JPH01316706A - モード変換型光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマルチモード光ファイバとシングルモード光フ
ァイバとを結合する際に用いることのできるモード変換
型光ファイバに関するものである。

〔従来の技術〕

従来の光伝送路においては、中継間隔が数１０に■以上
で信号の伝送速度が数１００Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ以上の長
距離大容量光伝送媒体用に、数１０ＧＨの広い帯域を有
するシングルモード光ファイバが採用され、また、中継
間隔が数１０ｋｍ以下で信号の伝送速度が数１００Ｍｂ
ｉｔ／ｓｅｃ以下の短距離小容量光伝送媒体用には数１
００ＭＨの狭い帯域を持つモルチモード光フアイ式が採
用されている。

上記のように従来の光伝送路で長距離大容量光伝送媒体
用にシングルモード光ファイバが用いられている理由は
、例えば幹線等の長距離大容量光伝送路では光伝送媒体
の広帯域性が要求される一方で、接続点数が少なくて接
続特性に対する要求が低いことから、接続が困難ではあ
るが広帯域を有するシングルモード光ファイバが好適な
ためである。

これに対し、短距離小容量元媒体用にマルチモード光フ
ァイバが用いられている理由は、例えば加入者系等の短
距離小容量伝送路では接続点数が多く極めて高い接続特
性が要求される一方で、光伝送媒体の広帯域特に対する
要求が低いことから、狭帯域ではあるが接続が容易なマ
ルチモード光ファイバが好適なためである。

ところで、近年では通信の分野において、従来からの電
話サービスだけでなく、高品位テレビによる画１象情報
サービス、テレビ会議のサービスなと広帯域な伝送路を
必要とする各種のサービスが導入されるようになり、加
入者系でも広帯域な伝送路の要求が高まってきている。

加えて、シングルモード光ファイバ間の接続技術は大幅
に向上し、現在ではシングルモード光ファイバ間の接続
特性がマルチモード光ファイバ間の接続特性と同程度に
まで高められている。従って、今後は加入者系でもシン
グルモード光ファイバが導入されてゆくものと考えられ
る。

この場合、加入者系には既存のマルチモード光ファイバ
が布設されており、新たに布設されるシングルモード光
ファイバとの共存が必要となり、これらシングルモード
光ファイバとマルチモード光ファイバとの接続技術の新
たな発展が求められている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、現在のシングルモード光ファイバとマル
チモード光ファイバの接続技術としては、例えば融着接
続法等による直接結合が知られているだけで、異種の光
フアイバ間の接続において知られる光信号の伝搬方向に
依存する接続損失特性を除去するには至っていない。

例えば、融着接続法によってシングルモード光ファイバ
とマルチモード光ファイバとを直接接続すると、シング
ルモード光ファイバからマルチモードへ光信号が入射す
る場合の接続損失は数／１０（ｄＢ／接続）とａｌｌＪ
定精度に迫る低損失を実現できるが、マルチモード光フ
ァイバからシングルモード光ファイバへ光信号が入射す
る場合には約２０ｄＢ／接続と非常に大きい。このため
、同一伝送路内にシングルモード光ファイバとマルチモ
ード光ファイバとが混在する場合には、光信号の伝搬方
向は一方向に限定され双方向通信は不可能となる問題点
が発生していた。

そこで本発明では、シングルモード光ファイバとマルチ
モード光ファイバとの接続の場合に用いると光信号がい
ずれの側から入射しても接続損失が少なく、従って双方
向の通信をシングルモード光ファイバとマルチモード光
ファイバとを接続した光伝送路で可能とするモード変換
型光ファイバを提１ｊｔすることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るモード変換型光ファイバは、所定の最大屈
折率と所定の半径とを有する透光性材料より成るコアと
、上記最大屈折率より小さな屈折率を自゛シコアの外周
面を被う透光性材料より成るクラッドとを備えた光ファ
イバにおいて、コアの屈折率とクラッドの屈折率により
定義される比屈折率差Δ及びコアの半径ａの組合せ（Δ
ＧＩ，ａＧＩ）が長さしの光ファイバの両端でそれぞれ
、（ΔＧｌ’ａ　）及び（Δ　　ａ　）であり、　δΔ
−（ΔＧＩ　　　　　　　　　　ＳＭ’　　　　ＳＭＣ
ｌ−６８Ｍ）　／　（ｍ　−１）　。

δａ　−（ａ　ｃ＋−ａ　ＳＭ）　／　（ｍ　　１　）
としたとき、長さ方向Ｚの各位置において、ａ　　（Ｚ
）　−ａＧ、　−（ｎ−１）　　δａΔ（Ｚ）輪ΔＧ、
−（ｎ−１）　　６６ｍ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　ｍ；ｎ−１１２１・・・Ｉｍ；ｍ≧３） となっていることを特徴とする特 〔作用〕 本発明に係るモード変換型光ファイバは、以上の通りに
構成されるので、マルチモードファイバとしてＧ　Ｉ　
　（Ｇｒａｄｅｄ　１ｎｄｅｘ）ファイバを用い、これ
を上記モード変換型光ファイバのＺ−０の一端面に接続
し、シングルモード光ファイバを上記モード変換型光フ
ァイバのＺ−Ｌの他端面に接続して適切なモード変換を
行い得る。つまり、Ｚ−０では上記式より、 ａ（Ｚ−０）ｍａ、Δ（Ｚ−０）−ａＧｌとなｌ す、Ｇ！ファイバと同特性となっており、Ｚ−Ｌでは上
記式より、 ａ（Ｚ−Ｌ）ｍａ　　　Δ’（Ｚ　−Ｌ　）−６８Ｍと
なＳＭ’ すＳＭ（シングルモード）ファイバと同特性となる。

従って、Ｇ！ファイバから本発明に係るモード変換型光
ファイバを介して３Ｍファイバへ光信号を伝送する場合
、Ｇｌファイバからモード変換型光ファイバへ入射した
光ファイバのうち高次モードの信号はモード変換型光フ
ァイバを伝搬するにつれて比屈折率差Δ及びコア半径ａ
が変化してゆくため、徐々に低次モードへと結合され、
最終的に大部分の高次モードの信号が基底モードへと結
合されることになる。また、電界分布の広がった光信号
はモード変換型光ファイバを伝搬して３Ｍファイバに近
づくにつれて３Ｍファイバのコア半径ａＳ−で集光され
る。この結果、Ｇｌファイバから本発明に係るモード変
換型光ファイバへ入射された光信号は、３Ｍファイバと
の接続端面に近づくにつれて電磁界分布の広がりが小さ
くなり、よく集光された基底モードの光信号となるため
、５Ｍファイバ中を伝搬する場合に高次モードの遮断や
電界不整合による放射損失が無くなる。

〔実施例〕

以下、添付図面の第１図ないし第５図を参照して、本発
明の詳細な説明する。なお、図面の説明において同一要
素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は本発明の一実施例に係るモード変換型光ファイ
バの断面図である。このモード変換型光ファイバ５の長
さしは４００ｍであり、比屈折率差Δとコア半径ａとが
それぞれ（１，０％、２５μｍ）、（０，９％、２２μ
ｍ）、（０，８％。

１９μｍ）、（０，７％、１６μｍ）、（０，６％、１
３μｍ）、（０，５％、１０μｍ）、（０，４％、７μ
ｍ）、（０，３％、４μｍ）の光フアイバ８心をそれぞ
れ５０ｍづつ用意し、比屈折率差Δとコア半径ａとの大
きい順に（図の右から大きい順である）融着接続して構
成したものである。モード変換型光ファイバ５のコア５
とクラッド５２との組成は、それぞれ、（Ｓｉ　０２　
＋Ｇ　ｃ　Ｏ２）と（ＳＩＯ２）とである。そして、上
記モード変換型光ファイバ５の比屈折率Δとコア半径ａ
とをＧ夏コネクタを接続する端面からの距離の関数とし
てプロットすると、第２図、第３図の如くなり、下掲の
＜１）式に従っていることが判る。

つまり、モード変換型光ファイバ５の比屈折率差Δとコ
ア半径ａとは、Ｇｌファイバ（図の左端面に接続される
。）と３Ｍファイバ（図の右端面に接続される。）との
（Δ＋ａ）をそれぞれ（ΔＧｌ’　　ａＧｌ）、（Δ　
　ａ　）とし、一方、δΔ−８Ｍ’　　ＳＭ （ΔＧ１−ΔＳＭ）　／　（ｍ　−１）　、　　δａ■
（ａＧｌ−ａＳＭ）　／　（ｍ−１）で、モード変換型
光ファイバ５の長さがしてあり、長さ方向への距離をＺ
で表わすと、 ａ　　（Ｚ　）　繻ａ　ｃ　＋　　（ｎ−１）δａΔ（
Ｚ　）　”　Ｆ訂−→１−１　）　δΔ−ｍ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　ｍ；ｎ■１．２．・・・
、ｍｕｍ≧３） ・・・（１） に従うものである。

第４図に上記のモード変換型光ファイバ５を用いて試作
した実験系を示す。この系ではＧｌファイバ２へ光信号
を入射するため、波長１．３μｍの光信号を発射するＬ
ＥＤ８を設け、８Ｍファイバ４の出力端に射出光のパワ
ーをＪ？Ｊ定するパワーメータ９を設けである。１０は
それぞれの光ファイバが巻回されたリールを示す。Ｇｌ
ファイバ３とモード変換型光ファイバ５とはＧｌコネク
タ（マルチモード光ファイバコネクタ）６で結合され、
５Ｍファイバ４とモード変換型光ファイバ５とは８Ｍコ
ネクタ（シングルモード光ファイバコネクタ）７で結合
される。

この場合、ＧＩコネクタ６の結合部でモード変換型光フ
ァイバ５はＧｌファイバ２と同じ比屈折率差Δ。Ｉとコ
ア半径ａＧｌとを有するため、この部分ではＧｌファイ
バ相互間の接続と同じコネクタで接続できるのであり、
５Ｍコネクタ７の結合部でモード変換型光ファイバ５は
５Ｍファイバ４と同じ比屈折率差Δ８Ｍとコア半径ａ８
Ｍ、ｌ！１．を有するため、ＳＭファイバ相互間の接続
と同じコネクタで接続できるのである。Ｇｌファイバ２
と５Ｍファイバ４との長さは５００ｍであり、比屈折率
差Δとコア半径ａとはそれぞれΔＧ、−１．０％、ａＧ
ｌ＝　２５　μｍ　ｓΔ５Ｉｌｌ−０，３％、ａ　５ｎ
−４μｍである。また、ＧＩファイバ２．５Ｍファイバ
４のコアとブラッドとの組成は、それぞれ、（ＳｌＯ２
＋　Ｇ　ｅ　Ｏ２）と（３１０２）とである。

この実験系を用いてＧｌファイバ２から５Ｍファイバ４
への挿入損失及び結合損失を求めた結果、両損失の和が
１．９ｄＢとなった。従来、ＧＩファイバと３Ｍファイ
バとを直接に接続した場合、ＣＩファイバには複数の伝
搬モードが存在し、かつ各モードの電磁界分布の広がり
幅が３Ｍファイバのコア半径に対し充分大きいため、光
信号が３Ｍファイバに入射した直後に高次モードの光が
遮断され基底モードの光の大部分が放射され、実際に５
Ｍファイバ中に伝搬できる光のパワーはＧｌファイバ中
の光のパワーのわずか１％程度となり、２０ｄＢの接続
損失があったのに比べ、約１０分の１以下に低減できる
ことが確認できた。

第５図は従来から布設されていた光ケーブル１内のマル
チモードファイバであるＧｌファイバ２と、新たに布設
される光ケーブル３の５Ｍファイバ４とを、本発明の一
実施例に係るモード変換型光ファイバ５で結合した構成
を示す。この実施例では各ファイバを結合した伝送路′
を２系設けである。

かかる構成によると、ＧＩファイバ２からＧｌコネクタ
６を介してモード変換型光ファイバ５へ射出され、５Ｍ
コネクタ７を介して５Ｍファイバ４へ到る光信号は、モ
ード変換型光ファイバ５によって電界分布の広がりが小
さく、かつよく集光された基底モードの光信号とされる
。このため、ＳＭファイバ４中では高次モードの遮断や
電界不整合による放射損失が無く、低損失でＧＩファイ
バ３から５Ｍファイバ４へ光信号が伝搬するようになる
。

このように、本発明の実施例ではＧ！ファイバ２から５
Ｍファイバ４への光信号の伝送が結合損失２．０ｄＢ程
度であり、逆に５Ｍファイバ４からＧｌファイバ２への
光信号の伝送は問題なく行われるから、光信号の伝搬方
向に制限はなくなる。

従って、既存のシステム（５Ｍファイバ４が加入者系の
伝送路に布設されているシステム）を用いてテレビ会議
やコンピュータ通信等の双方向通信を実現できる。上記
実施例では、２系の伝送路のうち一方をＧｌファイバ２
から５Ｍファイバ４へ光信号を送出し、他方を５Ｍファ
イバ４からＧｌファイバ２へ光信号を送出するように用
いることができる。

本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、種々
の変形が可能である。

本実施例では、比屈折率差とコア半径とが異なる光ファ
イバを区々に融若接続して（１）式を満足するモード変
換型光ファイバを構成したが、比屈折率差とコア半径と
の少なくとも一方を連続的に変化させたものとしてもよ
い。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明では、モード変換型光
ファイバの比屈折率差とコア半径とがマルチモード光フ
ァイバのものから順次にシングルモード光ファイバのも
のへ変化させられているため、シングルモード光ファイ
バに入射する光信号は電磁界分布の広がりが小さく、か
つよく集光された基底モードの光となり、シングルモー
ド光ファイバ中では高次モードの遮断や電界不整合によ
る放射損失が無く、低損失でマルチモード光ファイバか
らシングルモード光ファイバへの光伝送が可能となる。

このため、シングルモード光ファイバとマルチモード光
ファイバとの間で双方向の通信が適切になされることに
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るモード変換型光ファ
イバの構成図、第２図は、本発明の一実施例に係るモー
ド変換型光ファイバの比屈折率差の変化を示す図、第３
図は、本発明の一実施例に係るモード変換型光ファイバ
のコア半径の変化を示す図、第４図は、本発明の一実施
例に係るモード変換型光ファイバによるＧｌファイバと
８Ｍファイバとを結合した場合の実験系の構成図、第５
図は、本発明の一実施例に係るモード変換型光ファイバ
を用いてＧ１ファイバと８Ｍファイバとを接続したシス
テムの構成図である。 １．３・・・光ケーブル、２・・・Ｇｌファイバ、４９
．・８Ｍファイバ、５・・・モード変換型光ファイバ、
６・・・Ｇ！コネクタ、７・・・８Ｍコネクタ、８・・
・ＬＥＤ、９・・・パワーメータ、５１・・・コア、５
２・・・クラッド。 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の最大屈折率と所定の半径とを有する透光性材料よ
   り成るコアと、前記最大屈折率より小さな屈折率を有し
   前記コアの外周面を被う透光性材料より成るクラッドと
   を備えた光ファイバにおいて、前記コアの屈折率と前記
   クラッドの屈折率により定義される比屈折率差Δ及び前
   記コアの半径ａの組合せ（Δ，ａ）が長さＬの光ファイ
   バの両端でそれぞれ、（Δ＿Ｇ＿Ｉ，ａ＿Ｇ＿Ｉ）及び
   （Δ＿Ｓ＿Ｍ，ａ＿Ｓ＿Ｍ）であり、 δΔ＝−（Δ＿Ｇ＿Ｉ−Δ＿Ｓ＿Ｍ）／（ｍ−１），δ
   ａ＝（ａ＿Ｇ＿Ｉ−ａ＿Ｓ＿Ｍ）／（ｍ−１）としたと
   き、長さ方向Ｚの各位置において、ａ（Ｚ）＝ａ＿Ｇ＿
   Ｉ−（ｎ−１）δａ Δ（Ｚ）＝Δ＿Ｇ＿Ｉ−（ｎ−１）δΔ （但し、［（ｎ−１）／ｍ］Ｌ≦Ｚ≦（ｎ／ｍ）Ｌ；ｎ
   ＝１，２，…，ｍ；ｍ≧３） となっていることを特徴とするモード変換型光ファイバ
   。