JPH09311241A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のマルチモード・ステップインデックス形
の光ファイバと同様な製造の容易性や接続などについて
の取扱いの容易性を持ち、しかも従来のマルチモード・
ステップインデックス形に比べ大幅に広い伝送帯域を可
能とする光ファイバの提供。 【解決手段】コア１を、クラッドＣに内接するアウター
コア２と、このアウターコア内に設けられインナーコア
３、４とで形成し、且つインナーコアの断面形状を楕円
形とし、このインナーコアをアウターコアと同心的に設
けるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、通信用の光ファイ
バに関し、特にマルチモード形の光ファイバにおける伝
送情報量の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信に用いられる光ファイバには、モー
ドに関してシングルモード形とマルチモード形があり、
また屈折率分布の形態に関してステップインデックス形
とグラディエントインデックス形があるなど種々のタイ
プがあり、その各々に特徴がある。中でもマルチモード
・ステップインデックス形は、例えば数百μｍ〜１ｍｍ
程度のコア径とすることが可能で、光源や受光器との接
続やファイバ−ファイバ間の接続などにおける取扱いが
容易であり、また同じく大きなコア径が可能なグラディ
エントインデックス形に比べ低コストであることなどか
ら、比較的短距離の通信や器機内でのデータ伝送手段と
して多用されている。

【０００３】しかしマルチモード・ステップインデック
ス形の光ファイバには、伝搬する光線のモードによる伝
搬速度が異なる効果、いわゆるモード分散が大きく、こ
れによって入射光パルスの時間幅が伝搬距離の増大に応
じて広がり、パルス形状が崩れ易いという現象がある。
このためマルチモード・ステップインデックス形の光フ
ァイバは、シングルモード・ステップインデックス形や
グラディエントインデックス形に比べ、同じ伝送距離に
おける伝送帯域が数百分の１程度と狭く、単位時間に伝
送可能な情報量が格段に少ない。もっともマルチモード
・ステップインデックス形の光ファイバでも、コアとク
ラッドの屈折率差を小さくすることで伝送帯域を広くさ
せることが可能である。しかしこのようにすることは、
開口数が減少して伝送効率の悪化を招き、実用的でな
い。

【０００４】ただ伝送距離が短かければモード分散によ
る伝送帯域の低下は比較的小さいこと、またマルチモー
ド・ステップインデックス形が多用されている近距離通
信などの分野で今まで必要とされた伝送帯域があまり大
きくなかったなどの理由から、上記のようなモード分散
がそれほど問題にされていなかった。ところが最近にお
ける情報処理器機はその処理速度がますます高速化する
傾向にあり、これに伴って近距離通信でもより広い伝送
帯域が求められ、マルチモード・ステップインデックス
形における伝送帯域の限界が問題になって来ている。

【０００５】ところでグラディエントインデックス形の
光ファイバは、上記のようにマルチモード・ステップイ
ンデックス形の光ファイバに比べ数百倍の伝送帯域を持
ち、しかも接続などの取扱いを容易とする大きなコア径
が可能である。したがってこのグラディエントインデッ
クス形の光ファイバを用いることで、上記のような高速
化に対応することができる。しかし、グラディエントイ
ンデックス形は、例えば特開平４−９７３０２号公報や
特公表平５−８０８４８８号公報などで知られるよう
に、屈折率分布用の物質を拡散させることで放物線分布
の屈折率分布を与えて形成するなどのため、ステップイ
ンデックス形に比べてその製造工程などが大幅に複雑に
なり、コストアップを伴うという問題があること、それ
にその可能な伝送帯域が現在の一般的な通信システムに
あっては過剰性能となることなどから、近距離通信系に
グラディエントインデックス形の光ファイバを全面的に
用いることは必ずしも適切な対応とはならない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような事情を背景
になされたのが本発明で、従来のマルチモード・ステッ
プインデックス形の光ファイバと同様な製造の容易性や
接続などについての取扱いの容易性を持ち、しかも従来
のマルチモード・ステップインデックス形における伝送
帯域の限界を超えて、情報処理器機の高速化により求め
られる伝送帯域を可能とする新たな光ファイバの提供を
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、光ファイバにおけるコアを、クラッドに内接させ
て設け且つクラッドより大きな屈折率を与えた円形断面
形状のアウターコアと、このアウターコア内に設け且つ
アウターコアとは異なる屈折率を与えたインナーコアと
で形成することを基本とし、これに加えて、インナーコ
アの断面形状を楕円形とし、このインナーコアをアウタ
ーコアと同心的に、つまりインナーコアの中心をアウタ
ーコアの中心に一致させるようにして設けるようにして
いる。

【０００８】このようなコアが円形のアウターコアと楕
円形のインナーコアからなる楕円多層コア構造の光ファ
イバにあっては、光ファイバ端面への入射条件の異なる
光線について以下のようなメカニズムにより伝搬速度の
均一化を生じさせることができ、伝送帯域を広くするこ
とができる。これによる伝搬速度の均一化効果は、例え
ばインナーコアを単層としてコア全体が２層となる構造
の場合であれば、従来の同一開口数のステップインデッ
クス形の光ファイバに比べ３倍強程度に伝送帯域を広げ
ることができ、インナーコアを２層としてコア全体が３
層となる構造の場合であれば５倍弱程度に伝送帯域を広
げることができる。

【０００９】光ファイバを伝搬する光線は、実質的に全
てスキューレイ、つまり光ファイバの中心軸を含むメリ
ディオナル面から外れる光線であると見なせる。そして
楕円多層コア構造の光ファイバにあっては、そのコア
が、円形のアウターコアの内部に楕円形のインナーコア
を設けた構造であるため、スキューレイはそのほとんど
が、インナーコアないしアウターコアの何れかで、屈折
率が相対的に高いコアに閉じ込めれて伝搬する光と、イ
ンナーコアとアウターコアの両方を交互に通過しながら
伝搬する光の何れかであり、これらは何れも伝搬途中で
アウターコアとクラッドとの界面やアウターコアとイン
ナーコアとの界面における入射・反射のパターンを非周
期的つまりランダム的に変化させる。この結果、特に後
者のスキューレイは、屈折率が異なることで伝搬速度の
異なる領域の通過距離を１周期（１周期は、アウターコ
アとクラッドとの界面でのある反射から次の反射までの
周期）毎にランダムに変化させることになり、ランダム
的に速度変化を生じ、このランダム的な速度変化による
平均化作用により、伝搬速度に効果的な均一化を生じ
る。

【００１０】この形態の光ファイバの開口数は、コアに
おける最も高い屈折率によって決まるため、コアにおけ
る屈折率が低い部分の屈折率を、コアにおける屈折率が
高い部分の屈折率とクラッドの屈折率とのほぼ中間の値
とすることで、上記２種類の伝搬光成分による伝送帯域
は同じ開口数のステップインデックスファイバの伝送帯
域より極めて大きなものになる。またこの両成分の平均
伝搬速度はインナーコアの形状や屈折率の調整で等しく
することが可能で、そうすることにより両成分が加え合
わされた結果の伝送帯域も両成分と同程度の大きさとな
る。

【００１１】本発明による多層コア構造の光ファイバ
は、以上のようにして広い伝送帯域を可能とするが、同
時に製造の容易性も持っている。すなわち本発明による
光ファイバは、基本的には従来のステップインデックス
形の光ファイバで一般的に用いられているのと同様の製
造方法で製造することが可能であり、したがってコアが
多層であるものの、コアの多層化程度を適当な範囲とす
ることで、従来のステップインデックス形の光ファイバ
におけるのとそれ程変わらない条件で製造することがで
きる。

【００１２】このようにして伝搬速度の均一化を可能と
する楕円多層コア構造は、インナーコアも多層にし、そ
の層数を多くするほど均一化の程度を上げることができ
る。ただインナーコアの層数を多くするとそれだけ製造
の困難性が増す。したがって求められる性能とコストの
釣合いで最適なインナーコアの層数を決めることになる
が、１〜３層（コア全体で２〜４層）とするのが最も効
果的であり、製造が容易で大幅な帯域改善効果が得られ
る。特にインナーコアを２層としてコア全体を３層とす
る構造が好ましい。

【００１３】コアを３層構造とするには、インナーコア
をそれぞれ楕円形の断面形状を持つ第１のインナーコア
と第２のインナーコアで形成し、且つ第２のインナーコ
アを第１のインナーコア内に第１のインナーコアと同心
的に設けるようにする。

【００１４】

【実施の形態】本発明の第１の実施形態はコアが３層構
造であるものに関し、図１に示すように、本実施形態に
よる光ファイバのコア１は、円形断面形状としてクラッ
ドＣに内接させて設けるアウターコア２と、このアウタ
ーコア２の内部に設ける楕円形断面形状の第１のインナ
ーコア３、及びこの第１のインナーコア３の内部に設け
る同じく楕円形断面形状の第２のインナーコア４からな
る３層構造である。両インナーコア３、４は、何れもア
ウターコア２に対し同心的にし、且つ楕円の長半径方向
に関してアウターコア２の外周面と第１のインナーコア
３の外周面との間隔、及び第１のインナーコア３の外周
面と第２のインナーコア４の外周面との間隔を製造上で
支障のない範囲で十分に狭めて設けるようにする。この
ようにすることにより、光ファイバを伝搬するスキュー
レイの伝搬路に対しこれを漏れなくカバーするように第
１及び第２の両インナーコアを重ならせることができ、
上記したスキューレイにおけるランダム的な速度変化に
よる平均化作用をより効果的に得るがことができる。ま
たこのような構造は、直交する二つの鏡面についての鏡
面対称を持っているので、温度変化や吸湿による膨張、
収縮量が材料によって異なることに起因するファイバの
反りやねじれなどの変形の危険性を小さくできる。

【００１５】この実施形態におけるアウターコアとイン
ナーコアのサイズやそれぞれの屈折率についての一数値
例を挙げると以下のようになる。第２のインナーコアの
屈折率＝1.505 、第１のインナーコアの屈折率＝1.500
、アウターコアの屈折率＝1.495 、クラッドの屈折率
＝1.490 、アウターコアの半径＝0.50mm、第１のインナ
ーコアの短半径＝0.35mm、第１のインナーコアの長半径
＝0.49mm、第２のインナーコアの短半径＝0.18mm、第２
のインナーコアの長半径＝0.48mm。この数値条件におけ
る伝送帯域改善効果は、従来の同一開口数のステップイ
ンデックス形の光ファイバとの比較をモデルにしたがっ
た計算から求めると５倍弱程度になる。

【００１６】本発明の第２の実施形態はコアが２層構造
であるものに関し、この実施形態による光ファイバは、
図２に示すように、そのコア１１が、円形断面形状のア
ウターコア１２と楕円形断面形状のインナーコア１３か
らなる２層構造である。インナーコア１３は、アウター
コア１２に対し第１の実施形態における第１のインナー
コア３と同様にして設けるようにする。

【００１７】この実施形態における一数値例を挙げると
以下のようになる。インナーコアの屈折率＝1.505 、ア
ウターコアの屈折率＝1.498 、クラッドの屈折率＝1.49
0 、アウターコアの半径＝0.50mm、インナーコアの短半
径＝0.20mm、インナーコアの長半径＝0.49mm。この数値
条件における伝送帯域改善効果は、従来のステップイン
デックス形の光ファイバとの比較をモデルにしたがった
計算から求めると、３倍強程度になる。

【００１８】ここで以上の各実施形態では、内側から外
側に向けて屈折率を小さくする順方向分布としている
が、例えば内側から外側に向けて屈折率を高くする分布
や、その他の分布とすることも可能である。このような
ものはしばしば順方向分布タイプより高い伝送帯域改善
効果を示すが、形態によっては若干伝送損失が大きくな
ることがある。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきた如く、本発明による
と、従来のステップインデックス形光ファイバとほぼ同
様な条件で製造することが可能で、しかも従来のステッ
プインデックス形光ファイバに比べ大幅に伝送帯域を広
くすることのできる光ファイバを提供することができ、
光ファイバを用いる通信システムの機能向上に大きく寄
与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態による光ファイバの断面図。

【図２】第２の実施形態による光ファイバの断面図。

【符号の説明】

１ …… コア 2,12 …… アウターコア ３ …… 第１のインナーコア ４ …… 第２のインナーコア １３ …… インナーコア Ｃ …… クラッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 則司 神奈川県藤沢市辻堂新町２−12−８コーポ イザワ103

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クラッドに内接させて設け且つクラッド
   より大きな屈折率を与えた円形断面形状のアウターコア
   と、このアウターコア内に設け且つアウターコアとは異
   なる屈折率を与えたインナーコアとでコアを形成した光
   ファイバであって、インナーコアの断面形状を楕円形と
   し、このインナーコアをアウターコアと同心的に設けた
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. 【請求項２】 インナーコアをそれぞれ楕円形の断面形
   状を持つ第１のインナーコアと第２のインナーコアとで
   形成し、且つ第２のインナーコアを第１のインナーコア
   内に第１のインナーコアと同心的に設けた請求項１に記
   載の光ファイバ。