JP5982992B2 - 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を有するマルチコア光ファイバは、複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが小さいことが望まれており、この点では光ファイバテープ心線と同様である。コア間のスキューは、コアの長さの差に起因するものと、コアの構造の違いに起因するものとがある。コア間のスキューが大きいと、複数のコアを用いた並列光伝送において問題が生じる。光ファイバテープ心線においてコア間のスキューの低減を意図した発明が特許文献１，２に開示されている。しかしながら、より簡単にスキューを低減できる方法が求められる。また、光ファイバテープ心線は断面積が大きいことから、高密度化の点からも改善が望ましい。

マルチコア光ファイバは、光ファイバテープ心線と比較すると、コアの長さの差に起因するスキューが小さい点で有利であり、また、高密度化の点でも有利である。しかし、マルチコア光ファイバは、コア間のスキューの低減が望まれる他、コア間のクロストークの低減も望まれる。特許文献３および非特許文献１には、マルチコア光ファイバにおいてコア間のクロストークの低減を意図した技術が記載されている。これらの文献には、マルチコア光ファイバにおいてコア間のクロストークの低減を図るには、コア間で伝搬定数を異ならせることが有効であると記載されている。

特開平１０−３９１８５号公報 特開２００３−２１７６３号公報 特開２０１１−２０９７０２号公報

IEICE Electronics Express, Vol.6, No.2,pp.98-103

非特許文献１に記載されているようなコア間のクロストークの低減を図るための設計では、コア間で構造を意図的に異ならせており、それによってコア間のスキューが生じる。マルチコア光ファイバにおいてコア間スキューおよびコア間クロストークの双方を低減することは困難である。

非特許文献１のFig.3(a),(b)の例では、全てのコアの径が９μｍとして固定され、コアの比屈折率差が３種類（０.３８％、０.３９％、０.４０％）の何れかとされている。この場合、波長１.３１μｍでのコア間スキューは１.１ｐｓ／ｍと見積もられ、波長１.５５μｍでのコア間スキューは１.１ｐｓ／ｍと見積もられ、また、波長１.６２５μｍでのコア間スキューは１.２ｐｓ／ｍと見積もられる。

また、非特許文献１のFig.3(c),(d)の例では、全てのコアの径が５μｍとして固定され、コアの比屈折率差が３種類（１.１５％、１.２０％、１.２５％）の何れかとされている。この場合、波長１.３１μｍでのコア間スキューは５.７ｐｓ／ｍと見積もられ、波長１.５５μｍでのコア間スキューは５.９ｐｓ／ｍと見積もられ、また、波長１.６２５μｍでのコア間スキューは６.０ｐｓ／ｍと見積もられる。

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、コア間スキューおよびコア間クロストークの双方を低減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、ファイバ軸に沿って延在する複数のコアと、これら複数のコアの周囲を覆うクラッドと、を備えるマルチコア光ファイバであって、複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが１ｐｓ／ｍ以下であり、複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間で比屈折率差および径を共通のスキュー等高線上またはその近傍で変化させて、これらの２つのコアの間で比屈折率差および径の双方が異なることで、これら２つのコアの間の伝搬定数差が０より大きく設定されており、コアの比屈折率差の変化量（単位：％）をΔ(Δｎ)とし、コアの径の変化量（単位：μｍ）をΔ(２ａ)としたときに、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が負であることを特徴とする。

本発明のマルチコア光ファイバは、複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間で比屈折率差および径の双方が異なることで、これら２つのコアの間の伝搬定数差が設定されており、複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが、コアの比屈折率差および径のうち何れか一方のみを異ならせた場合より低減されているのが好適である。

本発明のマルチコア光ファイバは、複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が０.０００３以上であり、複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが０.１ｐｓ／ｍ以下であるのが好適である。複数のコアそれぞれがＧｅＯ_２を添加された石英ガラスからなり、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が −１.５×１０^−２以上−０.５５×１０^−２以下であるのが好適である。または、複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなり、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が −７.３×１０^−２以上−３.８×１０^−２以下であるのが好適である。複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなるのも好適である。

本発明のマルチコア光ファイバは、複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が１×１０^−５より大きいのが好適である。複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が１×１０^−４より大きいのが更に好適である。複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間に、光学クラッドより低い屈折率を有する屈折率低減部が設けられているのが好適である。また、複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなり、複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが０.５ｐｓ／ｍ以下であるのが好適である。

本発明の並列光伝送用光ファイバケーブルは、ファイバ軸に沿って延在する複数のコアと、これら複数のコアの周囲を覆うクラッドと、を含むマルチコア光ファイバと、マルチコアファイバの各コアに光学的に接続されたピグテール光ファイバと、を備える並列光伝送用光ファイバケーブルであって、ピグテール光ファイバの一端がマルチコアファイバの各コアに光学的に接続され、ピグテール光ファイバの他端側が単心に分離されており、ピグテール光ファイバの他端側の単心分離された部分の長さの調整によってマルチコア光ファイバのスキューが補償されており、ケーブル全体のスキューが０.１ｐｓ／ｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、コア間スキューおよびコア間クロストークの双方を低減することができる。

マルチコア光ファイバの構成例を示す断面図である。 マルチコア光ファイバの他の構成例を示す断面図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第１実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 図７においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。 図１０においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキュー（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.３１μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.５５μｍ）との関係を示す図である。 第２実施形態においてコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差（＠波長１.６２５μｍ）との関係を示す図である。 図１８においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。 図２１においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。 第３実施形態の並列光伝送用光ファイバケーブルの構成を示す図である。

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、マルチコア光ファイバの構成例を示す断面図である。同図に示され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７本のコア１０_１〜１０_７がジャケット２０により覆われており、また各コア１０_ｍが光学クラッド１１_ｍにより覆われている。光学クラッド１１_ｍとジャケット２０の屈折率は等しい。マルチコア光ファイバ１のファイバ軸に垂直な断面において、コア１０_１は中心に位置し、他の６本のコア１０_２〜１０_７はコア１０_１を中心とする円の周上に等間隔て位置する。コア１０_１〜１０_７それぞれは、周囲を覆う光学クラッド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。

図２は、マルチコア光ファイバの他の構成例を示す断面図である。同図に示され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７本のコア１０_１〜１０_７がジャケット２０により覆われており、また、各コア１０_ｍが光学クラッド１１_ｍにより覆われ更に屈折率低減部１２_ｍにより覆われている。なお、ｍは１〜７の各整数である。マルチコア光ファイバ２のファイバ軸に垂直な断面において、コア１０_１は中心に位置し、他の６本のコア１０_２〜１０_７はコア１０_１を中心とする円の周上に等間隔て位置する。各コア１０_ｍは、周囲を覆う光学クラッド１１_ｍ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。

また、各光学クラッド１１_ｍの周囲を覆う屈折率低減部１２_ｍは、光学クラッド１１_ｎおよびジャケット２０より低い屈折率を有する。互いに隣り合う２つのコアの間に屈折率低減部が設けられていることにより、コア間のクロストークが低減され、また、このことから、コア間隔を狭くでき高密度化が可能である。さらに、曲げ損失の低減が可能であり、取り扱い性が向上する。

以下では、コアがＧｅＯ_２添加の石英ガラスであって光学クラッドが純石英ガラスである場合を第１実施形態として説明し、また、コアが純石英ガラスであって光学クラッドがＦ元素添加の石英ガラスである場合を第２実施形態として説明する。何れの場合にも、各コアが単純なステップインデックス型の屈折率分布を有しシングルモードであるとする。また、コア径（単位：μｍ）を２ａで表し、光学クラッドに対するコアの比屈折率差（単位：％）をΔｎで表し、コア間のスキュー（単位：ｐｓ／ｍ）をＳで表し、伝搬定数差（単位：１／μｍ）をΔβで表す。

（第１実施形態）

本実施形態のマルチコア光ファイバは、コアがＧｅＯ_２添加の石英ガラスであって、光学クラッドが純石英ガラスであり、クロストークの抑制のために隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なっている。

マルチコア光ファイバにおけるスキューは、コア間の群遅延差であり、単位長さ当りの遅延時間差で与えられる。マルチコア光ファイバで生じるスキューは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎなどの構造の違いに起因する。以下では、コア径２ａが８.５μｍであってコア比屈折率差Δｎが０.３５％である場合が基準条件とされ、この基準条件の場合との差としてスキューおよび伝搬定数差が計算により求められた。

図３〜図５は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延との関係を示す図である。図３は波長１.３１μｍの場合を示し、図４は波長１.５５μｍの場合を示し、図５は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図には群遅延の等高線が示されている。等高線の間隔は１ｐｓ／ｍである。

図６〜図８は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキューとの関係を示す図である。図６は波長１.３１μｍの場合を示し、図７は波長１.５５μｍの場合を示し、図８は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図にはスキューの等高線が示されている。等高線の間隔は１ｐｓ／ｍである。これら図６〜図８は図３〜図５から得られた。基準条件の場合の群遅延が基準とされて各条件でのスキューが求められた。これらの図から判るように、何れの波長においてもコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎによってはスキューが生じる。

図９〜図１１は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差との関係を示す図である。図９は波長１.３１μｍの場合を示し、図１０は波長１.５５μｍの場合を示し、図１１は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図には伝搬定数差の等高線が示されている。等高線の間隔は０.００１／μｍである。基準条件の場合の伝搬定数が基準とされて各条件での伝搬定数差が求められた。

本実施形態では、マルチコア光ファイバは、コア間で伝搬定数が異なることを前提として、コア間のスキューを抑制することができるように設計・製造される。そのために、マルチコア光ファイバでは、各コアを導波する光の群屈折率が可能な限り揃えられる。７本のコアについて上記基準条件が設計中心とされる。

本実施形態のマルチコア光ファイバを製造するに際しては、公知の製造方法が採用され得る。例えば、中心にＧｅＯ_２が添加されたコアと、その周囲を取り囲むＧｅＯ_２が添加されていない光学クラッドとからなり、伝搬定数が異なる複数のコアロッドが準備される。異なるロットから複数のコアロッドが選別されても良い。また、同一のロットが長手方向に分割されて複数のコアロッドが準備され、各コアロッドの延伸や外周研削が行われて伝搬定数に差が付けられても良い。

図２に示されるように屈折率低減部を有するマルチコア光ファイバを製造する場合には、中心にＧｅＯ_２が添加されたコアと、その周囲を取り囲むＧｅＯ_２が添加されていない光学クラッドと、更に周囲を取り囲むＦ元素が添加された屈折率低減部とからなり、伝搬定数が異なる複数のコアロッドが準備される。光学クラッドに対する屈折率低減部の比屈折率差は−０.３％以下であるのが好ましい。

これら複数のコアロッドを取り囲むジャケット材が用意される。例えば、円柱形状のガラス体に対して長手方向に延在する複数の孔が形成されてジャケット材が作製される。このジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドが挿入され、これらが一体化されることで光ファイバ母材が作製される。そして、この光ファイバ母材が線引されることでマルチコア光ファイバが製造される。

スキューは、マルチコア光ファイバの全長で決まるパラメータであるので、製造時のマルチコア光ファイバの長手方向ばらつきを平均化した特性に依存する。各コアについて長手方向で平均化して算出したコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎを図６〜図８に当てはめることで、各コアのスキューの見積もりが可能である。図６〜図８によると、特定のコア構造（コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎ）の変化であればスキューが変化しない（または、スキューの変化が小さい）ことが判る。

図６〜図８の例で、１ｐｓ／ｍ以下のスキューを実現する為には、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎは、スキュー＝＋１ｐｓ／ｍの等高線とスキュー＝−１ｐｓ／ｍの等高線との間の範囲に位置することが必要である。これは、光ファイバテープ心線では非常に緻密に線長を管理しなければ実現できないが、マルチコア光ファイバでは上記製法などにより容易に実現が可能である。スキューが許容される範囲でクロストークを低減することも可能である。

クロストークの抑制のためには積極的に異種コアを使用することが好ましい。この場合、全てのコアが異種であってもよいが、任意の隣り合う２つのコアが異種であればよい、クロストークの抑制のために必要な条件は、異種コア間で伝搬定数が互いに異なることである。また、伝搬定数差が大きいほど、クロストークをより低減することができる。

コア構造とスキューとの関係を示す図６〜図８とコア構造と伝搬定数との関係を示す図９〜図１１とを対比すれば明らかなように、コア構造の変化に対するスキューおよび伝搬定数それぞれの変化は互いに異なっている。したがって、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの双方を変化させることにより、スキューを一定範囲に保った状態で、伝搬定数に差を設けるような設計が可能である。クロストーク低減およびスキュー低減を両立させる目的で、異種コアのパラメータを以下のように限定する。

本実施形態では、中心に位置するコア１０_１をタイプＡとし、円周上に位置する３つのコア１０_２，１０_４，１０_６をタイプＢとし、円周上に位置する他の３つのコア１０_３，１０_５，１０_７をタイプＣとして、任意の隣り合う２つのコアが異種となるようにする。タイプＡのコアについては、径２ａを８.５μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３５％とする。タイプＢのコアについては、径２ａを８.１μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３５５％とする。また、タイプＣのコアについては、径２ａを８.９μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３４５％とする。

図１２は、図７（スキュー＠波長１.５５μｍ）においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。また、図１３は、図１０（伝搬定数差＠波長１.５５μｍ）においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。図１２に示されるように、タイプＡ〜Ｃそれぞれは、波長１.５５μｍにおいて共通のスキュー等高線の上にあり、コア間スキューが０.１ｐｓ／ｍ以下である。一方、図１３に示されるように、波長１.５５μｍにおいて隣接コア間の伝搬定数差が０.０００３以上となっている。よって、コア間スキューを低い値に維持しつつ、製造ばらつきでは得られないレベルのコア間の伝搬定数差が得られ、クロストークが低減される。

コア構造（コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎ）の変化に対するスキュー変化（図６〜図８）および伝搬定数差変化（図９〜図１１）から、以下のようにして、低スキューおよび低クロストークの双方を実現することができる最適なコア構造条件を定量的に求めることができる。

図６（スキュー＠波長１.３１μｍ）から、波長１.３１μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（１ａ）式で近似的に表される。また、図９（伝搬定数差＠波長１.３１μｍ）から、波長１.３１μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（１ｂ）式で近似的に表される。
Ｓ＝0.3916×(2a)＋57.22×(Δn)−22.77 …(1a)
Δβ＝1.620×10^-3×(2a)＋5.740×10^-2×(Δn)−3.386×10^-2 …(1b)

これらの式から、スキューＳの絶対値を小さくするとともに伝搬定数差Δβの絶対値を大きくするようにコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎを設計することにより、波長１.３１μｍにおいて目標の特性を定量的に予測し実現することができる。ここで、コア径３ａおよびコア比屈折率差Δｎそれぞれの変化方法として、コア径変化量（Δ(２ａ)：単位μｍ）およびコア比屈折率差変化量（Δ(Δｎ)：単位％）を用いたコア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) を定義すると、上記（１ａ）式および（１ｂ）式から、波長１.３１μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−０.５５×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−２.８×１０^−２は低クロストークの観点から避ける必要がある。

図７（スキュー＠波長１.５５μｍ）から、波長１.５５μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（２ａ）式で近似的に表される。また、図１０（伝搬定数差＠波長１.５５μｍ）から、波長１.５５μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（２ｂ）式で近似的に表される。これらの式から、波長１.５５μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−１.２×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−３.４×１０^−２は低クロストークの観点から避ける必要がある。
Ｓ＝0.7402×(2a)＋59.69×(Δn)−27.22 …(2a)
Δβ＝1.505×10^-3×(2a)＋4.448×10^-2×(Δn)−2.385×10^-2 …(2b)

図８（スキュー＠波長１.６２５μｍ）から、波長１.６２５μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（３ａ）式で近似的に表される。また、図１１（伝搬定数差＠波長１.６２５μｍ）から、波長１.６２５μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（３ｂ）式で近似的に表される。これらの式から、波長１.６２５μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−１.５×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−３.６×１０^−２は低クロストークの観点から避ける必要がある。
Ｓ＝0.8865×(2a)＋60.41×(Δn)−26.86 …(3a)
Δβ＝1.467×10^-3×(2a)＋4.117×10^-2×(Δn)−3.386×10^-2 …(3b)

以上のように、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの双方を変化させてコア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) を適切に設定することによって、スキューおよびクロストークの双方を低減することができる。スキュー低減の観点から、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) は負の値であることが望ましい。また、クロストーク低減の観点から、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) は、使用波長によって、−３.６×１０^−２〜−２.８×１０^−２の範囲を避けるように考慮して下限に設定されるのが望ましい。さらに、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) を−１.５×１０^−２以上−０.５５×１０^−２以下の範囲とすることで、通信波長帯において低スキュー特性を得ることができる。

（第２実施形態）

本実施形態のマルチコア光ファイバは、コアが純石英ガラスであって、光学クラッドがＦ元素添加の石英ガラスであり、クロストークの抑制のために隣り合う２つのコアの間で伝搬定数が異なっている。本実施形態でも、コア径２ａが８.５μｍであってコア比屈折率差Δｎが０.３５％である場合が基準条件とされ、この基準条件の場合との差としてスキューおよび伝搬定数差が計算により求められた。

図１４〜図１６は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと群遅延との関係を示す図である。図１４は波長１.３１μｍの場合を示し、図１５は波長１.５５μｍの場合を示し、図１６は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図には群遅延の等高線が示されている。等高線の間隔は１ｐｓ／ｍである。

図１７〜図１９は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎとスキューとの関係を示す図である。図１７は波長１.３１μｍの場合を示し、図１８は波長１.５５μｍの場合を示し、図１９は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図にはスキューの等高線が示されている。等高線の間隔は１ｐｓ／ｍである。これら図１７〜図１９は図１４〜図１６から得られた。基準条件の場合の群遅延が基準とされて各条件でのスキューが求められた。これらの図から判るように、何れの波長においてもコア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎによってはスキューが生じる。

図２０〜図２２は、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎと伝搬定数差との関係を示す図である。図２０は波長１.３１μｍの場合を示し、図２１は波長１.５５μｍの場合を示し、図２２は波長１.６２５μｍの場合を示す。これらの図には伝搬定数差の等高線が示されている。等高線の間隔は０.００１／μｍである。基準条件の場合の伝搬定数が基準とされて各条件での伝搬定数差が求められた。

第１実施形態と比較すると、第２実施形態では、同一範囲のコア構造変化に対するスキューおよび伝搬定数差の何れの変化も小さくなっており、また、コア構造と伝搬定数差との関係においてコア比屈折率差Δｎ（グラフ縦軸）依存性が逆になっている。したがって、コアが純石英ガラスである第２実施形態では、スキューを一定に維持するためスキュー等高線に沿ってコア構造を変化させたときに、伝搬定数差が変化し易い。

本実施形態では、中心に位置するコア１０_１をタイプＡとし、円周上に位置する３つのコア１０_２，１０_４，１０_６をタイプＢとし、円周上に位置する他の３つのコア１０_３，１０_５，１０_７をタイプＣとして、任意の隣り合う２つのコアが異種となるようにする。タイプＡのコアについては、径２ａを８.５μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３５％とする。タイプＢのコアについては、径２ａを８.３５μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３６％とする。また、タイプＣのコアについては、径２ａを８.６５μｍとし、比屈折率差Δｎを０.３４％とする。

図２３は、図１８（スキュー＠波長１.５５μｍ）においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。また、図２４は、図２１（伝搬定数差＠波長１.５５μｍ）においてタイプＡ〜Ｃの位置を示す図である。図２３に示されるように、タイプＡ〜Ｃそれぞれは、波長１.５５μｍにおいて共通のスキュー等高線の上にあり、コア間スキューが０.１ｐｓ／ｍ以下である。一方、図２４に示されるように、波長１.５５μｍにおいて隣接コア間の伝搬定数差が０.０００３以上となっている。よって、コア間スキューを低い値に維持しつつ、製造ばらつきでは得られないレベルのコア間の伝搬定数差が得られ、クロストークが低減される。

本実施形態においても、コア構造（コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎ）の変化に対するスキュー変化（図１７〜図１９）および伝搬定数差変化（図２０〜図２２）から、以下のようにして、低スキューおよび低クロストークの双方を実現することができる最適なコア構造条件を定量的に求めることができる。

図１７（スキュー＠波長１.３１μｍ）から、波長１.３１μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（４ａ）式で近似的に表される。また、図２０（伝搬定数差＠波長１.３１μｍ）から、波長１.３１μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（４ｂ）式で近似的に表される。これらの式から、波長１.３１μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−３.８×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝＋０.１４は低クロストークの観点から避ける必要がある。
Ｓ＝0.3195×(2a)＋10.29×(Δn)−6.964 …(4a)
Δβ＝1.595×10^-3×(2a)−1.145×10^-2×(Δn)−0.954×10^-2 …(4b)

図１８（スキュー＠波長１.５５μｍ）から、波長１.５５μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（５ａ）式で近似的に表される。また、図２１（伝搬定数差＠波長１.５５μｍ）から、波長１.５５μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（５ｂ）式で近似的に表される。これらの式から、波長１.５５μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−６.５×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝＋０.１０は低クロストークの観点から避ける必要がある。
Ｓ＝0.8818×(2a)＋13.52×(Δn)−12.27 …(5a)
Δβ＝1.458×10^-3×(2a)−1.408×10^-2×(Δn)−0.745×10^-2 …(5b)

図１９（スキュー＠波長１.６２５μｍ）から、波長１.６２５μｍでのスキューＳは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（６ａ）式で近似的に表される。また、図２２（伝搬定数差＠波長１.６２５μｍ）から、波長１.６２５μｍでの伝搬定数差Δβは、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの関数として下記（６ｂ）式で近似的に表される。これらの式から、波長１.６２５μｍでは、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝−７.３×１０^−２が低スキューの観点から望ましく、Δ(Δｎ)／Δ(２ａ)＝＋０.０９５は低クロストークの観点から避ける必要がある。
Ｓ＝1.054×(2a)＋14.41×(Δn)−14.05 …(6a)
Δβ＝1.404×10^-3×(2a)−1.485×10^-2×(Δn)−0.672×10^-2 …(6b)

本実施形態でも、コア径２ａおよびコア比屈折率差Δｎの双方を変化させてコア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) を適切に設定することによって、スキューおよびクロストークの双方を低減することができる。スキュー低減およびクロストーク低減の観点から、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) は負の値であることが望ましい。また、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) を−７.３×１０^−２以上−３.８×１０^−２以下の範囲とすることで、通信波長帯において低スキュー特性を得ることができる。

第１実施形態と比較すると、第２実施形態では伝送遅延の観点でも有利である。第１実施形態における群遅延変化（図３〜図５）を見ると、ＧｅＯ_２添加コア構造では、図示されているコア構造の範囲において、波長１.３１μｍにおいて群遅延が４８９１〜４８９７ｐｓ／ｍであり、波長１.５５μｍにおいて群遅延が４８９３〜４９００ｐｓ／ｍであり、波長１.６２５μｍにおいて群遅延が４８９４〜４９０１ｐｓ／ｍである。これに対して、第２実施形態における群遅延変化（図１４〜図１６）を見ると、純シリカコア構造では、図示されているコア構造の範囲において、波長１.３１μｍにおいて群遅延が４８７７〜４８７８ｐｓ／ｍであり、波長１.５５μｍにおいて群遅延が４８７８〜４８８１ｐｓ／ｍであり、波長１.６２５μｍにおいて群遅延が４８８０〜４８８２ｐｓ／ｍである。第２実施形態の方が、１４〜１９ｐｓ／ｍ程度、遅延が小さく、低遅延を特徴とする伝送システムの構築に有利である。

（第３実施形態）

上記の第１または第２の実施形態の方法で、マルチコア光ファイバ自体のスキューは低減され得る。しかし、特に使用長が長い場合等では、累積によって一定量のスキューが残存する場合が想定される。また、ケーブル化工程および敷設状態などによっては、ファイバ状態では予測できなかったスキューが発生する場合も想定される。第３実施形態では、マルチコア光ファイバに取り付けるピグテールファイバによってスキューを低減する。

図２５は、第３実施形態の並列光伝送用光ファイバケーブルの構成を示す図である。同図に示される並列光伝送用光ファイバケーブル５は、ファイバ軸に沿って延在する複数のコアを含むマルチコア光ファイバ３と、マルチコアファイバ３の各コアに光学的に接続されたピグテール光ファイバ４_１〜４_３と、を備える。ピグテール光ファイバ４_１〜４_３の一端はマルチコアファイバ３の各コアに光学的に接続され、ピグテール光ファイバ４_１〜４_３の他端側は単心に分離されている。ピグテール光ファイバ４_１〜４_３の他端側の単心分離された部分の長さの調整によってマルチコア光ファイバ３のスキューが補償されており、ケーブル５全体のスキューが０.１ｐｓ／ｍ以下である。

ピグテール光ファイバ４_１〜４_３は、マルチコア光ファイバ３の特定コアへの信号光の入射および取り出しの機能も兼ね備えている。ピグテール光ファイバ４_１〜４_３は、マルチコア光ファイバ３側ではマルチコア光ファイバ３のコアに合わせた配列になってまとめられている。反対側ではピグテール光ファイバ４_１〜４_３は単心に分離されている。マルチコア光ファイバ３とピグテール光ファイバ４_１〜４_３とは、コネクタまたは融着によって互いに接続されている。

ピグテール光ファイバ４_１〜４_３は、通常の光ファイバと同様のコアおよびクラッドによる光導波構造を有し、長さ１ｍ当り４.９ｎｓ程度の遅延を与える。よって、分離部において各ピグテール光ファイバの長さを調整することで、ケーブル５全体のスキューを低減することができる。

例えば、スキューが０.２ｐｓ／ｍ程度の長さ１０ｋｍのマルチコア光ファイバ３を使用する場合、マルチコア光ファイバ３において２ｎｓ程度のスキューが発生する。この場合、ピグテール光ファイバ４_１〜４_３の単心分離された部分の長さを最大０.４１ｍ程度変える（遅延の大きいコアのピグテール長を相対的に長くする）ことで、スキューをほぼ解消することができる。さらに、本実施形態では、実際にスキューを確認しながらピグテール光ファイバの長さを調整することで、光ケーブル５だけでなく伝送システム全体のスキューを調整することができる。

１〜３…マルチコア光ファイバ、４_１〜４_３…ピグテール光ファイバ、５…並列光伝送用光ファイバケーブル、１０_１〜１０_７…コア、１１_１〜１１_７…光学クラッド、１２_１〜１２_７…屈折率低減部、２０…ジャケット。

Claims (11)

1. ファイバ軸に沿って延在する複数のコアと、これら複数のコアの周囲を覆うクラッドと、を備えるマルチコア光ファイバであって、
   前記複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが１ｐｓ／ｍ以下であり、
   前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間で比屈折率差および径を共通のスキュー等高線上またはその近傍で変化させて、これらの２つのコアの間で比屈折率差および径の双方が異なることで、これら２つのコアの間の伝搬定数差が０より大きく設定されており、
   コアの比屈折率差の変化量（単位：％）をΔ(Δｎ)とし、コアの径の変化量（単位：μｍ）をΔ(２ａ)としたときに、コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が負である、
   ことを特徴とするマルチコア光ファイバ。
2. 前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間で比屈折率差および径の双方が異なることで、これら２つのコアの間の伝搬定数差が設定されており、
   前記複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが、コアの比屈折率差および径のうち何れか一方のみを異ならせた場合より低減されている、
   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。
3. 前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が０.０００３以上であり、
   前記複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが０.１ｐｓ／ｍ以下である、
   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。
4. 前記複数のコアそれぞれがＧｅＯ_２を添加された石英ガラスからなり、
   コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が −１.５×１０^−２以上−０.５５×１０^−２以下である、
   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。
5. 前記複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、
   光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなり、
   コア構造変化パラメータΔ(Δｎ)／Δ(２ａ) が −７.３×１０^−２以上−３.８×１０^−２以下である、
   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。
6. 前記複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、
   光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなる、
   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. 前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が１×１０^−５より大きい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. 前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間の伝搬定数差が１×１０^−４より大きい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. 前記複数のコアのうち互いに隣り合う２つのコアの間に、光学クラッドより低い屈折率を有する屈折率低減部が設けられている、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。
10. 前記複数のコアそれぞれが純石英ガラスからなり、
    光学クラッドがＦ元素を添加された石英ガラスからなり、
    前記複数のコアそれぞれを伝搬する信号光の間のスキューが０.５ｐｓ／ｍ以下である、
    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。
11. ファイバ軸に沿って延在する複数のコアと、これら複数のコアの周囲を覆うクラッドと、を含むマルチコア光ファイバと、
    前記マルチコアファイバの各コアに光学的に接続されたピグテール光ファイバと、
    を備える並列光伝送用光ファイバケーブルであって、
    前記ピグテール光ファイバの一端が前記マルチコアファイバの各コアに光学的に接続され、前記ピグテール光ファイバの他端側が単心に分離されており、
    前記ピグテール光ファイバの他端側の単心分離された部分の長さの調整によって前記マルチコア光ファイバのスキューが補償されており、ケーブル全体のスキューが０.１ｐｓ／ｍ以下である、
    ことを特徴とする並列光伝送用光ファイバケーブル。

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