專利名稱：非耦合多核光纖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高密度空間復(fù)用傳輸?shù)亩嗪斯饫w。
背景技術(shù)：
歷來在研究多模光纖，提出了用于消除因模組延遲差引起的傳輸帶寬限制的各種辦法。其一，提出分離模組后以電的方式均衡組延遲差(非專利文獻(xiàn)1)。其后，從在階梯折射率光纖中模傳播角大體與模次數(shù)對(duì)應(yīng)而提出angulardivision multiplexing(非專利文獻(xiàn)幻，進(jìn)而在2006年提出對(duì)于分布折射率光纖應(yīng)用幾乎相同的概念的mode group diversity multiplexing(非專利文獻(xiàn)3)。在這些文獻(xiàn)中記載的光纖都不作為用正交函數(shù)系表示各固有模的獨(dú)立的傳輸信道而利用，而是作為模組來利用傳播角的差進(jìn)行復(fù)用和去復(fù)用，傳輸帶寬不及單模光纖。亦即不是把傳輸容量提高到極限的技術(shù)。另外，非專利文獻(xiàn)4談到了使多模光纖的各模與傳輸信道對(duì)應(yīng)的模分復(fù)用。另外，用光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的使用同種核的非耦合多核光纖的技術(shù)公知有非專利文獻(xiàn)5。另外，在非專利文獻(xiàn)6中公開了把傳播常數(shù)不同的兩個(gè)核之間的串?dāng)_量抑制在規(guī)定值以下的技術(shù)。非專利文獻(xiàn)1 末松安晴、古屋一仁，“多姿態(tài)誘電體光導(dǎo)波路O屈折率分布i群遅延特性”，電子通信學(xué)會(huì)論文誌，Vol. 57-C，no. 9，pp. 289-296 (1974)非專禾Ij文獻(xiàn) 2 :R. C. Stearns, C. K. Asawa，S-K Yao, "Anfular DivisionMultiplexing for Fiber Communication Using Graded-Index Rod Lenses，，， J.Lightwave Technol.，vol. LT-4，no. 2，pp.358-362(1984)# 專禾I」文 ^ 3 :C. P. Tsekrekos, Μ. de Boer, A. Martinez, F. Μ. J. Wille ms, A. Μ· J.Koonen,“Temporal Stability of a Transparent Mode Group DiversityMultiplexing Link，，，Photon. Technol. Lett. , vol. 18, no. 23, pp.2484-2486(2006)非專利文獻(xiàn) 4 :Martin Feldman, Ramachandran, Vaidyanathan, and AhmedEI-Amawy, "High speed, High Capacity Bused Interconnects Using Optical SlabWaveguides”，Lect. Notes Comput. Sci.，vol. 1586，pp.924—937(1999)非專利文獻(xiàn)5 今村勝德、武笠和則、杉崎隆一、味村裕、八木健，“超大容量伝送用 7 > f * — U — 7 7 ^ K (c関t &検討”，2008年電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)通信y卄巧4大會(huì)， B-13-22(2008)非專利文獻(xiàn)6 吉川浩、山本雄三、大野豊，“加入者線路用非對(duì)稱2 二 7形單- 一 K 7 7 4 數(shù)値解析”，電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)論文誌C-I Vol. J74-C-1 No. 9pp307-312 1991年9月# 專禾I」文 ^ 7 :S. Inao, Τ. Sato, H. Hondo, Μ. Ogai, S. Sentsui, A. Otake, K. Yoshizaki, K. Ishihara, and N. Uchida, "High density multi-core-fiber cable，，，Proceedings of the 28th International Wire & Cable Symposium(IffCS),pp. 370-384, 1979非專利文獻(xiàn)8 :Β· Rosinski，J. W. D.Chi，P. Grasso，and J. L. Bihan,"Multichannel transmission of a multicore fiber coupled with Vertically-Coup1ed-Surface-Emit ting Lasers，，，J. Lightwave Technol. , vol. 17, no. 5, pp. 807-810,1999非專禾Ij 文獻(xiàn) 9:K.Saitoh and Ko sh i ba , “ Fu 11 - ve c t or i a 1 imaginary-distancebeam propagation method based on a finite element scheme application tophotonic crystal fibers", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 38，No. 7，pp. 927—933 (2002)# # ^lJ i； K 10 :A. W. Snyder and J. D. Love, "Optical Waveguide Theory", Chapman and Hall, London,1983光纖中傳播的各固有模的電場分布能用以下的式(1)表示。
E(rs ) = ( *ι)卿[/0 / +湖 …⑴在上述式(1)中， 是單位偏振波矢量，ων是載波角頻率(ν是波分復(fù)用或者頻分復(fù)用時(shí)的信道號(hào))，Ai (r,)和β i分別是振幅分布和傳播常數(shù)，i是模次數(shù)，rt是橫向(ζ方向以外的)的坐標(biāo)位置矢量。在組合表示光波的這些參數(shù)(θρωρ&α^Κφ )復(fù)用的情況下，有單獨(dú)使用ων的高密度波分復(fù)用(或者頻分復(fù)用)和使用 的偏振復(fù)用，另外，由于是單模光纖，所以i = 0，有通過Atl和Cp0的組合的四相相對(duì)相移鍵控(DQPSK)和正交振幅調(diào)制(QAM)等多電平傳輸。在上述的復(fù)用方式以外，有模復(fù)用(mode division multiplexing)傳輸。該模復(fù)用是利用Ai(A)的模次數(shù)i不同的固有模成為正交函數(shù)系的技術(shù)。在使用現(xiàn)有技術(shù)中公知的多模光纖進(jìn)行模復(fù)用傳輸?shù)那闆r下，為使一個(gè)傳輸信道與一個(gè)固有模對(duì)應(yīng)，模合波和模分波較困難。因此，不是用模復(fù)用，而是通過模組復(fù)用進(jìn)行復(fù)用化。因此，為進(jìn)行模復(fù)用傳輸，代替多模光纖，需要使用在一根光纖內(nèi)收納單模的多個(gè)的核的多核光纖。歷來，通過使用在一根光纖內(nèi)收容單模的多的核的多核光纖進(jìn)行模復(fù)用傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)，公知非專利文獻(xiàn)7以及非專利文獻(xiàn)8等。另外，非專利文獻(xiàn)4中公開的模分復(fù)用化使多模波導(dǎo)路徑的各模與傳輸信道對(duì)應(yīng)，但是在具有多個(gè)模的多模波導(dǎo)路徑中，在利用傳播角的差進(jìn)行分波的情況下，因?yàn)橛沙錾涠说碾姶艌龇植嫉拇笮Q定的衍射角比固有模的傳播角的差大所以不能進(jìn)行模分解，存在模的復(fù)用和去復(fù)用困難這樣的問題。另外，非專利文獻(xiàn)5中公開了用光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)歷來使用同種核的非耦合多核光纖，在非專利文獻(xiàn)4和非專利文獻(xiàn)5的任何一個(gè)中，都因?yàn)楫?dāng)同種核彼此接近時(shí)發(fā)生核間耦合形成串?dāng)_，所以有不能將核間隔縮窄的問題。進(jìn)而，即使在非專利文獻(xiàn)7以及非專利文獻(xiàn)8中也是通過歷來的同種核實(shí)現(xiàn)非耦合多核光纖，因?yàn)楫?dāng)同種核彼此接近時(shí)發(fā)生核間耦合形成串?dāng)_，所以有不能將核間隔縮窄的問題。非專利文獻(xiàn)6通過在兩核間改變核與包層之間的折射率差、作為其結(jié)果產(chǎn)生的傳播常數(shù)差而使核之間接近來避免耦合，但是只不過是關(guān)于兩核間的研究，把已經(jīng)在非專利文獻(xiàn)10等的教科書中敘述的物理現(xiàn)象應(yīng)用于核剖面是圓形的光纖。因此，本發(fā)明的目的是解決上述問題，通過代替多模光纖，在一根光纖內(nèi)收納單模的多個(gè)核的多核光纖中，使用高密度配置多個(gè)異種核的多核光纖進(jìn)行空分復(fù)用傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的多核光纖，通過一種多核光纖的方式，使用在一根光纖內(nèi)高密度地收納多個(gè)單模的核的多核光纖進(jìn)行空分復(fù)用傳輸，所述多核光纖的方式與使各個(gè)核獨(dú)立地進(jìn)行單模傳輸?shù)摹胺邱詈舷怠钡膭?dòng)作方式對(duì)應(yīng)。更詳細(xì)說，本發(fā)明的多核光纖采用各個(gè)核是單模而且使之與獨(dú)立的傳輸信道對(duì)應(yīng)的非耦合多核光纖的方式。通過該多核光纖，能夠以增多核的根數(shù)來增大傳輸帶寬。本發(fā)明的非耦合多核光纖的方式是一種多核光纖，是在一根光纖內(nèi)收納多個(gè)單模的核的多核光纖中，在光纖中傳播的固有模的電場分布中，使各個(gè)核的固有基本模在空間局部存在，不相互耦合而形成孤立的固有基本模，使信號(hào)的傳輸信道與各個(gè)核的固有基本模對(duì)應(yīng)，形成通過空間分割使傳輸信道復(fù)用的空分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的多核光纖，在多核光纖的剖面中二維配置單模光纖中的基本模的傳播常數(shù)不同的多種核，使鄰接的核間通過該核的不同的傳播常數(shù)成為非耦合狀態(tài)而形成空分的非耦合傳輸系統(tǒng)，通過使各核在單模下與獨(dú)立的傳輸信道一對(duì)一對(duì)應(yīng)，形成空分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明的非耦合多核光纖能夠采用具有多個(gè)傳播常數(shù)不同的多個(gè)種類的核的結(jié)構(gòu)，在多個(gè)核的配置中，配置成使相同的傳播常數(shù)的核間的耦合狀態(tài)成為非耦合狀態(tài)的核間距離，由此形成非耦合傳輸系統(tǒng)。在本發(fā)明的非耦合多核光纖中，可以采用具有傳播常數(shù)不同的三種核的結(jié)構(gòu)。在該三種核的配置中，可以把不同傳播常數(shù)的鄰接的核間的距離取為Λ，把相同傳播常數(shù)的核間的距離取為^"3A使成為最密填充配置。這里，通過隔開相同傳播常數(shù)的核間的距離 {3 Λ即成為非耦合狀態(tài)的距離來配置，形成非耦合傳輸系統(tǒng)。另外，在本發(fā)明的非耦合多核光纖中，可以采用具有傳播常數(shù)不同的兩種核的結(jié)構(gòu)。在該兩種核的配置中，可以采用具有多個(gè)傳播常數(shù)不同的兩種核的結(jié)構(gòu)。在多個(gè)核的配置中，把兩種核互相交互配置成格子狀，將相同傳播常數(shù)的核間的距離配置成非耦合狀態(tài)的核間距離，由此形成非耦合傳輸系統(tǒng)。在非耦合系中，為避免核間的耦合(串?dāng)_)，在使用傳播常數(shù)相等的相同的核(滿足相位匹配條件，耦合效率的最大值為1)的情況下，需要耦合長度比傳輸距離充分長。另外，在使用傳播常數(shù)互相不同的不同種的核(不滿足相位匹配條件，耦合效率的最大值不為1)的情況下，因?yàn)轳詈祥L度必然縮短，所以需要設(shè)計(jì)成使耦合效率的最大值亦即功率變換率F比接收電平充分小。根據(jù)本發(fā)明的方式，在非耦合的多核光纖中，能夠避免核間耦合(串?dāng)_)，在傳播常數(shù)相等的相同核的情況下，可以使耦合長度比傳輸距離充分長，在傳播常數(shù)互相不同的不同種的核的情況下，可以設(shè)計(jì)成使耦合效率的最大值亦即功率變換率F比接收電平充分
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過代替多模光纖，使用在一根光纖內(nèi)收納單模的多個(gè)核的多核光纖，能夠進(jìn)行空分復(fù)用傳輸。在非耦合的多核光纖中，能夠避免核間耦合(串?dāng)_)。


圖1是用于說明多核光纖的核的三角配置的圖。圖2是表示用于說明作為多核光纖的原理的核間耦合的最簡單的模型的圖。圖3是用于說明具有不同的傳播常數(shù)的核的一例的圖。圖4是用于說明在本發(fā)明的非耦合多核光纖中核與傳輸信道的對(duì)應(yīng)的圖。圖5是用于說明通過三角配置異種核的非耦合最密填充多核光纖的結(jié)構(gòu)例的圖。圖6是用于說明互相交互成格子狀配置兩種核的結(jié)構(gòu)例的圖。圖7是用于說明本發(fā)明的非耦合多核光纖的核的別的配置的圖。圖8是用于說明核間隔與耦合效率的關(guān)系的基本結(jié)構(gòu)的圖。圖9是用于說明三種核的三角配置中的同種核間距離的圖。圖10是表示低相對(duì)折射率差的相同核的間隔與耦合長度的關(guān)系的圖。圖11是表示低相對(duì)折射率差的異種核間的功率變換率與相對(duì)折射率差依從性的圖。圖12是表示使用低相對(duì)折射率差的核的配置例。圖13是表示高相對(duì)折射率差的相同核的間隔與耦合長度的關(guān)系的圖。圖14是表示高相對(duì)折射率差的異種核間的功率變換率與相對(duì)折射率差依從性的圖。圖15是表示使用高相對(duì)折射率差的核的配置例。符號(hào)說明10111IA-IIFIIAa-IIDaIIAb-IIDe12
2021A-21C21-221-124A-24C
具體實(shí)施例方式下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。下面使用圖1 圖15說明本發(fā)明的多核光纖中的非耦合多核光纖。
多核光纖核 核核 核
包層
非耦合多核光纖核
右側(cè)核左側(cè)核傳輸信道
6
在多核光纖中，把使用傳播常數(shù)相等的相同核進(jìn)行了多核化的光纖稱為 "Homogeneous Multi-core Fiber (Homogeneous MCF) ”，另一方面，把使用傳播常數(shù)互相不 |1] ^% "Heterogeneous Multi-coreFiber (Heterogeneous MCF) ”。本發(fā)明因?yàn)槭巧婕胺邱詈隙嗪斯饫w的發(fā)明，所以下面說明‘‘Heterogeneous Multi-core Fiber (Heterogeneous MCF)，，。圖1表示多核光纖的核配置的一例。此外，在圖1中表示出使核密度成為最高的最密填充配置的三角配置，但是不限于該配置例。在圖1中，多核光纖10，最密填充配置具有同一傳播常數(shù)的核11后在周圍形成包層12。這里，設(shè)各核的直徑為2a，鄰接的核間的間隔為Λ。圖2表示用于說明多核光纖的核間耦合的最簡單的模型。圖2表示的模型表示二耦合平板波導(dǎo)路徑的核的例子。準(zhǔn)備兩個(gè)單模波導(dǎo)路徑的核，當(dāng)使這些核互相接近時(shí)，如圖2所示在核間產(chǎn)生模耦合。當(dāng)設(shè)兩個(gè)核單獨(dú)存在的非擾動(dòng)系的各個(gè)的基本模的傳播常數(shù)分別為β” β2時(shí)，把這些核在傳輸方向(ζ方向)上平行排列的擾動(dòng)系的耦合模a、b的傳播常數(shù)β。β。如圖3 所示分別用I= β·+β。、β。= β·_β。給出。這里，(β :+^)/2是平均傳播常數(shù)，β。使用相位不匹配量δ = (^3「32)/2和耦合系數(shù)1^表示為β。= (52+k2)1/20現(xiàn)在，當(dāng)從一方的核入射其基本模時(shí)，在與耦合效率對(duì)應(yīng)的另一方的核中的標(biāo)準(zhǔn)化光功率η的ζ方向依存性記為η =Fsin2i3。Z。這里，F(xiàn)= (k/β。)2是功率變換率。耦合效率η在耦合長度L。= π/(2βε)中成為最大，其值成為F。在不滿足相位匹配條件δ =0的情況下，因?yàn)棣隆? k，所以耦合效率的最大值成為1。另一方面，當(dāng)各個(gè)核IlAUlB的折射率都等于Ii1 (1) = n/2) =Ii1，把在分別獨(dú)立存在的情況下的傳播常數(shù)作為β，通過下式
權(quán)利要求
1.一種非耦合多核光纖，該多核光纖在一根光纖內(nèi)收納多個(gè)單模的核，其中，在光纖中傳播的固有模的電場分布中，使各個(gè)核的固有基本模在空間局部存在，形成不相互耦合的孤立的固有基本模，使信號(hào)的傳輸信道與各個(gè)核的固有基本模對(duì)應(yīng)，形成通過空間分割使傳輸信道復(fù)用的空分復(fù)用傳輸系統(tǒng)，所述非耦合多核光纖的特征在于，所述多核光纖在多核光纖的剖面中二維配置單模光纖中的基本模的傳播常數(shù)不同的多種核，使鄰接的核間通過該核的不同的傳播常數(shù)成為非耦合狀態(tài)而形成空間分割的非耦合傳輸系統(tǒng)，通過使所述各核與在單模下獨(dú)立的傳輸信道一對(duì)一對(duì)應(yīng)，形成空分復(fù)用傳輸系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非耦合多核光纖，其特征在于，具備多個(gè)所述傳播常數(shù)不同的多種核，在所述多個(gè)核的配置中，以使相同的傳播常數(shù)的核間的耦合狀態(tài)成為非耦合狀態(tài)的核間距離進(jìn)行配置，形成非耦合傳輸系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非耦合多核光纖，其特征在于，具備多個(gè)所述傳播常數(shù)不同的3種核，在所述多個(gè)核的配置中，把不同傳播常數(shù)的鄰接核間的距離設(shè)為Λ，把相同傳播常數(shù)的核間的距離設(shè)為A進(jìn)行最密填充配置，隔開相同傳播常數(shù)的核間的距離Λ即成為非耦合狀態(tài)的距離來進(jìn)行配置，形成非耦合傳輸系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非耦合多核光纖，其特征在于，具備多個(gè)所述傳播常數(shù)不同的兩種核，在所述多個(gè)核的配置中，把所述兩種核互相交互成地配置成格子狀，將相同傳播常數(shù)的核間的距離配置成非耦合狀態(tài)的核間距離，形成非耦合傳輸系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明的多核光纖通過一種多核光纖的方式，使用在一根光纖內(nèi)收納單模的多個(gè)核的多核光纖進(jìn)行空分復(fù)用傳輸，所述多核光纖的方式與使各個(gè)核獨(dú)立地進(jìn)行單模傳輸?shù)摹胺邱詈舷怠钡膭?dòng)作方式對(duì)應(yīng)。更詳細(xì)說，本發(fā)明的多核光纖形成一種非耦合多核光纖，其各個(gè)核是單模而且使之與獨(dú)立的傳輸信道對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)G02B6/04GK102171596SQ200980139370
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月3日
發(fā)明者國分泰雄, 小柴正則, 盛岡敏夫 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人北海道大學(xué), 國立大學(xué)法人橫濱國立大學(xué)