JP7468664B2

JP7468664B2 - 光コネクタ

Info

Publication number: JP7468664B2
Application number: JP2022541393A
Authority: JP
Inventors: 陽子山下; 和秀中島; 隆松井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
Current assignee: NTT Inc; NTT Inc USA
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: US20230305223A1; JPWO2022029909A1; WO2022029909A1

Description

本開示は、伝送路を伝搬する信号光のモード間利得差を補償する光コネクタに関する。

近年、サービスの多様化によりインターネットトラヒックは未だ増加し続けており、伝送速度の高速化や波長分割多重（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）技術による波長多重数の増加により飛躍的に伝送容量を伸ばしてきた。また近年、検討が盛んに行われているデジタルコヒーレント技術によって更なる伝送容量の拡大が予想されている。デジタルコヒーレント伝送システムでは多値位相変調信号を用いることにより周波数利用効率を向上させてきたが、より高い信号雑音比が必要となってくる。しかし従来のシングルモードファイバ（Ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｆｉｂｅｒ、ＳＭＦ）を用いた伝送システムでは、理論的な限界に加え非線形効果に起因する入力パワー制限のため伝送容量は１００Ｔｂｉｔ／ｓｅｃを境に飽和することが予想されており、更なる大容量化は困難となってきている。

今後さらに伝送容量を増やしていくためには革新的な伝送容量拡大を実現する媒体が必要とされている。そこで、光ファイバ中の複数の伝搬モードをチャネルとして用いることで信号雑音比と空間利用効率の向上が期待できるマルチモードファイバ（Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅｆｉｂｅｒ、ＭＭＦ）を用いたモード多重伝送が注目を集めている。これまでファイバ中を伝搬する高次のモードは信号劣化の要因であったが、デジタル信号処理や合分波技術などの発展で積極的な利用が検討されている（例えば、非特許文献１、２を参照。）。

伝送容量の拡大に加えモード多重伝送の長距離化に向けた検討も行われており、３モード伝搬可能な非結合型の１２コアファイバを用いた５２７ｋｍ伝送の報告がなされている（例えば、非特許文献３を参照。）。

Ｎ．Ｈａｎｚａｗａｅｔａｌ．， "ＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＭｏｄｅ－ＤｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＯｖｅｒ１０ｋｍＴｗｏ－ｍｏｄｅＦｉｂｅｒｗｉｔｈＭｏｄｅＣｏｕｐｌｅｒ" ＯＦＣ２０１１，ｐａｐｅｒＯＷＡ４Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏｅｔａｌ．， "ＭｏｄａｌＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＬｏｎｇ－ｈａｕｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｖｅｒＦｅｗ－ｍｏｄｅＦｉｂｅｒｗｉｔｈＳＩＭＯＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ" ＥＣＯＣ２０１１，Ｗｅ．１０．Ｐ１．８２Ｋ．Ｓｈｉｂａｈａｒａｅｔａｌ． "ＤｅｎｓｅＳＤＭ（１２－Ｃｏｒｅ × ３－Ｍｏｄｅ）ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＯｖｅｒ５２７ｋｍＷｉｔｈ３３．２－ｎｓＭｏｄｅ－ＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎＥｍｐｌｏｙｉｎｇＬｏｗ－ＣｏｍｐｌｅｘｉｔｙＰａｒａｌｌｅｌＭＩＭＯＦｒｅｑｕｅｎｃｙ－ＤｏｍａｉｎＥｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ，" Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．３４，ｎｏ．１（２０１６）．Ｘ．Ｚｈａｏｅｔａｌ． "Ｍｏｄｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｏｎｇ－ｐｅｒｉｏｄｆｉｂｅｒｇｒａｔｉｎｇｓｗｒｉｔｔｅｎｉｎｔｈｅｓｉｘ－ｍｏｄｅｆｉｂｅｒ，" ＩＣＯＣＮ，２０１７．Ｔ．Ｆｕｊｉｓａｗａｅｔａｌ．，"Ｏｎｅｃｈｉｐ，ＰＬＣｔｈｒｅｅ－ｍｏｄｅｅｘｃｈａｎｇｅｒｂａｓｅｄｏｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｎｄａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｕｐｌｅｒｓｗｉｔｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｄｅｒｏｔａｔｏｒ，" ＯＦＣ２０１７，Ｐａｐｅｒ．Ｗ１ｂ．２．Ｍ．Ｓａｌｓｉｅｔａｌ．，"ＡＳｉｘ－ｍｏｄｅｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ，"ＥＣＯＣ２０１２，Ｐａｐｅｒ．Ｔｈ．３．Ａ．６．Ｙ．Ｊｕｎｇｅｔａｌ．，"Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｍｏｄａｌｇａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｆｅｗ－ｍｏｄｅＥＤＦＡｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｓｉｘｓｐａｔｉａｌｍｏｄｅｓ，" ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．１１，Ｊｕｎｅ（２０１４）

モード多重伝送の長距離化を行う上で、長距離伝送を行うためには伝送路にて発生するモード間損失差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｄａｌａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ：ＤＭＡ）や光増幅器にて発生するモード間利得差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｄａｌｇａｉｎ：ＤＭＧ）が重要となってくる。非特許文献３においても長距離伝送を実現するためにＤＭＡ及びＤＭＧを含めたモード間損失差（Ｍｏｄｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｌｏｓｓ：ＭＤＬ）を１スパンの中で０．２ｄＢ以下になるように調整を行っている。非特許文献３においては空間フィルタ型のモード間損失差補償器を用いてＬＰ０１モードにＬＰ１１モードに比べ３ｄＢ程度大きい損失を与えることでＭＤＬの低減に寄与している。

しかし、非特許文献３のような空間型の利得等化器は、ファイバ以外に、レンズや特定のモードに損失を与えるためのフィルタ等を用いるため、構造が複雑である、及び伝搬モード間のクロストーク抑制するために精密なアライメント作業が必要であるという課題があった。

また、コア内に空洞を有する光ファイバでＭＤＬを低減する手法は、当該光ファイバを伝送路の光ファイバと予め融着接続して伝送路を構築するため、伝送路を構築後に挿入することが難しい。このため、当該手法は、事前に伝送路のＭＤＬを予測し、そのＭＤＬを低減できる光ファイバを用意して伝送路を構築する。つまり、当該手法には、予測したＭＤＬが正確でない場合、伝送路のＭＤＬの低減効果を十分に得ることが困難という課題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、伝送路構築後にＭＤＬを低減できる簡易な手法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本明細書は、伝送路に接続することでＭＤＬを低減できる光コネクタを開示する。

具体的には、本発明に係る光コネクタは、マルチモード光ファイバを備える光コネクタであって、前記マルチモード光ファイバのコアは、中心軸に沿って複数の空洞を有することを特徴とする。予め基本モードと高次モードとの損失比が異なる光コネクタを複数用意しておき、構築された伝送路のＭＤＬを測定し、当該ＭＤＬを改善できる光コネクタを選択して伝送路に接続する。従って、本発明は、伝送路構築後にＭＤＬを低減できる簡易な手法（光コネクタ）を提供することができる。

また、本発明に係る光コネクタの前記空洞は、楕円体であり、１つの前記空洞の長軸方向が他の前記空洞の長軸方向と異なることを特徴とする。空洞部が楕円体である場合、高次モードの縮退モード間の損失差が発生することがある。このような場合、楕円体の長軸方向を空洞部毎に変えることで高次モードの縮退モード間の損失を平均し、その損失差を低減することができる。

本発明は、伝送路構築後にＭＤＬを低減できる簡易な手法（光コネクタ）を提供することができる。

本発明に係る光コネクタを説明する断面図である。本発明に係る光コネクタが備えるマルチモード光ファイバの断面図と屈折率プロファイルを説明する図である。本発明に係る光コネクタのモード間損失差を説明する図である。本発明に係る光コネクタのモード間損失差を説明する図である。本発明に係る光コネクタが備えるマルチモード光ファイバの断面図を説明する図である。本発明に係る光コネクタが備えるマルチモード光ファイバの断面図を説明する図である。本発明に係る光コネクタのモード間損失差を説明する図である。（ａ）は参照例、（ｂ）は実施例である。本発明に係る光コネクタの接続例を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態の光コネクタ３０１の構造を説明する断面図である。光コネクタ３０１は、マルチモード光ファイバ１１を備える光コネクタであって、マルチモード光ファイバ１１のコア２０は、中心軸に沿って複数の空洞２５を有することを特徴とする。光コネクタ３０１は、さらに、マルチモード光ファイバ１１を内包するフェルール１２、及び他の光コネクタとの接続を担うコネクタプラグ１３を備える。光コネクタ１３の形状は、一般的に使用されているＳＣコネクタ、ＦＣコネクタ、ＭＴコネクタ等の形状である。

図２は、損失差補償を行えるマルチモード光ファイバ１１のコア断面（ａ）とその屈折率分布（ｂ）を説明する図である。ここで、ｚ方向は光軸方向（マルチモード光ファイバ３０１の中心軸方向）である。なお、図２は、空洞２５が存在する部分の断面図である。空洞が存在しない部分の断面は一様なコア領域となる。ここで、コア半径、空洞半径、コアの屈折率、クラッドの屈折率をそれぞれａ１，ａ２，ｎ１，ｎ２とする。また、コアのクラッドに対する比屈折率差Δを
Δ＝（ｎ１^２－ｎ２^２）／２ｎ１^２
とする。

一般的にマルチモード光ファイバにおいては、高次モードに比べ基本モードは閉じ込めが強くなり曲げ損失を含む伝搬損失が小さくなる傾向がある。そこでモード多重伝送システムにおいてＭＤＬを小さくするために、基本モードに対して高次モードより大きな過剰損失を与えられる構造について説明する。また、本実施形態ではマルチモード光ファイバのＬＰモードが２つである例で説明するが、モード数が増加した場合も同様に考えることができる。

図３は、空洞半径ａ２とコア半径ａ１の比率に対するＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの損失の関係を説明する図である。ａ２／ａ１比率が大きくなる（空洞半径がコア半径に対して大きくなる）といずれのモードも損失が大きくなるが、ＬＰ０１モードの方が損失が大きい。従って、ａ２／ａ１比率を制御することで、光コネクタ３０１で補償できるＭＤＬの範囲を設定することができる。

図４は、比率ａ２／ａ１＝０．２とした場合の、空洞数と各モードの損失の関係を説明する図である。いずれのモードの損失も空洞数に比例する。従って、空洞数を制御することで損失量を設定することができる。なお、図４では、各空洞２５の半径が等しい場合のデータを示しているが、半径の異なる空洞２５を配列してもよい。

図３と図４を考慮することで、ａ２／ａ１比率と形成する空洞数を調整して、様々なモード間損失差の光コネクタ３０１を製造することができる。

上述のように、光コネクタ３０１は、空洞付与型モード間損失差補償用コネクタである。構築されている伝送路中の１か所以上の接続部に光コネクタ３０１を挿入し、当該伝送路のＭＤＬを補償する。作業手順としては、例えば、伝送路を構築した後に当該伝送路のＭＤＬを測定し、当該ＭＤＬを解消する特性の光コネクタ３０１を伝送路の接続部に接続する（図８参照。）。また、光コネクタ３０１を複数個組み合わせて多段に接続することで、伝送路に合わせた任意のモード間損失差を付与することもできる。

このように、光コネクタ３０１を使用することで、従前のように伝送路構築前にＭＤＬを推定して当該ＭＤＬを低減できる光ファイバを融着することなく、ＭＤＬを低減することができる。

（実施形態２）
実施形態１で説明したマルチモード光ファイバ１１の空洞２５を、光ファイバ側面からフェムト秒レーザ加工で形成しようとすると、焦点収差により空洞が楕円形状に歪むことがある。図５は、マルチモード光ファイバ１１のコア断面であって、空洞２５が楕円体である場合を説明する図である。ここで、ｚ方向は光軸方向（マルチモード光ファイバ３０１の中心軸方向）である。本図では、空洞２５はｘ方向を長軸（半径ａ）、ｙ方向を短軸（半径ｂ）とする楕円体となっている。

このような楕円体の空洞が存在すると、ＬＰ１１モードの縮退モード依存性が増大することがある。図７（ａ）は、楕円体の空洞によるＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの偏波縮退モードの依存性を説明する図である。ＬＰ０１モードについては、ｘ方向もｙ方向も損失に大きな差はない。しかし、ＬＰ１１モードは、ＬＰ１１ａモードの方がｘ方向もｙ方向もＬＰ１１ｂよりも損失が大きい。すなわち、空洞２５の形状によってモードに与えられる損失が異なるといえる。

そこで、本実施形態では、図７（ａ）のようなＬＰ１１モードの縮退モード依存性を解消するために、１つの空洞の長軸方向が他の空洞の長軸方向と異なることとした。図６は、本実施形態のマルチモード光ファイバ１１のコア断面を２つ重ねた図である。本実施形態は、空洞２５－１の長軸方向と空洞２５－２の長軸方向とが９０°ずれた例（θ＝９０°）である。

フェムト秒レーザの照射方向を変え、長軸を９０°ずらして空洞２５を２つ作成することで、図７（ａ）で説明したような楕円体による非対称性を改善することができる。図７（ｂ）は、図６のように長軸を９０°ずらして空洞２５を２つ作成した場合の縮退モード間の損失差を説明する図である。図７（ａ）ではＬＰ１１ａとＬＰ１１ｂとの損失差があったが、図７（ｂ）では両者の損失差が解消されている。つまり、楕円体である空洞の長軸方向を違えて配列することでＬＰ１１モードの縮退モード依存性が大きく改善できることがわかる。

本実施形態は、空洞２５が２つの場合を説明したが、空洞２５の数は２つに限らず３以上でもよい。また、その場合、それぞれの空洞の長軸のずれ量は９０°に限らない。例えば、空洞数がＮ個であれば、空洞の長軸のずれ量を１８０°／Ｎとすることができる。また、空洞２５は、長軸方向が互いに異なっていてもよいし、複数個毎に長軸方向を違えてもよい。

［発明のポイント］
空洞を有する光ファイバを有するコネクタによって、伝送路に合わせて任意の損失差を付与し、伝送路の損失差を制御することができる。
［発明の効果］
光コネクタの内部に空洞部を作製することで、接続点において伝送路構築後にも容易に損失差を付与することができる。

１１：マルチモード光ファイバ
１２：フェルール
１３：コネクタプラグ
２０：コア
２５、２５－１、２５－２：空洞
３０１：光コネクタ

Claims

マルチモード光ファイバを備える光コネクタであって、
前記マルチモード光ファイバのコアは、中心軸に沿って複数の空洞を有し、
前記空洞は、楕円体であり、１つの前記空洞の長軸方向が他の前記空洞の長軸方向と異なることを特徴とする光コネクタ。
それぞれマルチモード光ファイバを備える複数の光コネクタからなる光コネクタセットであって、
前記マルチモード光ファイバのコアは、中心軸に沿って複数の空洞を有し、
前記マルチモード光ファイバは、前記空洞の半径と前記コアの半径の比率と、前記空洞の数との組み合わせが、前記複数の光コネクタ間で互いに異なることを特徴とする光コネクタセット。