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JP5415728B2 - マルチコアホーリーファイバおよび光伝送システム - Google Patents

マルチコアホーリーファイバおよび光伝送システム Download PDF

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Description

本発明は、マルチコアホーリーファイバおよびこれを光伝送路として用いた光伝送システムに関するものである。
光増幅器や信号の変復調方式の発展等により、光通信の伝送容量は急速に拡大してきた。また、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）の普及を背景にデータの需要も確実に増加しつつあるため、今後のさらなる伝送容量の拡大が必須となっている。伝送容量拡大の手段として、伝送に使用する波長帯域を拡大することが有効である。使用波長帯域の拡大の一手段として、空孔構造を有する新しいタイプの光ファイバであるホーリーファイバを光伝送路として用い、広帯域光伝送を行なう技術が開示されている。例えば非特許文献１では、ホーリーファイバの一種であるＰＣＦ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）を用いて長さ１ｋｍの光伝送路を構成し、波長６５８〜１５５６ｎｍの広帯域での光伝送を実現する技術が開示されている。また、ホーリーファイバについては、その使用ファイバ長や伝送損失の改良も進んでいる（非特許文献２、３参照）。例えば、非特許文献３には、波長１．５５μｍにおける伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍ程度にまで低減されたホーリーファイバが開示されている。このように、ホーリーファイバを用いた広帯域光伝送は、将来実用化されるポテンシャルを十分に含んだ技術である。
ここで、ホーリーファイバの特性は、おもに、空孔の孔径ｄと、隣接する空孔間の距離Λとの比であるｄ／Λによって決まる。非特許文献４によると、空孔が三角格子を形成するように配置したホーリーファイバの場合、ｄ／Λの値を０．４３以下とすることにより、理論的に全ての波長においてシングルモード伝送を実現できることが開示されている。なお、このように、全ての波長においてシングルモード伝送が可能になる特性は、Ｅｎｄｌｅｓｓｌｙ Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ（ＥＳＭ）特性と呼ばれる。このようにシングルモード伝送を実現すれば、より高速での光伝送が可能になるとともに、他の光ファイバ等と接続してホーリーファイバに光を入射させる際に、ホーリーファイバの高次モードに光が結合することが防止されるため、接続損失の増大も防止される。なお、非特許文献１のように、ｄ／Λが０．５程度であっても、光ファイバの長さがたとえば１ｋｍ以上に長ければ、高次モードの光は伝送中に減衰してしまうため、実質的にＥＳＭ特性が実現される。
一方、ホーリーファイバの一種として、互いに離隔して配置した複数のコア部を有するマルチコアホーリーファイバが開示されている（特許文献１参照）。このマルチコアホーリーファイバは、たとえば各コア部において異なる光信号を伝送することができるので、空間多重（Ｓｐａｃｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、ＳＤＭ）伝送による超大容量伝送を実現可能であると考えられる。
K. Ieda, K. Kurokawa, K. Tajima and K. Nakajima, "Visible to infrared high-speed WDM transmission over PCF," IEICE Electron.Express, vol.4, no.12, pp.375-379 (2007) K. Kurokawa, K. Tajima, K. Tsujikawa, K. Nakajima, T. Matsui, I. Sankawa and T. Haibara, "Penalty-Free Dispersion-Managed Soliton Transmission Over a 100-km Low-Loss PCF," J.LightwaveTechnol., vol.24, no.1, pp.32-37 (2006) K. Tajima, "Low loss PCF by reduction of holes surface imperfection," ECOC 2007, PDS2.1 (2007) M. Koshiba and K. Saitoh, "Applicability of classical optical fiber theories to holey fibers," Opt.Lett., vol.29, no.15, pp.1739-1741 (2004) 国際公開第２００６／１００４８８号パンフレット
しかしながら、マルチコアホーリーファイバは、各コア部を伝送する光信号間で光の干渉が発生すると、あるコア部を伝送する光信号が他のコア部に漏洩することとなり、光信号のクロストークが劣化するという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、各コア部を伝送する光信号のクロストークの劣化が抑制されたマルチコアホーリーファイバおよびこれを用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るマルチコアホーリーファイバは、互いに離隔して配置した複数のコア部と、前記各コア部の外周に位置し、該各コア部の周囲に三角格子を形成するように配置した複数の空孔を有するクラッド部と、を備え、前記空孔の孔径をｄ［μｍ］、前記三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λが０．５以下であり、前記空孔が前記各コア部を囲むように形成している空孔層を規定した場合に、前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の６層分以上に相当し、クラッド部の中心から最も遠い位置に配置したコア部を囲む空孔層が３層以上であり、前記各コア部は隣接するコア部間の結合定数の和が１．６×１０-5／ｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るマルチコアホーリーファイバは、上記の発明において、前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の７層分以上に相当することを特徴とする。
また、本発明に係るマルチコアホーリーファイバは、上記の発明において、前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の８層分以上に相当することを特徴とする。
また、本発明に係るマルチコアホーリーファイバは、上記の発明において、前記Λが１２μｍ以下であり、波長１．５５μｍにおいて直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明に係るマルチコアホーリーファイバは、上記の発明において、前記Λが１０μｍ以下であり、ｄ／Λが０．４３以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、使用波長帯域に含まれる波長を有する少なくとも１つの光信号を出力する光送信装置と、前記光送信装置に接続した請求項１〜５のいずれか一つに記載のマルチコアホーリーファイバと、前記光信号を前記複数のコア部のいずれかに合波する光合波手段と、前記マルチコアホーリーファイバが伝送した前記光信号を該マルチコアホーリーファイバから分波する光分波手段と、前記光分波手段が分波した前記光信号を受信する光受信手段と、を備え、前記マルチコアホーリーファイバの長さは、前記結合定数の和により定まる実効的な結合長の１／１００以下であることを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記使用波長帯域に含まれる最も短い波長をλｓ［μｍ］とすると、Λ≦−０．１４９０１λｓ ２＋９．３１３４λｓ＋１．３１７１が成り立つことを特徴とする。
また、本発明に係る光伝送システムは、上記の発明において、前記λｓは１．５５μｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、各コア部を伝送する光信号のクロストークの劣化が抑制されたマルチコアホーリーファイバおよびこれを用いた光伝送システムを実現できるという効果を奏する。
以下に、図面を参照して本発明に係る光伝送システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下ではマルチコアホーリーファイバをマルチコアＨＦと記載する。また、本明細書においては、曲げ損失とは、光ファイバを直径２０ｍｍで巻いた条件での曲げ損失を意味する。また、その他、本明細書で特に定義しない用語については、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図１に示すように、このマルチコアＨＦ１は、互いに離隔して配置された７つのコア部１１１〜１１７と、コア部１１１〜１１７の外周に位置するクラッド部１２とを備える。コア部１１１は、クラッド部１２のほぼ中心部に配置されており、コア部１１２〜１１７は、コア部１１１を中心とした正六角形の頂点にそれぞれ配置されている。また、クラッド部１２は、コア部１１１〜１１７の周囲に周期的に配置された複数の空孔１３を有する。また、空孔１３は、三角格子Ｌ１を形成するように配置されており、各コア部１１１〜１１７を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部１１１〜１１７とクラッド部１２とは屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。
ここで、空孔１３の直径ｄ１をｄ［μｍ］、空孔１３間の距離である三角格子Ｌ１の格子定数Λ１をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、クラッド部１２の中心から最も遠い位置に配置したコア部、すなわちコア部１１２〜１１７について、各コア部１１２〜１１７を囲む空孔層を最外層と規定する。たとえば、図１に示すように、コア部１１６に対しては、符号Ｏ１が最外層である。このマルチコアＨＦ１においては、最外層がいずれも３層以上の５層となっている。すなわち、各コア部１１１〜１１７は、少なくとも５層の空孔層に囲まれていることとなる。その結果、各コア部１１１〜１１７について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、各コア部１１１〜１１７の離隔間隔を、各コア部１１１〜１１７の中心間距離で規定する。たとえば、図１に示すように、コア部１１６とコア部１１７との離隔間隔は、離隔間隔Ｄ１で示される。ここで、離隔間隔Ｄ１は、図１から明らかなように、空孔層の８層分に相当している。さらに、このマルチコアＨＦ１においては、各コア部１１１〜１１７のうち隣接する任意のコア部の離隔間隔は空孔層の８層分に相当している。
このマルチコアＨＦ１は、Λを６μｍ、ｄ／Λを０．４３としているので、ＥＳＭ特性が実現されている。これに加え、このマルチコアＨＦ１は、各コア部１１１〜１１７のうち任意のコア部の離隔間隔を空孔層の８層分以上にすることによって、各コア部１１１〜１１７は隣接するコア部間の結合定数の和が１．６×１０-5／ｍ以下となる。その結果、このマルチコアＨＦ１の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部１１１〜１１７を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制される。
以下、具体的に説明する。はじめに、マルチコアＨＦ１において、隣接する任意の２つのコア部を伝送する光について考える。この２つのコア部が平行に存在する導波路構造におけるコア部間の光の干渉の大きさは、モード結合理論によって表される。すなわち、一方のコア部に入射した光のうち、このコア部を伝送する間にモード結合によって他方のコア部に乗り移る光のパワーＰは、伝送距離ｚと、２つのコア部間のモード結合定数χとを用いて、Ｐ＝ｓｉｎ２（χｚ）で計算することができる。したがって、ｚ＝π／（２χ）のときに、Ｐ＝１となり、光のパワーの１００％が一方のコア部から他方のコア部に乗り移ることとなる。このように光のパワーの１００％が乗り移るまでの伝送距離は結合長Ｌと呼ばれる。すなわち、Ｌ＝π／（２χ）である。
ここで、マルチコアＨＦ１の長さが結合長の１／１００である場合、Ｐ＝ｓｉｎ２（π／２００）＝０．０００２４７となり、一方のコア部から他方のコア部に乗り移る光のパワーが０．０３％以下となる。すなわち、この場合コア部間のクロストークが−３５ｄＢ以下となり、２つのコア部を伝送する光信号のクロストークは十分に低いものとなる。
したがって、マルチコアＨＦ１において、隣接するコア部間の結合定数を１．６×１０-5／ｍ以下とし、結合長を１００ｋｍ以上にすれば、このマルチコアＨＦの長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されることとなる。
なお、結合長は、上記のように結合定数により定まる。この結合定数は、マルチコアＨＦのΛ、ｄ／Λ、および任意の２つのコア部の離隔間隔の設計によりコア部を伝送する光のフィールド分布の重なりを調整することによって、適宜設定することが可能である。
つぎに、マルチコアＨＦ１の全てのコア部１１１〜１１７について考える。この場合は、あるコア部のクロストークを考える場合、他のコア部の全てからのモード結合の寄与を考慮する必要がある。したがって、あるコア部の結合定数については、他のコア部との間の結合定数の和が１．６×１０-5／ｍ以下になるようにする。ここで、この結合定数の和をχｓとし、これに対応する実効的な結合長ＬeffをＬeff＝π／（２χｓ）と規定すると、χｓを１．６×１０-5／ｍ以下とすることによって、実効的な結合長Ｌeffが１００ｋｍ以上になる。その結果、このマルチコアＨＦ１の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部１１１〜１１７を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されることとなる。
なお、結合定数は、コア部の離隔間隔の増大に伴い急激に小さくなるため、結合定数の和を考える際には、実際には最も隣接するコア部間のみの結合定数の和を考慮すればよい。すなわち、マルチコアＨＦ１においては、たとえばコア部１１１についてはコア部１１２〜１１７との間の結合定数の和を用い、コア部１１７の場合はコア部１１１、１１６との間の結合定数の和を用いる。
以上説明したように、本実施の形態１に係るマルチコアＨＦ１は、各コア部を伝送する光信号のクロストークの劣化が抑制されたものとなる。
なお、マルチコアＨＦ１の直径については、空孔１３を形成すべき領域の１．１倍程度の値とすれば、製造性が良く好ましい。
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２について説明する。図２は、本実施の形態２に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図２に示すように、このマルチコアＨＦ２は、互いに離隔して配置された２つのコア部２１１、２１２と、コア部２１１、２１２の外周に位置するクラッド部２２とを備える。コア部２１１、２１２は、クラッド部２２の中心部に対してほぼ対称に配置されている。また、クラッド部２２は、コア部２１１、２１２の周囲に周期的に配置された複数の空孔２３を有する。空孔２３は、三角格子Ｌ２を形成するように配置されており、各コア部２１１、２１２を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部２１１、２１２とクラッド部２２とは純石英ガラスからなる。
また、空孔２３の直径ｄ２をｄ［μｍ］、三角格子Ｌ２の格子定数Λ２をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、コア部２１１について、最外層Ｏ２は５層であり、コア部２１２についても同様である。その結果、各コア部２１１、２１２について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、コア部２１１とコア部２１２の離隔間隔Ｄ２は空孔層の８層分に相当する。その結果、実施の形態１と同様に、このマルチコアＨＦ２の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部２１１、２１２を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されており、クロストークの劣化が抑制されたものとなる。
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。図３は、本実施の形態３に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図３に示すように、このマルチコアＨＦ３は、互いに離隔して配置された３つのコア部３１１〜３１３と、コア部３１１〜３１３の外周に位置するクラッド部３２とを備える。コア部３１１〜３１３は、クラッド部３２の中心部を中心とした正三角形の頂点にそれぞれ配置されている。また、クラッド部３２は、コア部３１１〜３１３の周囲に周期的に配置された複数の空孔３３を有する。空孔３３は、三角格子Ｌ３を形成するように配置されており、各コア部３１１〜３１３を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部３１１〜３１３とクラッド部３２とは純石英ガラスからなる。
また、空孔３３の直径ｄ３をｄ［μｍ］、三角格子Ｌ３の格子定数Λ３をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、コア部３１２について、最外層Ｏ３は５層であり、コア部３１１、３１３についても同様である。その結果、各コア部３１１〜３１３について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、コア部３１１とコア部３１２との離隔間隔Ｄ２は空孔層の８層分に相当し、コア部３１１とコア部３１３との離隔間隔、およびコア部３１２とコア部３１３との離隔間隔についても同様である。その結果、実施の形態１と同様に、このマルチコアＨＦ３の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部３１１〜３１３を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されており、クロストークの劣化が抑制されたものとなる。
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。図４は、本実施の形態４に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図４に示すように、このマルチコアＨＦ４は、互いに離隔して配置された４つのコア部４１１〜４１４と、コア部４１１〜４１４の外周に位置するクラッド部４２とを備える。コア部４１１〜４１４は、クラッド部３２の中心部を中心としたひし形の頂点にそれぞれ配置されている。また、クラッド部４２は、コア部４１１〜４１４の周囲に周期的に配置された複数の空孔４３を有する。空孔４３は、三角格子Ｌ４を形成するように配置されており、各コア部４１１〜４１４を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部４１１〜４１４とクラッド部４２とは純石英ガラスからなる。
また、空孔４３の直径ｄ４をｄ［μｍ］、三角格子Ｌ４の格子定数Λ４をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、コア部４１２について、最外層Ｏ４は５層であり、コア部４１１、４１３、４１４についても同様である。その結果、各コア部４１１〜４１４について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、コア部４１１とコア部４１２との離隔間隔Ｄ４は空孔層の８層分に相当し、コア部４１１〜４１４のうちの任意のコア部とこれに隣接するコア部との離隔間隔も同様である。その結果、実施の形態１と同様に、このマルチコアＨＦ４の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部４１１〜４１４を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されており、クロストークの劣化が抑制されたものとなる。
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５について説明する。図５は、本実施の形態５に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図５に示すように、このマルチコアＨＦ５は、互いに離隔して配置された５つのコア部５１１〜５１５と、コア部５１１〜５１５の外周に位置するクラッド部５２とを備える。コア部５１１は、クラッド部５２のほぼ中心部に配置されており、コア部５１２〜５１５は、コア部５１１を中心とした正六角形の頂点にそれぞれ配置されている。また、クラッド部５２は、コア部５１１〜５１５の周囲に周期的に配置された複数の空孔５３を有する。空孔５３は、三角格子Ｌ５を形成するように配置されており、各コア部５１１〜５１５を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部５１１〜５１５とクラッド部５２とは純石英ガラスからなる。
また、空孔５３の直径ｄ５をｄ［μｍ］、三角格子Ｌ５の格子定数Λ５をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、コア部５１２について、最外層Ｏ５は５層であり、コア部５１１、５１３〜５１５についても同様である。その結果、各コア部５１１〜５１５について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、コア部５１２とコア部５１３との離隔間隔Ｄ５は空孔層の８層分に相当し、コア部５１１〜５１５のうちの任意のコア部とこれに隣接するコア部との離隔間隔も同様である。その結果、実施の形態１と同様に、このマルチコアＨＦ５の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部５１１〜５１５を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されており、クロストークの劣化が抑制されたものとなる。
（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６について説明する。図６は、本実施の形態６に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。図６に示すように、このマルチコアＨＦ６は、互いに離隔して配置された６つのコア部６１１〜６１６と、コア部６１１〜６１６の外周に位置するクラッド部６２とを備える。コア部６１１〜６１６は、クラッド部６２の中心部を中心とした正三角形の頂点および辺の中点にそれぞれ配置されている。また、クラッド部６２は、コア部６１１〜６１６の周囲に周期的に配置された複数の空孔６３を有する。空孔６３は、三角格子Ｌ６を形成するように配置されており、各コア部６１１〜６１６を囲むように正六角形状の層を形成している。なお、コア部６１１〜６１６とクラッド部６２とは純石英ガラスからなる。
また、空孔６３の直径ｄ６をｄ［μｍ］、三角格子Ｌ６の格子定数Λ６をΛ［μｍ］とすると、Λは６μｍであり、ｄ／Λは０．４３である。また、コア部６１３について、最外層Ｏ６は５層であり、コア部６１１、６１２、６１４〜６１６についても同様である。その結果、各コア部６１１〜６１６について閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となる。
また、コア部６１２とコア部６１３との離隔間隔Ｄ６は空孔層の８層分に相当し、コア部６１１〜６１６のうちの任意のコア部とこれに隣接するコア部との離隔間隔も同様である。その結果、実施の形態１と同様に、このマルチコアＨＦ６の長さを１ｋｍ以上とした場合に、各コア部５１１〜５１５を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されており、クロストークの劣化が抑制されたものとなる。
なお、上記実施の形態２〜６におけるマルチコアＨＦ２〜６の直径については、マルチコアＨＦ１と同様に空孔１３〜６３を形成すべき領域の１．１倍程度の値とすれば、製造性が良く好ましい。
（計算例）
本発明に係るマルチコアＨＦは、上記実施の形態１〜６に限定されず、Λ、ｄ／Λ、コア部の離隔間隔、最外層等は適宜設定できる。以下では、計算例１〜１３０を用いて、本発明についてさらに具体的に説明する。
（計算例１〜１３）
図７は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．５とした場合に、結合長が１００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例１〜１３を示す図である。なお、この計算は、ＦＥＭ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ）シミュレーションを用いて行なった。また、図７に示す結合長とは、コア部を３以上備えたマルチコアＨＦについては、実効的な結合長を意味するものとする。また、図７において、「コア間隔」は、コア部の離隔間隔を示している。また、たとえば「２−コア」とは、コア部を２つ備えたマルチコアＨＦであることを示している。また、「Ａｅｆｆ＠１５５０ｎｍ」とは、波長１５５０ｎｍでの有効コア断面積を示している。また、「ファイバ直径」は、各マルチコアＨＦの直径を示している。各マルチコアＨＦの直径は、製造性を考慮して、空孔を形成すべき領域の１．１倍の値としている。また、図７では、比較のため、コア部を１つだけ備えたシングルコアＨＦの直径についても、「１−コア」として示している。また、「曲げ損失が１０ｄＢ／ｍとなる波長λ１」については後述する。
図７に示すように、計算例１〜１３に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００ｋｍと閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍとが実現されている。また、ｄ／Λが０．５であり、実質的にＥＳＭ特性が実現されている。
つぎに、図７における曲げ損失が１０ｄＢ／ｍとなる波長λ１（以下、単に波長λ１とする。）について説明する。この波長λ１は、各計算例１〜１３に係るマルチコアＨＦについて、曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となる下限の波長である。したがって、各計算例１〜１３に係るマルチコアＨＦは、波長λ１よりも短い波長においては曲げ損失が１０ｄＢ／ｍを超えることとなる。一般に、伝送路に使用される光ファイバには１０ｄＢ／ｍ以下の曲げ損失が要求されるので、各計算例１〜１３に係るマルチコアＨＦは、波長λ１以上の波長において使用することが好ましい。
図８は、図７における波長λ１とΛとの関係をプロットしたグラフである。また、曲線Ｃは近似曲線であり、式Λ＝−０．１４９０１λ１ ２＋９．３１３４λ１＋１．３１７１で示される。したがって、各計算例１〜１３に係るマルチコアＨＦは、Λ≦−０．１４９０１λ１ ２＋９．３１３４λ１＋１．３１７１を満たす波長で用いることが好ましい。また、Λが１２μｍ以下であれば、光伝送システムで最もよく用いられている波長１．５５μｍにおいて曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となり、好ましい。
（計算例１４〜２６）
つぎに、図９は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．５とした場合に、結合長が１００００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例１４〜２６を示す図である。図９に示すように、計算例１４〜２６に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、実質的なＥＳＭ特性とが実現されている。また、このように結合長が１００００ｋｍのマルチコアＨＦであれば、長さを１００ｋｍとした場合でも、各コア部を伝送する光信号のクロストークが−３５ｄＢ以下に抑制されるので好ましい。
（計算例２７〜３９）
つぎに、図１０は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４８とした場合に、結合長が１００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例２７〜３９を示す図である。図１０に示すように、計算例２７〜３９に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、実質的なＥＳＭ特性とが実現されている。
（計算例４０〜５２）
つぎに、図１１は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４８とした場合に、結合長が１００００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例４０〜５２を示す図である。図１１に示すように、計算例４０〜５２に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、実質的なＥＳＭ特性とが実現されている。
（計算例５３〜６５）
つぎに、図１２は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４５とした場合に、結合長が１００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例５３〜６５を示す図である。図１２に示すように、計算例５３〜６５に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、実質的なＥＳＭ特性とが実現されている。
（計算例６６〜７８）
つぎに、図１３は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４５とした場合に、結合長が１００００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例６６〜７８を示す図である。図１３に示すように、計算例６６〜７８に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、実質的なＥＳＭ特性とが実現されている。
（計算例７９〜９１）
つぎに、図１４は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４３とした場合に、結合長が１００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例７９〜９１を示す図である。図１４に示すように、計算例７９〜９１に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍとが実現され、さらにｄ／Λが０．４３であるため理論的なＥＳＭ特性が実現されている。また、Λが１０μｍ以下であれば、波長１．５５μｍにおいて曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となり、好ましい。
（計算例９２〜１０４）
つぎに、図１５は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４３とした場合に、結合長が１００００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例９２〜１０４を示す図である。図１５に示すように、計算例９２〜１０４に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、理論的なＥＳＭ特性が実現されている。
（計算例１０５〜１１７）
つぎに、図１６は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４０とした場合に、結合長が１００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例１０５〜１１７を示す図である。図１６に示すように、計算例１０５〜１１７に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、理論的なＥＳＭ特性が実現されている。
（計算例１１８〜１３０）
つぎに、図１７は、実施の形態１〜６と同様の構造を有するマルチコアＨＦにおいて、ｄ／Λを０．４０とした場合に、結合長が１００００ｋｍとなるコア部の離隔間隔、および閉じ込め損失が０．０１ｄＢ／ｋｍとなる最外層を計算した計算例１１８〜１３０を示す図である。図１７に示すように、計算例１１８〜１３０に係るマルチコアＨＦは、最外層、コア部の離隔間隔を適宜設定することによって、結合長１００００ｋｍと、閉じ込め損失０．０１ｄＢ／ｋｍと、理論的なＥＳＭ特性が実現されている。
なお、上記計算例１〜１３０が示すように、ｄ／Λが０．５の場合、コア部の離隔間隔を６層分以上にすれば結合長を１００ｋｍ以上とでき、７層分以上にすれば１００００ｋｍ以上とすることができる。また、ｄ／Λが０．４３の場合、コア部の離隔間隔を７層分以上にすれば結合長を１００ｋｍ以上とでき、８層分以上にすれば１００００ｋｍ以上とすることができる。
（実施の形態７）
つぎに、本発明の実施の形態７に係る光伝送システムについて説明する。図１８は、本発明の実施の形態７に係る光伝送システムのブロック図である。図１８に示すように、本実施の形態７に係る光伝送システム１０は、光送信装置７と、光送信装置７に接続した実施の形態１に係るマルチコアＨＦ１と、マルチコアＨＦ１に接続した光受信装置８とを備える。光送信装置７は、互いに波長の異なる光信号を出力する７つの光送信器７１〜７７と、光送信器７１〜７７から出力した各光信号をマルチコアＨＦ１に合波する光合波器７８とを備える。光受信装置８は、合波されマルチコアＨＦ１を伝送した光信号をマルチコアＨＦ１から分波する光分波器８８と、分波した各光信号を受信する光受信器８１〜８７とを備える。
光送信器７１〜７７が出力する光信号は、たとえば変調速度が１０ＧｂｐｓのＮＲＺ信号で変調されたレーザ光である。そして、各光信号の波長はそれぞれ０．８５μｍ、０．９８μｍ、１．０５μｍ、１．３１μｍ、１．４８μｍ、１．５３μｍ、１．５５μｍであり、およそ１μｍを含めた広い波長帯域にわたってその波長が配置されている。なお、これらの波長は、マルチコアＨＦ１において曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下となっている波長範囲に属している。
また、光合波器７８は、光送信器７１〜７７のそれぞれが出力した光信号を、マルチコアＨＦ１のコア部１１１〜１１７のそれぞれに合波する。従って、光送信器１１〜１７が出力した光信号は、それぞれ異なるコア部１１１〜１１７を伝送する。一方、光分波器８８は、マルチコアＨＦ１の各コア部１１１〜１１７が伝送した各光信号をマルチコアＨＦ１から分波し、各光信号を光受信器８１〜８７に導く。光受信器８１〜８７は、それぞれ分波した各光信号を受信し、各信号光からＮＲＺ信号を電気信号として取り出す。
なお、光合波器７８は、たとえば光入力側に標準のシングルモード光ファイバを７本有し、光出力側にマルチコアＨＦ１と同様の構造のマルチコアＨＦを１本有する、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ ＷａｖｅＧｕｉｄｅ）などの導波路型やファイバ溶融型、空間結合型の光合分波器によって実現される。また、光分波器８８も、光合波器７８と同様の構造のものを用いることができる。
ここで、マルチコアＨＦ１の長さは、１ｋｍであり、このマルチコアＨＦ１の実効的な結合長である１００ｋｍの１／１００となっている。その結果、この光伝送システム１０によれば、光信号間のクロストークの劣化が抑制されたＳＤＭ伝送が可能になるという効果を奏する。
つぎに、本発明の実施例として、本実施の形態１に従うマルチコアＨＦを製造した。製造したマルチコアＨＦは、Λが５μｍであり、ｄ／Λが０．４３であり、コア部の数が７個であり、コア部の離隔間隔が１０層であり、最外層数が５層である。したがって、図１５の計算例９５に示すように、結合長が１００００ｋｍ以上となることは明らかである。つぎに、製造したマルチコアＨＦについて、中心のコア部（コアＡ）と外側のコア部（コアＢ）に関して光学特性の測定を行った。その結果、波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、コアＡが４１．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、コアＢが４０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、いずれもシミュレーション結果である４０．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとほぼ同等の結果であった。また、波長１５５０ｎｍにおける波長分散スロープは、コアＡが０．０７２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、コアＢが０．０７１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであり、いずれもシミュレーション結果である０．０７１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとほぼ同等の結果であった。また、波長１５５０ｎｍにおける有効コア断面積は、コアＡが３８．７μｍ２、コアＢが４１．８μｍ２であり、いずれもシミュレーション結果である３５．５μｍ２とほぼ同等の結果であった。また、図１９は、製造したマルチコアＨＦの波長と伝送損失との関係を示す図である。図１９に示すように、伝送損失は、波長１５５０ｎｍにおいてコアＡが２．４ｄＢ／ｋｍ、コアＢが２．４ｄｂ／ｋｍ、波長１３１０ｎｍにおいてコアＡが１１．５ｄＢ／ｋｍ、コアＢが１０．３ｄＢ／ｋｍ、波長１０５０ｎｍにおいてコアＡが２．１ｄＢ／ｋｍ、コアＢが２．０ｄＢ／ｋｍ、波長８５０ｎｍにおいてコアＡが３．６ｄＢ／ｋｍ、コアＢが３．７ｄＢ／ｋｍと、いずれのコアにおいても大きな違いはなく、長波長領域における閉じ込め損失や短波長領域における曲げ損失の影響を受けていないことが確認された。また、図２０は、製造したマルチコアＨＦの波長と曲げ損失との関係を示す図である。図２０に示すように、直径２０ｍｍで曲げたときの曲げ損失は、５００ｎｍ以上の波長域において、コアＡ、コアＢともに２ｄＢ／ｍ以下と十分な低曲げ損失特性が実現されていることを確認した。また、コアＡとコアＢに関してコア間干渉の検証を行った結果、１ｋｍ伝搬後のクロストークは波長８５０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍにおいて、いずれも−６０ｄＢ以下と十分に小さいことが確認された。
実施の形態１に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 実施の形態２に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 実施の形態３に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 実施の形態４に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 実施の形態５に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 実施の形態６に係るマルチコアＨＦの模式的な断面図である。 計算例１〜１３を示す図である。 図７における波長λ１とΛとの関係をプロットしたグラフである。 計算例１４〜２６を示す図である。 計算例２７〜３９を示す図である。 計算例４０〜５２を示す図である。 計算例５３〜６５を示す図である。 計算例６６〜７８を示す図である。 計算例７９〜９１を示す図である。 計算例９２〜１０４を示す図である。 計算例１０５〜１１７を示す図である。 計算例１１８〜１３０を示す図である。 実施の形態７に係る光伝送システムのブロック図である。 製造したマルチコアＨＦの波長と伝送損失との関係を示す図である。 製造したマルチコアＨＦの波長と曲げ損失との関係を示す図である。
符号の説明
１〜６ マルチコアＨＦ
１１１〜１１７、２１１、２１２、３１１〜３１３、４１１〜４１４、５１１〜５１５、６１１〜６１６ コア部
１２〜６２ クラッド部
１３〜６３ 空孔
７ 光送信装置
７１〜７７ 光送信器
７８ 光合波器
８ 光受信装置
８１〜８７ 光受信器
８８ 光分波器
１０ 光伝送システム
ｄ１〜ｄ６ 直径
Ｄ１〜Ｄ６ 離隔間隔
Ｌ１〜Ｌ６ 三角格子
Λ１〜Λ６ 格子定数
Ｏ１〜Ｏ６ 最外層

Claims (9)

  1. 互いに離隔して配置した複数のコア部と、
    前記各コア部の外周に位置し、該各コア部の周囲に三角格子を形成するように配置した複数の空孔を有するクラッド部と、
    を備え、前記空孔の孔径をｄ［μｍ］、前記三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λが０．４以上、０．５以下であり、前記空孔が前記各コア部を囲むように形成している空孔層を規定した場合に、前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の６層分以上１３層分以下に相当し、クラッド部の中心から最も遠い位置に配置したコア部を囲む空孔層が３層以上７層以下であり、前記クラッド部の中心から最も遠い位置に配置したコア部を囲む空孔層の層数は、前記各コア部の離隔間隔の前記空孔層の層数分よりも２層以上少なく、前記各コア部は隣接するコア部間の結合定数の和が１．６×１０-5／ｍ以下であることを特徴とするマルチコアホーリーファイバ。
  2. 前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の７層分以上に相当することを特徴とする請求項１に記載のマルチコアホーリーファイバ。
  3. 前記各コア部の離隔間隔が前記空孔層の８層分以上に相当することを特徴とする請求項２に記載のマルチコアホーリーファイバ。
  4. 前記Λが１２μｍ以下であり、波長１．５５μｍにおいて直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が１０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマルチコアホーリーファイバ。
  5. 前記Λが１０μｍ以下であり、ｄ／Λが０．４３以下であることを特徴とする請求項４に記載のマルチコアホーリーファイバ。
  6. 前記Λが７μｍ以上であり、波長１．５５μｍにおいて有効コア断面積が５７．８μｍ２以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマルチコアホーリーファイバ。
  7. 使用波長帯域に含まれる波長を有する少なくとも１つの光信号を出力する光送信装置と、
    前記光送信装置に接続した請求項１〜６のいずれか一つに記載のマルチコアホーリーファイバと、
    前記光信号を前記複数のコア部のいずれかに合波する光合波手段と、
    前記マルチコアホーリーファイバが伝送した前記光信号を該マルチコアホーリーファイバから分波する光分波手段と、
    前記光分波手段が分波した前記光信号を受信する光受信手段と、
    を備え、前記マルチコアホーリーファイバの長さは、前記結合定数の和により定まる実効的な結合長の１／１００以下であることを特徴とする光伝送システム。
  8. 前記使用波長帯域に含まれる最も短い波長をλｓ［μｍ］とすると、Λ≦−０．１４９０１λｓ ２＋９．３１３４λｓ＋１．３１７１が成り立つことを特徴とする請求項７に記載の光伝送システム。
  9. 前記λｓは１．５５μｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の光伝送システム。
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