JP6738180B2

JP6738180B2 - 光ファイバ

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Publication number: JP6738180B2
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Inventors: 翔太斉藤; 竹永　勝宏; 勝宏竹永
Original assignee: Fujikura Ltd
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Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2020-08-12
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Description

本発明は、光ファイバに関し、設計の自由度を向上させる場合に好適なものである。

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いて、複数のコアの外周が１個のクラッドにより囲まれたマルチコア光ファイバを用いて、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。また、コアが単一の光ファイバや、マルチコア光ファイバにおいて、コアに複数のモードの光を伝搬させ、それぞれのモードの光に情報を重畳させて、更なる大容量通信を行うフューモード光ファイバやフューモードマルチコア光ファイバが知られている。

このようにコアに複数のモードの光を伝搬させる場合、モード間郡遅延差（ＤＭＤ）が生じることが知られている。コアに複数のモードの光を伝搬させる場合、この光を受信する受信機では、一般的にＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output）処理がなされるが、モード間郡遅延差が大きい場合、ＭＩＭＯ処理が複雑となる傾向がある。

下記非特許文献１〜３には、モード間結合が生じる場合にはモード間郡遅延差が平均化され、ＭＩＭＯ処理が軽減化される旨の記載がある。

N.K. Fontaine et al., "Experimental investigation of crosstalk accumulation in a ring-core fiber," 2013 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series, TuC4.2, pp. 111-112(2013) R. Ryf et al., "1705-km transmission over coupled-core fiber supporting 6 spatial modes," ECOC 2014, PD.3.2 (2014) T. Fujisawa and K. Saitoh, A principal mode analysis of strongly- coupled 3-core fibers," ECOC 2015, We.1.4.6 (2015)

モード間結合を生じさせるためには、それぞれのモードの光の実効屈折率の差、すなわち実効屈折率差を小さくする必要がある。しかし、それぞれの実効屈折率差が小さい場合次のような懸念がある。すなわち、最も高次のＬＰモードの光の実効屈折率とクラッドの屈折率の差が小さくなり、もっとも高次のＬＰモードの光が損失する場合がある。あるいは、通信に不要なＬＰモードの光が伝搬され、ノイズとなったり、この不要な光と通信に必要な光とがモード間結合を起こし、通信に必要な光が損失する場合がある。これらの場合には、モード間結合した光が適切に伝搬されない虞がある。

そこで、本発明は、複数のＬＰモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、（ｘ＋１）次ＬＰモードまでの光を伝搬する信号光伝搬コアと、前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光のモード間結合が抑制されることを特徴とするものである。

或いは、上記目的を達成するため、本発明は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、（ｘ＋２）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する信号光伝搬コアと、前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光のモード間結合が抑制され、前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合することを特徴とするものである。

上記のいずれの光ファイバによっても、通信に用いるＬＰモードよりも高次のＬＰモードの光を伝搬するため、通信に用いるＬＰモードの光を強固に信号光伝搬コアに閉じ込めることができる。また、通信に用いないＬＰモードの光は、被結合部材を伝搬する光に結合するため、通信に用いないＬＰモードの光が通信に用いるＬＰモードの光へ影響することを抑制できる。このため、本発明の光ファイバによれば、通信に用いる複数のモードの光をモード間結合させつつ、適切に伝搬することができる。

また、前記信号光伝搬コアは、中心軸を含む内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み前記内側コアよりも屈折率の高い外側コアからなることが好ましい。

このように屈折率分布がリング型のコアを用いることにより、所定のＬＰモードまでの光をモード間結合させ易くでき、かつ、所定のＬＰモードの光の実効屈折率と当該所定のＬＰモードの次のＬＰモードの光の実効屈折率とを離すことができる。例えば、ｘ次ＬＰモードが３次ＬＰモードである場合に、ＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１モードの光及びＬＰ_２１モードの光の実効屈折率を近づけてモード間結合し易くでき、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率と４次ＬＰモードであるＬＰ_０２モードの光の実効屈折率を離して、ＬＰ_０２モードの光が３次ＬＰモードまでの光とモード間結合することを抑制することができる。なお、３次ＬＰモードがＬＰ_０２モードで４次ＬＰモードがＬＰ_２１モードとなる場合や、他のＬＰモードの組み合わせとなることもある。

また、前記被結合部材は、伝搬する光を前記信号光伝搬コアよりも損失することが好ましい。

このように構成することで、被結合部材を伝搬する光に結合することにより被結合部材に移動した（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光を減衰させることができる。

また、前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされることが好ましい。

この場合、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はクラッドを伝搬するクラッドモード光と結合する。一般的に通信用の光ファイバにはクラッドが必須の構成である。この必須の構成のクラッドを被結合部材とすることで、別途被結合部材を設けなくともよい。従って、光ファイバの構成が複雑化することを抑制することができる。また、被結合部材がクラッドとされることで、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はクラッドモード光となり、再び信号光伝搬コアに（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が戻る比率を小さくすることができる。さらに、クラッドの外周面がクラッドよりも屈折率の高い被覆層で被覆されていれば、クラッド光が被覆層に吸収されることにより通信に不要な光を損失させることができる。

上記のように前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされる場合においては、前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎ_ｅｆｆａとし、前記信号光伝搬コアを伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記クラッドの屈折率の差をΔｎ_ｅｆｆｂとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｃとする場合に、
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が全て成立することが好ましい。

さらに、
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆａ
が成立することがより好ましい。

また、前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされることが好ましい。

被結合部材がサイドコアとされることで、サイドコアに移動した（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をサイドコアから取り出すことができる。また、信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッドモード光に結合させなくともよいため、信号光伝搬コアの設計自由度を向上させることができる。

上記のように前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされる場合においては、前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合う前記ＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎ_ｅｆｆａとし、前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｂとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｃとし、前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｄとする場合に、
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｄ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｄ
が全て成立することが好ましい。

この場合、前記サイドコアは、シングルモードコアとされても良い。

この場合には、信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、サイドコアのＬＰ_０１モードの光としてクロストークし、サイドコアに移動する。

また、前記信号光伝搬コアを複数有することが好ましい。

この場合、それぞれの信号光伝搬コアがモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。

以上のように、本発明によれば、複数のモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバが提供される。

本発明の第１実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図１の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。本発明の第２実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図３の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。図３の光ファイバにおける屈折率分布及び実効屈折率の他の例を示す図である。本発明の第３実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。本発明の第４実施形態にかかる光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。

以下、本発明に係る光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、そ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。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図１に示すように、光ファイバ１は、信号光を伝搬するコア１０と、コア１０の外周面を隙間無く囲むクラッド２０と、クラッド２０の外周面を被覆する被覆層３０とを備える。また、コア１０は、コア１０の中心軸を含む内側コア１１と内側コア１１の外周面を隙間なく囲む外側コア１２とから成る。なお、コア１０は、信号光を伝搬する信号光伝搬コアとされる。

図２は図１の光ファイバ１における屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。図２に示すように、外側コア１２の屈折率は内側コア１１の屈折率及びクラッド２０の屈折率よりも高く、屈折率分布がリング型とされる。本実施形態では、内側コア１１の屈折率はクラッド２０の屈折率と同等とされる。また、図２では、コア１０を伝搬するそれぞれのＬＰモードの光の実効屈折率、及び、クラッドの屈折率が破線で示されている。

光ファイバ１は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバとされる。ただし、コア１０は、この通信帯域において、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬することができる。図２では、ｘが３であり、５つのＬＰモードの光を伝搬する例が示されている。図２において、５つのＬＰモードは、ｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ５とされる。ｍｏｄｅ１はＬＰ_０１モードとされ、ｍｏｄｅ２はＬＰ_１１モードとされ、ｍｏｄｅ３はＬＰ_２１モードとされ、ｍｏｄｅ４はＬＰ_０２モードとされ、ｍｏｄｅ５はＬＰ_３１モードとされる。ただし、ｍｏｄｅ３がＬＰ_０２モードとされ、ｍｏｄｅ４はＬＰ_２１モードとされても良い。この様に図２で示される例の光ファイバ１は通信帯域において５つのＬＰモードの光を伝搬するが、上記のようにｘが３とされるため、光ファイバ１はｍｏｄｅ１〜ｍｏｄｅ３の３つのＬＰモードの光により通信を行い、光ファイバ１が伝搬するｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光は通信に用いない不要な光とされる。なお、本明細書において、ｘ次ＬＰモードの光という場合、実効屈折率の高い順に、１次ＬＰモード（ｍｏｄｅ１）、２次ＬＰモード（ｍｏｄｅ２）、３次ＬＰモード（ｍｏｄｅ３）・・・と数えるものとする。

また、光ファイバ１では、通信に用いるｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合するよう構成される。図２の例では、ｍｏｄｅ１の光、ｍｏｄｅ２の光及びｍｏｄｅ３の光は、互いにモード間結合を起こすものとされる。つまり、ｍｏｄｅ１の光の実効屈折率とｍｏｄｅ２の光の実効屈折率とは、モード間結合を起こすほど差が小さく設定されており、ｍｏｄｅ２の光の実効屈折率とｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とは、モード間結合を起こすほど差が小さく設定されている。

また、光ファイバ１では、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合を起こすものとされる。図２の例では、ｍｏｄｅ４の光の実効屈折率とｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とは差が小さく設定されており、ｍｏｄｅ４の光とｍｏｄｅ５の光とは互いにモード間結合を起こすものとされる。ここで、Δｎ_ｅｆｆａを、ｘ次ＬＰモードと（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値とする。図２の例では、ｍｏｄｅ１の光とｍｏｄｅ２の光との実効屈折率差、ｍｏｄｅ２の光とｍｏｄｅ３の光との実効屈折率差、およびｍｏｄｅ４の光とｍｏｄｅ５の光との実効屈折率差のうち最大の実効屈折率差がΔｎ_ｅｆｆａとなり、Δｎ_ｅｆｆａは、モード間結合を起こすほど小さく（たとえば、１．０×１０^−３以下あるいは２．０×１０^−３以下等）設定されることになる。

また、上記のように、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合を起こすため、ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制されている。ここで、通信に用いる最高次ＬＰモードであるｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、通信に用いない最低次ＬＰモードである（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｃとすると、
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が成立し、Δｎ_ｅｆｆｃはｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制されるほど大きくされる。図２の例では、ｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とｍｏｄｅ４の光の実効屈折率との差がΔｎ_ｅｆｆｃとなり、ｍｏｄｅ３の光とｍｏｄｅ４の光とではモード間結合が抑制されている。

さらに、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合するものとされる。クラッドモード光に最も結合し易い光は、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光である。そこで、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差をΔｎ_ｅｆｆｂとする。この場合、図２の例では、ｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とクラッドの屈折率の差がΔｎ_ｅｆｆｂとなる。従って、ｍｏｄｅ５の光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合できるようΔｎ_ｅｆｆｂは所定の値より小さくされる。具体的には、
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が成立する。

さらに、
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆａ
が成立することが好ましい。

上記のようにｍｏｄｅ１の光、ｍｏｄｅ２の光及びｍｏｄｅ３の光は、互いにモード間結合を起こすため、Δｎ_ｅｆｆｂがΔｎ_ｅｆｆａより小さければ、より適切にコア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光（ｍｏｄｅ５の光）はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合することができる。ただし、Δｎ_ｅｆｆａが十分に小さい場合には、Δｎ_ｅｆｆｂがΔｎ_ｅｆｆａより大きい場合であっても、ｍｏｄｅ５はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合することができる。このように本実施形態では、クラッド２０は、通信に用いない不要なＬＰモードの光が結合する光を伝搬する部材であるため、被結合部材と理解することができる。また、クラッド２０は、被覆層３０で被覆されており、クラッド２０を伝搬する光は被覆層３０で吸収される。従って、クラッド２０は伝搬する光をコア１０よりも損失させる。

ところで、本実施形態において、ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｄとすると、図２の例ではｍｏｄｅ３の光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との差がΔｎ_ｅｆｆｄとなる。この場合、Δｎ_ｅｆｆｄはΔｎ_ｅｆｆｃより大きくなり、コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光のクラッドモード光との結合が抑制される。こうして、図２の例では、コアを伝搬するｍｏｄｅ１からｍｏｄｅ３までの光のクラッドモード光との結合が抑制される。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１は、所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバとされ、コア１０は、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する。従って、通信に用いるｘ次ＬＰモードまでの光をコア１０に強固に閉じ込めることができると共に、ｘ次モードまでの光の実効屈折率差を小さくでき、当該ｘ次ＬＰモードまでの光をモード間結合し易くすることができる。さらに、被結合部材としてのクラッド２０を伝搬するクラッドモード光は、コア１０を伝搬する最高次ＬＰモードの光と結合し、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合するため、通信に用いない（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッド２０に逃がし減衰させることができる。従って、通信に用いないＬＰモードの光が通信に用いるＬＰモードの光へ影響することを抑制でき、本実施形態の光ファイバ１によれば、通信に用いる複数のモードの光をモード間結合させつつ、適切に伝搬することができる。

なお、図１、図２に示す例では、ｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光が（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光とされ、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合するものとされた。しかし、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が１モードのみである場合には、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する概念は存在しない。例えば、図２において、ｍｏｄｅ５が存在せず、ｍｏｄｅ４の光がクラッドモード光と結合する場合には、ｍｏｄｅ４の光はコア１０において他のモードの光と結合する必要はない。

また、本実施形態では、コア１０がリング型の屈折率分布を有する。従って、所定のＬＰモードまでの光を結合させ易くでき、かつ、所定のＬＰモードの光の実効屈折率と当該所定のＬＰモードの次のＬＰモードの光の実効屈折率とを離すことができる。例えば、上記実施形態のように、ＬＰ_０１モードの光、ＬＰ_１１モードの光及びＬＰ_２１モードの光の実効屈折率を近づけてモード間結合し易くでき、ＬＰ_２１モードの光の実効屈折率と４次ＬＰモードであるＬＰ_０２モードの光の実効屈折率を離して、ＬＰ_０２モードの光が３次ＬＰモードまでの光とモード間結合することを抑制するようなデザインを容易に行うことができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３から図５を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図３は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図３に示すように、光ファイバ２は、コア１０と並列するサイドコア４０を備える点において第１実施形態の光ファイバ１と異なる。

図４は図３の光ファイバ２における屈折率分布及び実効屈折率の例を示す図である。図４に示すように、サイドコア４０の屈折率はクラッド２０の屈折率よりも高くされ、本実施形態ではサイドコア４０は、光ファイバ２の所定の通信帯域において、シングルモードコアとされる。なお、図４では、図２と同様にコア１０を伝搬するそれぞれのモードの光の実効屈折率及びクラッド２０の屈折率が破線で示され、サイドコア４０を伝搬する光の実効屈折率が点線で示されている。サイドコア４０は上記のようにシングルモードコアであるため、サイドコア４０を伝搬する光のモードはｍｏｄｅ１’で示される。

本実施形態では、さらに、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光はサイドコア４０を伝搬する光に結合し、コア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される。図４で示す例では、サイドコア４０を伝搬する光に最も結合し易い（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｍｏｄｅ４の光とされ、ｍｏｄｅ３の光はサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光とのモード間結合が抑制されている。

ここで、Δｎ_ｅｆｆａ及びΔｎ_ｅｆｆｃを第１実施形態と同様とする。また、本実施形態では、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｂとする。図４で示す例では、コア１０を伝搬するｍｏｄｅ４の光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率との差がΔｎ_ｅｆｆｂとなる。また、コア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｄとする。図４で示す例では、ｍｏｄｅ３の光の実効屈折率と、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率との差がΔｎ_ｅｆｆｄとなる。

このとき、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ４の光）は、サイドコア４０を伝搬する光に結合する必要があり、ｘ次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ３の光）はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される必要があるため、
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｄ
が成立する。

また、上記のようにコア１０を伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、ｘ次ＬＰモードの光（図４の例ではｍｏｄｅ３の光）はサイドコア４０を伝搬する光との結合が抑制される必要があるため、
Δｎ_ｅｆｆa＜Δｎ_ｅｆｆｄ
が成立する。

なお、第１実施形態の光ファイバ１と同様に
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が成立する。

また、図４から明らかに
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が成立する。

上記条件を満たすことにより、図４の例では、ｍｏｄｅ４の光はサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。また、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、ｘ次ＬＰモードまでの光とは別にモード間結合するため、ｍｏｄｅ５の光はｍｏｄｅ４と結合してサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。このように本実施形態では、サイドコア４０は、通信に用いない不要なＬＰモードの光が結合する光を伝搬する部材であるため、被結合部材と理解することができる。

なお、サイドコア４０は、コア１０よりも伝搬する光を損失することが好ましい。この様にサイドコア４０で光を損失させるには、サイドコア４０となるガラスロッドに水酸基が行きわたるようにして、かつ、脱水時に酸素を過剰に流す等すればよい。

次に、光ファイバ２における実効屈折率の他の例について説明する。図５は図３の光ファイバ２における屈折率分布及び実効屈折率の他の例を示す図である。図５に示すように、本例では、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がコア１０を伝搬するｍｏｄｅ４の光の実効屈折率とｍｏｄｅ５の光の実効屈折率との間に位置する点において図４の例と異なる。本例では、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率は、コア１０を伝搬するｍｏｄｅ５の光の実効屈折率よりもｍｏｄｅ４の光の実効屈折率に近いものとする。このようなにサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率が、コア１０を伝搬するｘ次モードの光の実効屈折率と（ｘ＋１）次モードの光の実効屈折率との間にない場合であっても、図４の例で示す各式が成立することで、ｍｏｄｅ４の光はサイドコア４０を伝搬する光に結合することができ、ｍｏｄｅ５の光はｍｏｄｅ４と結合してサイドコア４０を伝搬する光に結合することができる。

なお、特に図示しないが、サイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がｍｏｄｅ５の光の実効屈折率よりも小さい場合、すなわちｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率がｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率との間となる場合には、ｍｏｄｅ５の光の実効屈折率とサイドコア４０を伝搬するｍｏｄｅ１’の光の実効屈折率の差をΔｎ_ｅｆｆｂとすることで第１実施形態と同様の条件が適用される。

以上説明したように、本実施形態の光ファイバ２によれば、被結合部材がサイドコア４０とされることで、サイドコア４０に移動したｘ＋１次ＬＰモード以上の光をサイドコア４０から取り出すことができる。また、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光をクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合させなくともよいため、コア１０の設計自由度を向上させることができる。

なお、本実施形態においても、図３から図５に示す例では、ｍｏｄｅ４の光、ｍｏｄｅ５の光が（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光とされ、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合するものとされた。しかし、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光が１モードのみである場合には、（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する概念は存在しない。例えば、図４、図５において、ｍｏｄｅ５が存在しない場合には、ｍｏｄｅ４の光はコア１０において他のモードの光と結合する必要はない。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図６は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図６に示すように、本実施形態の光ファイバ３は、第１実施形態に示すコア１０を複数有し、第１実施形態のクラッド２０と同様のクラッド２０を有するマルチコア光ファイバとされる。従って、それぞれのコア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光は、クラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合する。

本実施形態の光ファイバ３によれば、それぞれのコア１０がモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図７を参照して詳細に説明する。なお、第２実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図７は、本実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面図である。図７に示すように、本実施形態の光ファイバ４は、第２実施形態に示すコア１０及びサイドコア４０をそれぞれ複数有し、第２実施形態のクラッド２０と同様のクラッド２０を有するマルチコア光ファイバとされる。

本実施形態の光ファイバ４によれば、それぞれのコア１０がモード間結合する光を伝搬するため、情報伝達量がより高い光ファイバを実現することができる。なお、サイドコア４０の数はコア１０の数と同じであっても、異なっていても良い。例えば、図７に示す例では、それぞれのサイドコア４０は３つのコア１０と隣り合い、隣り合うそれぞれのコア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光と結合することができる。

（光ファイバの設計例）
次に、上記実施形態の光ファイバの設計例を示す。

図１の屈折率分布を有する光ファイバを設計した。この光ファイバにおいて、内側コア１１の半径ｒ１を４．５μｍとし、外側コア１２の外周の半径を１３．０μｍとし、内側コア１１の屈折率をクラッド２０の屈折率と同じとし、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差Δを０．３４％とした。この光ファイバを波長１５５０ｎｍで通信を行う光ファイバとした。

この波長において、コア１０を伝搬する光のＬＰモードは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード、ＬＰ_３１モード、ＬＰ_０２モード、ＬＰ_１２モードとなった。また、それぞれのモードの光の実効屈折率ｎ_ｅｆｆは表１の通りとなった。従って、互いにＬＰモードが隣り合う光の実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆは、表１の通りとなる。

表１から、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は８．９０８×１０^−４となる。また、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との実効屈折率差は１．２０３×１０^−３となる。従って、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との結合量は、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との結合量、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との結合量より抑えられることが分かる。また、ＬＰ_３１モードの光とＬＰ_０２モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ_０２モードの光とＬＰ_１２モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は６．３５４×１０^−４となる（ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差よりも小さい）。従って、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との結合量は、ＬＰ_３１モードの光とＬＰ_０２モードの光の結合量、及び、ＬＰ_０２モードの光とＬＰ_１２モードの光の結合量より抑えられることが分かる。さらに、ＬＰ_１２モードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差は１．０５７×１０^−４となる。従って、ＬＰ_１２モードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合してクラッド２０に伝搬する。このため、この光ファイバでは、上位３位以内のＬＰモードの光はモード間結合をしながら伝搬し、下位３位のＬＰモードの光はモード間結合をしながらクラッドモード光に結合して損失する。

（光ファイバの他の例）
次に、上記実施形態の光ファイバの他の例を示す。

図１の屈折率分布を有する光ファイバを設計した。この光ファイバにおいて、内側コア１１の半径ｒ１を３．４μｍとし、外側コア１２の外周の半径を９．５μｍとし、内側コア１１の屈折率をクラッド２０の屈折率と同じとし、外側コア１２のクラッド２０に対する比屈折率差Δを０．６０％とした。この光ファイバを波長１５５０ｎｍで通信を行う光ファイバとした。

この波長において、コア１０を伝搬する光のＬＰモードは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード、ＬＰ_３１モード、ＬＰ_０２モードとなった。また、それぞれのモードの光の実効屈折率ｎ_ｅｆｆは表２の通りとなった。従って、互いにＬＰモードが隣り合う光の実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆは、表２の通りとなる。

表２から、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差は１．６３６×１０^−３となる。また、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との実効屈折率差は２．２１２×１０^−３となる。従って、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との結合量は、ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との結合量、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との結合量より抑えられることが分かる。また、ＬＰ_３１モードの光とＬＰ_０２モードの光との実効屈折率差は１．１５２×１０^−３となる（ＬＰ_０１モードの光とＬＰ_１１モードの光との実効屈折率差、及び、ＬＰ_１１モードの光とＬＰ_２１モードの光との実効屈折率差のうち大きい方の実効屈折率差よりも小さい）。従って、ＬＰ_２１モードの光とＬＰ_３１モードの光との結合量は、ＬＰ_３１モードの光とＬＰ_０２モードの光の結合量より抑えられる。さらに、ＬＰ_０２モードの光の実効屈折率とクラッド２０の屈折率の差は８．８６０×１０^−４となる。従って、ＬＰ_０２モードの光はクラッド２０を伝搬するクラッドモード光に結合してクラッド２０に伝搬する。このため、この光ファイバでは、上位３位以内のＬＰモードの光はモード間結合をしながら伝搬し、下位２位のＬＰモードの光はモード間結合をしながらクラッドモード光に結合して損失する。

以上、本発明について、上記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、上記実施形態の光ファイバ１〜４において、ｘ次モードまでの光のモード数は２以上であれば特に制限はなく、（ｘ＋１）次モード以上の光のモード数も１以上であれば特に制限はない。

また、第２実施形態、第４実施形態では、サイドコア４０がシングルモードコアであるとしたが、サイドコア４０が複数のモードの光を伝搬するコアであっても良い。この場合、サイドコア４０を伝搬する複数のモードの光のうちいずれかの光が、コア１０を伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合すればよい。

また、上記実施形態では、それぞれのコア１０は屈折率分布がリング型とされたが、コア１０は、径方向における屈折率が一定のステップ型の屈折率分布を有するものであっても良く、中心軸に向かうほど屈折率が高くなる屈折率分布を有するものであっても良い。

また、上記実施形態では、それぞれのコア１０はクラッド２０に直接囲まれる構成とされたが、コア１０とクラッド２０との間にクラッド２０よりも屈折率の低いトレンチ層が形成されていても良い。

また、第３実施形態、第４実施形態では、コア１０が７つの場合を示したが、コア１０が複数の光ファイバでは、コア１０が２以上であれば特に制限はない。

以上説明したように、本発明によれば、複数のモードの光をモード間結合させつつ適切に伝搬することができる光ファイバが提供され、光通信の分野において利用することができる。

１〜４・・・光ファイバ
１０・・・コア（信号光伝搬コア）
１１・・・内側コア
１２・・・外側コア
２０・・・クラッド
３０・・・被覆層
４０・・・サイドコア

Claims

所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、
（ｘ＋２）次ＬＰモード以上のモード数の光を伝搬する信号光伝搬コアと、
前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、
を備え、
前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、
ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制され、
前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上の光はモード間結合する
ことを特徴とする光ファイバ。
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記サイドコアは、シングルモードコアとされる
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ。
所定の通信帯域において、ｘ次ＬＰモードまでの光（ｘは２以上の整数）により通信を行う光ファイバであって、
（ｘ＋１）次ＬＰモードまでの光を伝搬する信号光伝搬コアと、
前記信号光伝搬コアを伝搬する（ｘ＋１）次ＬＰモードの光と結合し、前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光との結合が抑制された光を伝搬する被結合部材と、を備え、
前記信号光伝搬コアを伝搬するｘ次ＬＰモードまでの光はモード間結合し、
ｘ次ＬＰモードの光と（ｘ＋１）次ＬＰモードの光とのモード間結合が抑制され、
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアと並列するサイドコアとされ、
前記サイドコアは、シングルモードコアとされる
ことを特徴とする光ファイバ。
前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合う前記ＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎ_ｅｆｆａとし、
前記信号光伝搬コアを伝搬する前記（ｘ＋１）次ＬＰモード以上のいずれかのモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｂとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｃとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と、前記サイドコアを伝搬するいずれかのモードの光の実効屈折率との差の最小値をΔｎ_ｅｆｆｄとする場合に、
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｄ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｄ
が全て成立する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆａ
が成立する
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
前記被結合部材が前記信号光伝搬コアの外周面を囲むクラッドとされる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記ｘ次ＬＰモードと前記（ｘ＋１）次ＬＰモードとの間を除き、実効屈折率が互いに隣り合うＬＰモード間の光の実効屈折率差の最大値をΔｎ_ｅｆｆａとし、
前記信号光伝搬コアを伝搬する最高次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記クラッドの屈折率の差をΔｎ_ｅｆｆｂとし、
前記ｘ次ＬＰモードの光の実効屈折率と前記（ｘ＋１）次ＬＰモードの光の実効屈折率との差をΔｎ_ｅｆｆｃとする場合に、
Δｎ_ｅｆｆａ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆｃ
が全て成立する
ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
Δｎ_ｅｆｆｂ＜Δｎ_ｅｆｆａ
が成立する
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ。
前記信号光伝搬コアは、中心軸を含む内側コアと、前記内側コアの外周面を囲み前記内側コアよりも屈折率の高い外側コアとからなる
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光ファイバ。
前記被結合部材は、伝搬する光を前記信号光伝搬コアよりも損失する
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光ファイバ。
前記信号光伝搬コアを複数有する
ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光ファイバ。