、を更に備えるのも好適である。

本発明のマルチコア光ファイバケーブルは、上記の本発明のマルチコア光ファイバを内蔵する。また、本発明のマルチコア光ファイバケーブルは、このマルチコア光ファイバの微小曲げ付与部とは別に曲げを付与する構造を備えない。

本発明のマルチコア光ファイバは、簡易かつ安価にクロストークを抑制することができる。

第１実施形態のマルチコア光ファイバ１の構成を示す斜視図である。 第１実施形態のマルチコア光ファイバ１の構成を示す断面図である。 マルチコア光ファイバ１の製造方法の一例を説明する図である。 マルチコア光ファイバ１の製造方法の他の例を説明する図である。 第２実施形態のマルチコア光ファイバ２の構成を示す斜視図である。 第３実施形態のマルチコア光ファイバ３の構成を示す斜視図である。 第４実施形態のマルチコア光ファイバ４の構成を示す斜視図である。 第５実施形態のマルチコア光ファイバ５の構成を示す斜視図である。 第６実施形態のマルチコア光ファイバ６の構成を示す斜視図である。 本実施形態のマルチコア光ファイバの各コア部の周囲の屈折率分布の好適例を示す図である。 本実施形態のマルチコア光ファイバの各コア部の周囲の屈折率分布の他の好適例を示す図である。

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、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１の構成を示す斜視図である。また、図２は、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１の構成を示す断面図である。図２（ｂ）は同図（ａ）の一部を拡大して示すものである。マルチコア光ファイバ１は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む被覆層２０と、この被覆層２０の外表面に設けられた微小曲げ付与部３１と、を備える。

マルチコア光ファイバ１の断面において、７個のコア部１１のうち１個のコア部１１は中心位置に配置され、これを中心とする円の周上に等間隔に他の６個のコア部１１が配置されている。すなわち、７個のコア部１１は三角格子の各格子点に配置されている。各コア部１１は、クラッド部１２の屈折率より高い屈折率を有し、光を導波させることができる。７個のコア部１１は、コア径および屈折率分布に関して実質的に同種の構造を有し、実質的に等しい光伝送特性を有する。

コア部１１およびクラッド部１２を含むガラス部１０は石英ガラスからなる。クラッド部１２を取り囲む被覆層２０は樹脂からなる。被覆層２０は、１層構造であってもよいし多層構造であってもよく、また、着色層を含んでいてもよい。微小曲げ付与部３１は、被覆層２０の外表面の一部領域にファイバ長手方向に連続して設けられていて、一定以上の径方向の厚みｄを有し、ガラス部１０に微小曲げを付与することができる。ガラス部１０におけるコア配置はファイバ長手方向で軸周りに捻回していてもよい。微小曲げ付与部３１の径方向の厚みｄまたは周方向の幅はファイバ長手方向に変化していてもよい。

微小曲げ付与部３１によりガラス部１０に微小曲げ（マイクロベンド）が付与されると、ガラス部１０において小径マイクロベンドがファイバ長手方向に一定割合で生じる。そして、このマイクロベンドにより、複数のコア部１１のうち隣り合う２つのコア部１１それぞれの導波光の伝搬定数の差が大きくなることから、これら２つのコア部１１の間のクロストークが低減される。これにより、より長距離のマルチコア光ファイバによる信号光伝送が可能となり、或いは、隣り合う二つのコア部の間隔を小さくして共通のクラッド中に更に多くの本数のコア部を有することができるので更に大容量の情報を伝送することが可能となる。

マルチコア光ファイバに適切な曲げを付与する為の機構を微小曲げ付与部とは別に設けなくてもよいので、簡易かつ安価にクロストークを抑制することができる。本実施形態のマルチコア光ファイバを内蔵するマルチコア光ファイバケーブルを構成する場合において、マルチコア光ファイバは、微小曲げ応力が付与されるので、マルチコア光ファイバに適切な曲げを付与する為の機構を微小曲げ付与部とは別に設けなくてもよい。なお、ケーブルは、マルチコア光ファイバの外周を覆う部材を有すれば、コードのような形態であってもよい。

本実施形態のマルチコア光ファイバ１は以下のようにして製造され得る。図３は、マルチコア光ファイバ１の製造方法の一例を説明する図である。線引炉５１内に挿入された光ファイバ母材４１の下端部が加熱溶融されて、紡糸された裸光ファイバ４２が作成される。この裸光ファイバ４２は、被覆装置５２および微小曲げ付与部形成装置５３を順に経て、光ファイバ４３とされる。被覆装置５２では、裸光ファイバ４２のクラッドの周囲に樹脂が塗布され、その樹脂が硬化されて、被覆層が形成される。微小曲げ付与部形成装置５３では、被覆層の外表面上に微小曲げ付与部が形成される。そして、光ファイバ４３は、ガイドローラ５４を経て、第２ボビン５５により巻き取られる。このようにして製造された光ファイバ４３が本実施形態のマルチコア光ファイバ１となる。

或いは、本実施形態のマルチコア光ファイバ１は以下のようにしても製造され得る。図４は、マルチコア光ファイバ１の製造方法の他の例を説明する図である。この例では、被覆層まで形成された光ファイバ４４が第１ボビン６１に巻かれている。この第１ボビン６１から繰り出された光ファイバ４４は、ガイドローラ６２および微小曲げ付与部形成装置６３を順に経て、光ファイバ４５とされる。微小曲げ付与部形成装置６３では、被覆層の外表面上に微小曲げ付与部が形成される。そして、光ファイバ４５は、ガイドローラ６４を経て、第２ボビン６５により巻き取られる。このようにして製造された光ファイバ４５が本実施形態のマルチコア光ファイバ１となる。

なお、微小曲げ付与部形成装置の前または後に、着色層を形成する着色装置が設けられてもよい。また、微小曲げ付与部形成装置により形成される微小曲げ付与部は、ファイバ毎に異なる色がつけられてもよく、或いは、ファイバ毎に異なる形状とされてもよい。このようにすることで、複数本のマルチコア光ファイバを格納した光ケーブルにおいて、個々のマルチコア光ファイバを識別することができる。

ボビンにマルチコア光ファイバが巻かれる際に、微小曲げ付与部の厚みｄが大きすぎると、マルチコア光ファイバが綺麗に巻き取れない可能性がある。例えば、ボビンにマルチコア光ファイバを巻き付けるときの１巻き毎のファイバ間隔が０.４ｍｍ（つまり、４００μｍ）であってファイバ被覆径が２４５μｍである場合、微小曲げ付与部の厚さｄは７７.５μｍ（＝(400-245)／2）以下であることが望ましい。

図５は、第２実施形態のマルチコア光ファイバ２の構成を示す斜視図である。マルチコア光ファイバ２は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む第１被覆層２１と、この第１被覆層２１を取り囲む第２被覆層２２と、第１被覆層２１と第２被覆層２２との間に設けられた微小曲げ付与部３２と、を備える。

本実施形態では、微小曲げ付与部３２は、第１被覆層２１と第２被覆層２２との間の一部領域にファイバ長手方向に連続して設けられていて、一定以上の径方向の厚みｄを有し、ガラス部１０に微小曲げを付与することができる。ガラス部１０におけるコア配置はファイバ長手方向で軸周りに捻回していてもよい。微小曲げ付与部３２の厚み又は幅はファイバ長手方向に変化していてもよい。第１被覆層２１と第２被覆層２２はそれぞれ複数の被覆層により構成されても良い。

本実施形態のマルチコア光ファイバ２も、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施形態のマルチコア光ファイバ２は、図３において微小曲げ付与部形成装置５３の後に更に設けられた第２被覆装置により第２被覆層が形成されることで製造され得る。

図６は、第３実施形態のマルチコア光ファイバ３の構成を示す斜視図である。マルチコア光ファイバ３は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む被覆層２０と、この被覆層２０の外表面に設けられた微小曲げ付与部３３と、を備える。

本実施形態では、微小曲げ付与部３３は、被覆層２０の外表面に螺旋状に連続して設けられていて、一定以上の径方向の厚みｄを有し、ガラス部１０に微小曲げを付与することができる。微小曲げ付与部３３の厚み，幅，螺旋ピッチまたは捻れ方向はファイバ長手方向に変化していてもよい。また、第１被覆層と第２被覆層との間に微小曲げ付与部３３が設けられてもよい。なお、螺旋は、一方向に一定のピッチでの螺旋に限定されず、回転方向が周期的に反転する螺旋や、ピッチが長手方向に変動する螺旋であってもよい。微少曲げ付与部の軸周り位置がファイバ長手に変化してもよい。

本実施形態のマルチコア光ファイバ３も、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施形態のマルチコア光ファイバ３は、図３または図４において微小曲げ付与部形成装置を光ファイバが通過する際に該光ファイバを捻回させることで製造され得る。

図７は、第４実施形態のマルチコア光ファイバ４の構成を示す斜視図である。マルチコア光ファイバ４は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む被覆層２０と、この被覆層２０の外表面に設けられた微小曲げ付与部３４と、を備える。

本実施形態では、微小曲げ付与部３４は、被覆層２０の外表面にファイバ長手方向に間欠的に設けられていて、一定以上の径方向の厚みｄを有し、ガラス部１０に微小曲げを付与することができる。微小曲げ付与部３４の厚み，幅または配置ピッチはファイバ長手方向に変化していてもよい。また、第１被覆層と第２被覆層との間に微小曲げ付与部３４が設けられてもよい。

本実施形態のマルチコア光ファイバ４も、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施形態のマルチコア光ファイバ４は、図３または図４において微小曲げ付与部形成装置を光ファイバが通過する際に該光ファイバに対して間欠的に微小曲げ付与部３４を形成することで製造され得る。

図８は、第５実施形態のマルチコア光ファイバ５の構成を示す斜視図である。マルチコア光ファイバ５は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む被覆層２０と、この被覆層２０の外表面に設けられた微小曲げ付与部３５と、を備える。

本実施形態では、微小曲げ付与部３５は、被覆層２０の外表面に間欠的に設けられていて、一定以上の径方向の厚みｄを有し、ガラス部１０に微小曲げを付与することができる。微小曲げ付与部３５の厚み，幅または配置密度はファイバ長手方向に変化していてもよい。また、第１被覆層と第２被覆層との間に微小曲げ付与部３５が設けられてもよい。

本実施形態のマルチコア光ファイバ４も、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と同様の作用効果を奏することができる。なお、本実施形態のマルチコア光ファイバ４は、図３または図４において微小曲げ付与部形成装置を光ファイバが通過する際に該光ファイバに対して間欠的に微小曲げ付与部３５を形成することで製造され得る。

上記の第３〜第５の実施形態のマルチコア光ファイバ３〜５では、微小曲げ付与部は、ファイバ長手方向に変化しているので、より微細な曲げをガラス部１０に付与することができる。

図９は、第６実施形態のマルチコア光ファイバ６の構成を示す斜視図である。マルチコア光ファイバ６は、ファイバ軸に沿って延在する複数（同図では７個）のコア部１１と、これら複数のコア部１１を取り囲むクラッド部１２と、このクラッド部１２を取り囲む被覆層２０と、この被覆層２０の内部に設けられた微小曲げ付与部３６と、を備える。

本実施形態では、微小曲げ付与部３６は、被覆層２０の内部に離散的にランダムに配置された粒状物質を含む。この微小曲げ付与部３６としての粒状物質は、被覆層２０のヤング率より高いヤング率を有する材料、すなわち、被覆層２０の材料より固い材料からなる。微小曲げ付与部３６としての粒状物質は、ゲル状のものであってもよいし、固体状のものであってもよい。本実施形態のマルチコア光ファイバ６も、第１実施形態のマルチコア光ファイバ１と同様の作用効果を奏することができる。

本実施形態のマルチコア光ファイバ６は以下のようにして製造され得る。被覆層２０となるべき樹脂材料に微小曲げ付与部３６となるべき物質が混入されたものが、紡糸された光ファイバに塗布され硬化されることで、マルチコア光ファイバ６が製造され得る。或いは、被覆層２０となるべき樹脂材料に微小曲げ付与部３６となるべき樹脂材料が混入されたものが、紡糸された光ファイバに同時に塗布され硬化されることで、マルチコア光ファイバ６が製造され得る。

上記の何れの実施形態においても、マルチコア光ファイバの全長に亘って微小曲げ付与部が設けられている方が、マルチコア光ファイバの全長に亘って微小曲げを付与することができるので、クロストーク低減により効果がある。ただし、ファイバ全長に亘って微小曲げを付与すると、コア構造によってはマイクロベンドロス増が発生する可能性もある。したがって、微小曲げ付与部をファイバ長手方向に間欠的に設けても良い。

一般的な光ファイバの被覆層は２層構造であり、内側の第１被覆層には柔らかい樹脂が使用され、外側の第２被覆層には第１被覆層より硬めの樹脂が用いられる。第２被覆層の樹脂のヤング率は１ＧＰａ程度であるので、上記の各実施形態における微小曲げ付与部のヤング率は１ＧＰａ以上ある（つまり、第２被覆層の樹脂と同程度以上に硬い）方が、マルチコア光ファイバに効率的に微小曲げを付与することができる。

上記の各実施形態において、微小曲げ付与部によりガラス部に付与されるマイクロベンドにより、各コアのロスが大きくなる可能性がある。マイクロベンドロスは、信号を伝搬している基底モードから高次モードやクラッドモードへの結合により発生する。基底モードと高次モードやクラッドモードとの間の伝搬定数差（実効屈折率差に置き換えることもできる）が小さい程、マイクロベンドロスは大きくなる。そこで、本実施形態のマルチモードコア光ファイバにおいて、各コア部の周囲の屈折率分布は、図１０または図１１に示されるようなものであるのが好適である。

図１０に示される屈折率分布は、いわゆるディプレスト型であり、クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するディプレスト層が各コア部の周囲に設けられている。図１１に示される屈折率分布は、いわゆるトレンチ型であり、クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するトレンチ層が各コア部の周囲に設けられ、また、コア部の屈折率より低くトレンチ層の屈折率より高い屈折率を有する内側クラッド層がコア部とトレンチ層との間に設けられている。このようなコア構造を採用することにより、ディプレスト層またはトレンチ層の屈折率までクラッドモードの実効屈折率を下げることができので、マイクロベンドを抑制することができる。

以上のように、ガラス部に微小曲げを付与する微小曲げ付与部を有するマルチコア光ファイバを用いることによって、マルチコア光ファイバをそのままの状態で用いる場合や、曲げを付与する構造を備えていないコードやケーブルにマルチコア光ファイバを収容して用いる場合でも、ファイバ、コードまたはケーブルの曲げをコントロールしなくても、マルチコア光ファイバのコア間のクロストークを低く抑えることができる。

１〜６…マルチコア光ファイバ、１０…ガラス部、１１…コア部、１２…クラッド部、１３…ディプレスト層、１４…内側クラッド層、１５…トレンチ層、２０〜２２…被覆層、３１〜３６…微小曲げ付与部、４１…光ファイバ母材、４２…裸光ファイバ、４３〜４５…光ファイバ、５１…線引炉、５２…被覆装置、５３…微小曲げ付与部形成装置、５４…ガイドローラ、５５…第２ボビン、６１…第１ボビン、６２…ガイドローラ、６３…微小曲げ付与部形成装置、６４…ガイドローラ、６５…第２ボビン。

Claims (10)

1. ファイバ軸に沿って延在する複数のコア部と、
   前記複数のコア部を取り囲み、前記複数のコア部の屈折率より低い屈折率を有するクラッド部と、
   前記クラッド部を取り囲む１層または複数層の被覆層と、
   前記被覆層の外表面，内部または界面のいずれかを含む領域に設けられ、前記複数のコア部および前記クラッド部を含むガラス部にマイクロベンド領域の微小な曲げを発生させる微小曲げ応力を付与する微小曲げ付与部と、
   を備えることを特徴とするマルチコア光ファイバ。
2. 前記微小曲げ付与部は、厚み、幅、螺旋ピッチ、捻れ方向および配置ピッチの何れか一つ以上がファイバ長手方向に変化してい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。
3. 前記微小曲げ付与部が、前記被覆層の内部に設けられ、前記被覆層のヤング率より高いヤング率を有する材料からなる粒状物質を含む、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。
4. 前記微小曲げ付与部が、前記被覆層の外表面に設けられ、７７.５μｍ以下の径方向の厚みを有する、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。
5. 前記微小曲げ付与部がファイバ長手方向に連続して設けられてい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。
6. 前記微小曲げ付与部がファイバ長手方向に間欠的に設けられてい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。
7. 前記コア部の周囲に設けられ、前記クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するディプレスト層を更に備え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。
8. 前記コア部の周囲に設けられ、前記クラッド部の屈折率より低い屈折率を有するトレンチ層と、
   前記コア部と前記トレンチ層との間に設けられ、前記コア部の屈折率より低く前記トレンチ層の屈折率より高い屈折率を有する内側クラッド層と、
   を更に備え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。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載のマルチコア光ファイバを内蔵するマルチコア光ファイバケーブル。
10. このマルチコア光ファイバの微小曲げ付与部とは別に曲げを付与する構造を備えない請求項９記載のマルチコア光ファイバケーブル。

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