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公開番号2025001969
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023101800
出願日2023-06-21
発明の名称数モードマルチコア光ファイバ、及び、数モードマルチコア光ファイバの設計方法
出願人日本電信電話株式会社,国立大学法人北海道大学
代理人個人,個人
主分類G02B 6/02 20060101AFI20241226BHJP(光学)
要約【課題】群遅延広がり(GDS)を低減し信号処理負荷の増大を抑制できる、数モードマルチコア光ファイバ、及び、数モードマルチコア光ファイバの設計方法を提供する。
【解決手段】数モードマルチコア光ファイバは、それぞれ2以上の複数の光波モードを伝搬する、第1コア、第2コア、及び、第3コアを少なくとも有するコア領域と、コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、コア領域を包含するように配置されたクラッド領域と、を備える。第1コアと第2コアは異なるコア構造を有する。第1コア及び第2コアの間における隣接する相異なる光波モードの間での実効屈折率差が0となっている。数モードマルチコア光ファイバの断面において、第1コアと第2コアを結ぶ線を一辺とする正三角形の、一辺にはない頂点から、一辺の垂直方向に一辺に向かって所定シフト量だけ移動した位置に、第3コアが配置される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
それぞれ２以上の複数の光波モードを伝搬する、第１コア、第２コア、及び、第３コアを少なくとも有するコア領域と、
前記コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、前記コア領域を包含するように配置されたクラッド領域と、
を備える数モードマルチコア光ファイバであって、
前記第１コアと前記第２コアは異なるコア構造を有し、
前記第１コア及び前記第２コアの間における隣接する相異なる光波モードの間での実効屈折率差が０となっており、
前記数モードマルチコア光ファイバの断面において、前記第１コアと前記第２コアを結ぶ線を一辺とする正三角形の、前記一辺にはない頂点から、前記一辺の垂直方向に前記一辺に向かって所定シフト量だけ移動した位置に、前記第３コアが配置され、
前記頂点に前記第３コアが配置される場合における前記第１コアと前記第２コアの間の結合係数と比較して、前記第１コアと前記第２コアの間の結合係数が１０倍以上となるよう、前記所定シフト量が定められている、数モードマルチコア光ファイバ。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第１コア及び前記第２コアがそれぞれ伝搬する光波モードの数をＮ（Ｎは２以上の整数）とし、
前記数モードマルチコア光ファイバの曲げ半径をＲとし、
前記第１コア及び前記第２コアの間の距離をΛとし、
前記第１コアを伝搬するＫ番目の光波モードの実効屈折率をｎ
１，Ｋ
、前記第２コアを伝搬する（Ｋ＋１）番目の光波モードの実効屈折率をｎ
２，Ｋ＋１
（ここで、Ｋは１以上Ｎ未満の整数）とし、
前記実効屈折率差Δｎは、
TIFF
2025001969000014.tif
17
167
を満たす、請求項１に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項３】
前記所定シフト量をＳとして、
TIFF
2025001969000015.tif
22
167
を満たす、請求項２に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項４】
前記第１コア及び前記第３コア、又は、前記第２コア及び前記第３コアを隣接コアとして、前記隣接コアにおける、コア間の距離、Ｌ番目の光波モードの結合係数、及び、伝搬定数を、それぞれ、Λ
０
、κ
Ｌ
、β
Ｌ
として、
TIFF
2025001969000016.tif
30
167
を満たす、請求項２に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項５】
前記隣接コアにおけるコア半径の平均をａとして、
TIFF
2025001969000017.tif
18
166
を満たす、請求項４に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項６】
前記数モードマルチコア光ファイバの曲げ半径が、３０～１４０ｍｍの範囲にある、請求項１に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項７】
前記第３コアは、前記第１コア又は第２コアと同じコア構造を有するか、又は、
前記第３コアを伝搬するＬ番目の光波モードの実効屈折率が、前記第１コアを伝搬するＬ番目の光波モードの実効屈折率と、前記第２コアを伝搬するＬ番目の光波モードの実効屈折率の間の値である、請求項１～６のいずれか一項に記載の数モードマルチコア光ファイバ。
【請求項８】
それぞれ２以上の複数の光波モードを伝搬する、第１コア、第２コア、及び、第３コアを少なくとも有するコア領域と、
前記コア領域の屈折率未満の屈折率を有し、前記コア領域を包含するように配置されたクラッド領域と、
を備える数モードマルチコア光ファイバの設計方法であって、
前記第１コアと前記第２コアは異なるコア構造を有し、
前記第１コア及び前記第２コアの間における隣接する相異なる光波モードの間での実効屈折率差を０に設定し、
前記数モードマルチコア光ファイバの断面において、前記第１コアと前記第２コアを結ぶ線を一辺とする正三角形の、前記一辺にはない頂点から、前記一辺の垂直方向に前記一辺に向かって所定シフト量だけ移動した位置に、前記第３コアを配置し、
前記頂点に前記第３コアが配置される場合における前記第１コアと前記第２コアの間の結合係数と比較して、前記第１コアと前記第２コアの間の結合係数が１０倍以上となるよう、前記所定シフト量を定める、数モードマルチコア光ファイバの設計方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、数モードマルチコア光ファイバ、及び、数モードマルチコア光ファイバの設計方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズにより伝送容量が制限される。非特許文献１～３は、これらの制限を緩和する空間多重技術として、１本の光ファイバ中に複数のコアを有するマルチコアファイバを用いた並列伝送、及び、コア内に複数の伝搬モードが存在するマルチモードファイバを用いたモード多重伝送を開示している。
【０００３】
非特許文献２は、受信端においてクロストークを補償することが可能なＭＩＭＯ技術を開示している。
【０００４】
非特許文献４は、光通信システムで十分な伝送品質を担保するため、パワーペナルティを１ｄＢ以下にすべく、マルチコアファイバを用いた伝送において信号品質の劣化の原因となるコア間のクロストークを－２６ｄＢ以下とすべきことを開示している。
【０００５】
非特許文献５は、各コアの構造が単一のモードを伝搬する構造であるシングルモードマルチコアファイバにおいて、モード間でランダムな結合を誘起させるようコア構造及びコア間隔を調整することを開示している。
【０００６】
非特許文献６は、各コアで複数のモードが伝搬するよう設計された数モードマルチコア光ファイバにおいて、隣接コア間の同一ＬＰモード間でランダムな結合を誘起させる構造を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
H. Takara et al., "1.01-Pb/s (12 SDM/222 WDM/456 Gb/s) Crosstalk-managed Transmission with 91.4-b/s/Hz Aggregate Spectral Efficiency," in ECOC2012, paper Th.3.C.1 (2012)
T. Sakamoto et al., "Differential Mode Delay Managed Transmission Line for WDM-MIMO System Using Multi-Step Index Fiber," J. Lightwave Technol. vol. 30, pp. 2783-2787 (2012).
Y. Sasaki et al., “Large-effective-area uncoupled few-mode multi-core fiber,” ECOC2012, paper Tu.1.F.3 (2012).
T. Ohara et al., “Over-1000-Channel Ultradense WDM TransmissionWith Supercontinuum Multicarrier Source,” IEEE J. Lightw. Technol., vol. 24, pp.2311-2317 (2006)
T. Sakamoto, T. Mori, M. Wada, T. Yamamoto, F. Yamamoto, and K. Nakajima, "Fiber Twisting- and Bending-Induced Adiabatic/Nonadiabatic Super-Mode Transition in Coupled Multicore Fiber," J. Lightwave Technol. 34, 1228-1237 (2016).
T. Sakamoto, T. Mori, M. Wada, T. Yamamoto, F. Yamamoto and K. Nakajima, "Coupled Few-Mode Multicore Fiber With Low Differential Mode Delay Characteristics," J. Lightwave Technol. 35, 1222-1227 (2017).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献２に開示されるＭＩＭＯ技術によれば、コア間距離が小さくクロストークが－２６ｄＢよりも大きい場合であっても、信号処理によりパワーペナルティを１ｄＢ未満とすることができる。そのため、空間利用効率を向上させることができる。しかしながら、伝送路中で発生する複数の信号光間の群遅延差（ＤＭＤ）に起因する群遅延広がり（ＧＤＳ）が大きいと、伝送路のインパルス応答幅が大きくなり、信号処理負荷の増大を招いてしまう。
【０００９】
非特許文献５に開示される技術は、各コアの構造が単一のモードを伝搬する構造であるシングルモードマルチコアファイバにおいて、モード間でランダムな結合を誘起することで、ＧＤＳを距離の平方根に比例して大きくなるようにできる。その結果、長距離伝送（１００ｋｍ以上）においてＧＤＳを大幅に低減させることができる。
【００１０】
非特許文献６に開示される技術によれば、各コアで複数のモードが伝搬するよう設計された数モードマルチコア光ファイバにおいて、各コアでＬＰ０１モードとＬＰ１１モードが伝搬するようコア構造が設計される。非特許文献６によれば、隣接コア間の同ＬＰモード間でランダムな結合が観測されているが、異なるＬＰモード間での結合は生じていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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