JPS593903B2 - 外部高誘電率型集束型光フアイバとモ−ドフイルタを用いた超広帯域光伝送方式 - Google Patents
外部高誘電率型集束型光フアイバとモ−ドフイルタを用いた超広帯域光伝送方式Info
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- JPS593903B2 JPS593903B2 JP53120979A JP12097978A JPS593903B2 JP S593903 B2 JPS593903 B2 JP S593903B2 JP 53120979 A JP53120979 A JP 53120979A JP 12097978 A JP12097978 A JP 12097978A JP S593903 B2 JPS593903 B2 JP S593903B2
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- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は光ファイバ、特にコアの誘電率（屈折率）をコ
ア中心から外周に向け連続的に減少させた集束型光ファ
イバを用いる光伝送方式に関するものである。
ア中心から外周に向け連続的に減少させた集束型光ファ
イバを用いる光伝送方式に関するものである。
伝送すべき情報の増大に伴ない低損失で大容量の伝送が
できる光ファイバを用いる光伝送が最近注目されるよう
になり、種々の研究開発が進み、実用化の段階にまで到
つている。
できる光ファイバを用いる光伝送が最近注目されるよう
になり、種々の研究開発が進み、実用化の段階にまで到
つている。
５ レーザーによる光通信の伝送路として最初に開発さ
れたのは、第１図に示すように一様な誘電率ε、を有す
るコア１の外側に、コアの誘電率よりも低い一様な誘電
率ε２を有するクラツ、ド２を被覆して第２図に示すよ
うにステップ状の誘電率分１０布を有する、所謂ステッ
プ型光ファイバであるが、これは分散が大きく帯域が狭
い欠点があつた。
れたのは、第１図に示すように一様な誘電率ε、を有す
るコア１の外側に、コアの誘電率よりも低い一様な誘電
率ε２を有するクラツ、ド２を被覆して第２図に示すよ
うにステップ状の誘電率分１０布を有する、所謂ステッ
プ型光ファイバであるが、これは分散が大きく帯域が狭
い欠点があつた。
伺第２図において横軸にはコア１の中心から径方向に測
つた距離、縦軸εは誘電率を表わす。このような欠点を
除去するために第３図に示すように中１５心から外周へ
向け誘電率が連続的に減少するコアを具えた集束型光フ
ァイバが開発された。このような集束型光ファイバの伝
送特性はステップ型光ファイバに比べて優れていること
が知られている。この伝送特性の内、伝送帯域を決定す
る大きな要クｏ 因として、各種の分散がひきおこす遅
延ひずみがある。その分散としては、材料分散、導波路
分散、多モード分散があるが、多モード・ファイバに大
きく影響するのは、モード間の群遅延差から生ずる多モ
ード分散である。この多モード分散を少なク５ くし、
モード間の群遅延差を無くす研究を行なう上では伝送モ
ードの解析を行なう必要があるが、集束型光ファイバの
伝送モードの解析はステップ型光ファイバに比べて相当
複雑となり、厳密な解析解は得られない。そこでより近
似度の良いモー３０ド解析が要求され、その手法として
数値解析、理論解析の両者が両いられている。例えば１
９７７年１月１日発行の「 Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅ
ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａｌ）
、Ｖｏｌ、６７、遥１、第９６〜１０３頁には本発明者
等による理論解析が３５記載されている。集束型光ファ
イバに関する研究は更に進み、コアの最外側の誘電率と
、クラッドの誘電率とを相違させ、これらの境界におい
て誘電率分布に段差を持たせたものが提案された。
つた距離、縦軸εは誘電率を表わす。このような欠点を
除去するために第３図に示すように中１５心から外周へ
向け誘電率が連続的に減少するコアを具えた集束型光フ
ァイバが開発された。このような集束型光ファイバの伝
送特性はステップ型光ファイバに比べて優れていること
が知られている。この伝送特性の内、伝送帯域を決定す
る大きな要クｏ 因として、各種の分散がひきおこす遅
延ひずみがある。その分散としては、材料分散、導波路
分散、多モード分散があるが、多モード・ファイバに大
きく影響するのは、モード間の群遅延差から生ずる多モ
ード分散である。この多モード分散を少なク５ くし、
モード間の群遅延差を無くす研究を行なう上では伝送モ
ードの解析を行なう必要があるが、集束型光ファイバの
伝送モードの解析はステップ型光ファイバに比べて相当
複雑となり、厳密な解析解は得られない。そこでより近
似度の良いモー３０ド解析が要求され、その手法として
数値解析、理論解析の両者が両いられている。例えば１
９７７年１月１日発行の「 Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅ
ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａｌ）
、Ｖｏｌ、６７、遥１、第９６〜１０３頁には本発明者
等による理論解析が３５記載されている。集束型光ファ
イバに関する研究は更に進み、コアの最外側の誘電率と
、クラッドの誘電率とを相違させ、これらの境界におい
て誘電率分布に段差を持たせたものが提案された。
その内、第４図に示すようにコアの最外側の誘電率より
もクラツドの誘電率を大きくし、誘電率分布に「谷」を
持たせた集束型光フアイバは多モード分散特性において
優れているととが確められた。本明細書においては、こ
のような誘電率分布を有する光フアイバを外部高誘電率
型集束型光フアィバと称する。このような光フアイバの
伝送モードの解析は、例えば１９７６年７月発行の［Ｉ
ＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＭＩＣＲＯＷＡＶ
ＥＴＨＥＯＲＹＡＮＤＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ」０１．Ｍ
ＴＴ−２４，黒７、第４１６〜４２１頁にその数値解析
が記載されている０この文献の第４１９頁のＦｉｇ．３
，（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）には４種類の誘電率
分布特性曲線が示され、Ｆｉｇ．４（ａ），（ｂ），（
ｃ），（ｄ）にはそれぞれについて周波数対群遅延ｒ（
ｘ）特性を種々の伝送モードをパラメータとして表わし
てある。その第４図（ｄ）に表わされた外部高誘電率型
集束型光フアイバの群遅延特性曲線を第５図に示す。こ
の第５図から明らかなように高次のモードは勿論のこと
、０次、１次、２次等の低次のモードにおいても群遅延
に差はなく、モード間の遅延差が少なくなつている。し
かし、本発明者等の研究によれば、実際にはモード間の
群遅延差は低次のモードにおいては大きく存在すること
がわかつた。第５図に示すように前記の文献において低
次のモードにおいても群遅延差が少なくなつたのは数値
解析における近似の不充分さに起因するものであると思
われる。したがつて外部高誘電率型集束型光フアイバを
用いた多モード伝送においても、モード間の群遅延差、
特に低次のモード間の群遅延差が大きくなり、十分広い
伝送帯域を得ることができない欠点があつた。本発明の
目的は上述した点に鑑み、外部高誘電率型集束型光フア
イバを用いて、遮断周波数近傍の大きい分散を除去し、
超広帯域に亘る伝送を行なうことができる光伝送方式を
提供しようとするものである。本発明は、中心から外周
に向け誘電率が連続的に減少するコアの外側に、コアの
最外側の誘電率よりも高い誘電率を有するクラツドを被
覆した外部高誘電率型集束型光フアイバを用いる光伝送
方式において、ＴＥＭＯＯ波を発生するレーザー光源と
前記集束型光フアイバの入射端との間に低次のモードを
なくして、遮断周波数近傍の大きい分散を除去し、モー
ド間の群遅延差を少なくするモード・フイルタを設け、
超広帯域に亘る光伝送を可能としたことを特徴とするも
のである。
もクラツドの誘電率を大きくし、誘電率分布に「谷」を
持たせた集束型光フアイバは多モード分散特性において
優れているととが確められた。本明細書においては、こ
のような誘電率分布を有する光フアイバを外部高誘電率
型集束型光フアィバと称する。このような光フアイバの
伝送モードの解析は、例えば１９７６年７月発行の［Ｉ
ＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＭＩＣＲＯＷＡＶ
ＥＴＨＥＯＲＹＡＮＤＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ」０１．Ｍ
ＴＴ−２４，黒７、第４１６〜４２１頁にその数値解析
が記載されている０この文献の第４１９頁のＦｉｇ．３
，（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）には４種類の誘電率
分布特性曲線が示され、Ｆｉｇ．４（ａ），（ｂ），（
ｃ），（ｄ）にはそれぞれについて周波数対群遅延ｒ（
ｘ）特性を種々の伝送モードをパラメータとして表わし
てある。その第４図（ｄ）に表わされた外部高誘電率型
集束型光フアイバの群遅延特性曲線を第５図に示す。こ
の第５図から明らかなように高次のモードは勿論のこと
、０次、１次、２次等の低次のモードにおいても群遅延
に差はなく、モード間の遅延差が少なくなつている。し
かし、本発明者等の研究によれば、実際にはモード間の
群遅延差は低次のモードにおいては大きく存在すること
がわかつた。第５図に示すように前記の文献において低
次のモードにおいても群遅延差が少なくなつたのは数値
解析における近似の不充分さに起因するものであると思
われる。したがつて外部高誘電率型集束型光フアイバを
用いた多モード伝送においても、モード間の群遅延差、
特に低次のモード間の群遅延差が大きくなり、十分広い
伝送帯域を得ることができない欠点があつた。本発明の
目的は上述した点に鑑み、外部高誘電率型集束型光フア
イバを用いて、遮断周波数近傍の大きい分散を除去し、
超広帯域に亘る伝送を行なうことができる光伝送方式を
提供しようとするものである。本発明は、中心から外周
に向け誘電率が連続的に減少するコアの外側に、コアの
最外側の誘電率よりも高い誘電率を有するクラツドを被
覆した外部高誘電率型集束型光フアイバを用いる光伝送
方式において、ＴＥＭＯＯ波を発生するレーザー光源と
前記集束型光フアイバの入射端との間に低次のモードを
なくして、遮断周波数近傍の大きい分散を除去し、モー
ド間の群遅延差を少なくするモード・フイルタを設け、
超広帯域に亘る光伝送を可能としたことを特徴とするも
のである。
以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
先ず本発明による光伝送方式の構成を説明する前に、外
部高誘電率型集束型光フアイバにおける伝送モードを理
論解析の手法により説明する。今、第６図に示すように
半径ａのコア１の誘電率ε（ｒ）が中心点０から半径方
向ｒに向け不均一で軸線方向ｚには一様であり、クラツ
ド２の誘電率ε２が一様な集束型光フアイバの円筒体を
考える。また、コア１の誘電率分布ε（ｒ）は、次式で
表わされるような放物線分布をしたものとする。このよ
うな光フアイバの伝送モード電磁界を以下解析する〇と
表わすことができる。
部高誘電率型集束型光フアイバにおける伝送モードを理
論解析の手法により説明する。今、第６図に示すように
半径ａのコア１の誘電率ε（ｒ）が中心点０から半径方
向ｒに向け不均一で軸線方向ｚには一様であり、クラツ
ド２の誘電率ε２が一様な集束型光フアイバの円筒体を
考える。また、コア１の誘電率分布ε（ｒ）は、次式で
表わされるような放物線分布をしたものとする。このよ
うな光フアイバの伝送モード電磁界を以下解析する〇と
表わすことができる。
ここでまた、コア１とクラツド２の境界での誘電率段差
の程度を示す定数δを次式（２）で定義する。
の程度を示す定数δを次式（２）で定義する。
第７図Ａ，ｂおよびｃはこの定数δがそれぞれδ〉０，
δ＝Ｏおよびδ〈０のときの放物線誘電率分布を示すグ
ラフである。第７図ｃに示すものが本発明で用いる外部
高誘電率型集束型光フアイバの誘電率分布である。（第
４図参照） ″次に光フアイバ中のベタトル波動方
程式を考えると、これは時間因子をＥｊ（ｉ）ｔとして
省略すると次式（３）のように表わすことができる〇こ
こで ε０真空透磁率μ。
δ＝Ｏおよびδ〈０のときの放物線誘電率分布を示すグ
ラフである。第７図ｃに示すものが本発明で用いる外部
高誘電率型集束型光フアイバの誘電率分布である。（第
４図参照） ″次に光フアイバ中のベタトル波動方
程式を考えると、これは時間因子をＥｊ（ｉ）ｔとして
省略すると次式（３）のように表わすことができる〇こ
こで ε０真空透磁率μ。
を用いてＫ２＝ω２ε０μ０と表わされるものである。
次に磁界の横方向成分（Ｒ，θ成分）を次式で表わす。
次に磁界の横方向成分（Ｒ，θ成分）を次式で表わす。
ここでβは光の進行方向、すなわちｚ方向の伝播定数で
ある。
ある。
（４）式を使うと（３）式のベクトル波動方程式は第６
図の円筒座標系で次式のように書き換えられる。
図の円筒座標系で次式のように書き換えられる。
これら（５−ａ） ， （５−ｂ）式の和および差をと
ると、次の２つの式が得られる。次にこれらの式（６−
ａ），（６−ｂ）を用いてコアとクラツドの伝送モード
電磁界を求める。
ると、次の２つの式が得られる。次にこれらの式（６−
ａ），（６−ｂ）を用いてコアとクラツドの伝送モード
電磁界を求める。
先ずコア中（ｒ＜ａ）の電磁界を求める。（６ − ａ
）および（６−ｂ）式において、コア中では誘電率εは
半径ｒの関数となるので、解析的に厳密に解くのは困難
である。し力化、適当な近似を加えると解を求められる
ことがわかつた。まず、次式で辰わされる幾つかの変数
を新たに導入する。
）および（６−ｂ）式において、コア中では誘電率εは
半径ｒの関数となるので、解析的に厳密に解くのは困難
である。し力化、適当な近似を加えると解を求められる
ことがわかつた。まず、次式で辰わされる幾つかの変数
を新たに導入する。
）これらの（７）〜（１０）式を用いて（６−ａ），
（６−ｂ ）式を書き換えると次式（１１−ａ），（１
１−ｂ）が得られる。
（６−ｂ ）式を書き換えると次式（１１−ａ），（１
１−ｂ）が得られる。
σは実際の光フアイバでは十分小さな値になるので、上
式でσを含む項を省略すると、良く知られたラゲールの
微分方程式となる。
式でσを含む項を省略すると、良く知られたラゲールの
微分方程式となる。
したがつて（１１−ａ），（１１−ｂ）式の近似解とし
て次式が求まる。ここでＭはＷｈｉｔｔａｋｅｒ関数で
あり、ＵｌｎλおよびＵ２ｎλは上式で示すようにそれ
ぞれ新しく定義する。
て次式が求まる。ここでＭはＷｈｉｔｔａｋｅｒ関数で
あり、ＵｌｎλおよびＵ２ｎλは上式で示すようにそれ
ぞれ新しく定義する。
したがつてコア中の伝送モード電磁界は（１２− ａ）
，（１２− ｂ）式とＭａｘｗｅ目の波動方程式とを用
いて次のように書き表わすことができる。
，（１２− ｂ）式とＭａｘｗｅ目の波動方程式とを用
いて次のように書き表わすことができる。
ここでＡ，，Ａ２：係数
ηｏおよびＶｌｎλ，Ｖ２ｎλは次式で表わされる定数
および変数である。
および変数である。
次にクラツドでの電磁界を求める。
クラッドでは誘電率が一定（ε＝ε２）で半径ｒの関数
ではなく、ｄε／Ｄｒ＝０となる。したがつて（６−１
）および（６−２）式に次のように書き換えることがで
きる。この微分方程式は変形されたベツセルの微分方程
式なので、これを解き、さらにＭａｘｗｅｌｌの波動方
程式を用いると、伝送モード電磁界は第二種の変形ベツ
セル関数を用いて次式のように表わされる。
ではなく、ｄε／Ｄｒ＝０となる。したがつて（６−１
）および（６−２）式に次のように書き換えることがで
きる。この微分方程式は変形されたベツセルの微分方程
式なので、これを解き、さらにＭａｘｗｅｌｌの波動方
程式を用いると、伝送モード電磁界は第二種の変形ベツ
セル関数を用いて次式のように表わされる。
ここで
Ｂ，，Ｂ２：係数
Ｋ：第二種の変形ベツセル関数
Λ：次式で表わされる変数
コアとクラツドの境界（ｒ＝ａ）での電磁界の接線成分
の連続条件から、伝播定数を決定する次式のような固有
値方程式が導かれる。
の連続条件から、伝播定数を決定する次式のような固有
値方程式が導かれる。
ｎ＝０のとき、
ｎ≧１のとき、
ここでη，，η２はＵｌ，Ｕ２，Ｖ，，Ｖ２を用いて（
２０−ａ）式で示され、η３，η４はＫを用いて（２０
−ｂ）式で示される量である。
２０−ａ）式で示され、η３，η４はＫを用いて（２０
−ｂ）式で示される量である。
また、ζ，ξはそれぞれ次式で表わされるものである。
前式で導入した変数ζおよびξと、（９）式のλとは互
いに関係があり、その関係式は（２），（９），（２１
−ａ），（２１−ｂ）式から導かれ、次のようになる。
いに関係があり、その関係式は（２），（９），（２１
−ａ），（２１−ｂ）式から導かれ、次のようになる。
Ｗｈ，ｉｔｔａｋｅｒ関数の漸化式と微分公式を用いて
η，とη２の間に次の関係式が導かれる。
η，とη２の間に次の関係式が導かれる。
同様に、第二種の変形ベツセル関数の漸化式を用いてη
３とη４の間には次の関係式が導かれる。
３とη４の間には次の関係式が導かれる。
（２３）および（２４）式を用いて（１９−ｃ）式をη
２の二次方程式に書き換えると次式のようになる。（２
５）式に（２２）式を代入して解くと、ζ２に対する固
有値λが二根求まり、それぞれＨＥモードおよびＥＨモ
ードに対応する。
２の二次方程式に書き換えると次式のようになる。（２
５）式に（２２）式を代入して解くと、ζ２に対する固
有値λが二根求まり、それぞれＨＥモードおよびＥＨモ
ードに対応する。
一方、エネルギー伝播速度を示す群速度Ｖｖは次式で衆
わ六れる伝ここでｃは真空中の光速である。
わ六れる伝ここでｃは真空中の光速である。
したがつて光フアイバ中距離Ｌだけ光が進む間に生じる
群遅延τＹｒは、次のように表わされる。また、伝播定
数βは、（９），（１８），（２２）式から次のように
書ける。
群遅延τＹｒは、次のように表わされる。また、伝播定
数βは、（９），（１８），（２２）式から次のように
書ける。
この（２８）式を（２７）式に代入して変形すると次式
が得られる。
が得られる。
上式でΔ２とΔｋ を含む項は他の項に比べて十分小さ
いとし竿ゝ略すると、次のようにな６゜ＴＡ′ １．−
％、 − ＹＡ，ｌフ上式の第一項は周波数による材
料の分散を表わし、第２項は導波路分散を表わしている
。
いとし竿ゝ略すると、次のようにな６゜ＴＡ′ １．−
％、 − ＹＡ，ｌフ上式の第一項は周波数による材
料の分散を表わし、第２項は導波路分散を表わしている
。
この第：ロは各伝送モードにより異つた値となり、それ
により各モード間で群遅延差が生ずることになる。これ
が多モード分散である。この多モード分散を評価するに
は、各モードの規格化群遅延ｄλ／ｄ（ζ２）を評価す
れば良いことがわかる。
により各モード間で群遅延差が生ずることになる。これ
が多モード分散である。この多モード分散を評価するに
は、各モードの規格化群遅延ｄλ／ｄ（ζ２）を評価す
れば良いことがわかる。
以下これについて考察する。（１９−ａ）式を全微分す
ると次式が得られる。
ると次式が得られる。
また同様にして（２２）式より次式が得られる。この（
３２）式を（３１）式に代入して変形すると次式が得ら
れる。ここでＡ，Ｂ，Ｃは以下に不す式により与えられ
るものである。
３２）式を（３１）式に代入して変形すると次式が得ら
れる。ここでＡ，Ｂ，Ｃは以下に不す式により与えられ
るものである。
ここでη，とη２のζ２とλについての微分は、Ｋｕｒ
ｒｒＩｌｅｒ関数の微分公式を用いて次のように表わさ
れる。
ｒｒＩｌｅｒ関数の微分公式を用いて次のように表わさ
れる。
（３３）式に（２５）式で求めた固有値λを代入して数
値計算を行なつた結果を第８図Ａ，ｂ，ｃおよびｄに示
す。
値計算を行なつた結果を第８図Ａ，ｂ，ｃおよびｄに示
す。
第８図において、横軸は規格化周波数ζ２をとり、縦軸
は群遅延をＮｓｅ（／Ｋｍの単位でとつてある。この群
遅延は（３０）式において、材料分散を表わす第一項を
１とし、光フアイバの長さを１Ｋｍ＝１０３ｍとし、光
速ＣをＣ二３×１０８ｍ／Ｓｅｃとして計算することが
できる。また第８図において、伝送モードはＬｐｎｎｌ
モードで表わしてある。このモード表示については、１
９７１年１０月発行の「ＡｐｐｌｌｅｄＯｐｔｉｃｓＪ
ＶＯｔ．ｌＯ，黒１０１第２２５２〜２２５７頁に記載
されており、ＨＥｔ＋１，ｒｎ，ＥＨｔ−１，ｒＴ１（
ｔ＼１）を合わせてＬｐｔ，ＩＴｌと呼び、ＨＥ２，ｖ
Ｙ．；ＴＭＯｒｒｌ；ＴＥＯｌＴｌを合わせてＬＰ，，
ｔと呼ぶものである。またＨＥ，，ｒＩｌはＬｐＯｍｌ
である。第８図ａはδ＝０１すなわち第７図ｂに示すよ
うな誘電率分布を有する通常の集束型光フアイバの群遅
延特性を示し、低次のモードにおいては勿論、高次のモ
ードにおいても群遅延差が相当大きく、伝送帯域が制限
されることがわかる０また第８図Ｂ，ｃおよびｄは第７
図ｃに示すようにコアとクラツドとの境界において誘電
率分布に谷ができるような外部高誘電率型集束型光フア
イバの群遅延を、コアとクラツドの誘電率段差の大きさ
を示す定数δを、一Δ／３、−Δ／２および−２Δ／３
にそれぞれ設定した場合について示してある。
は群遅延をＮｓｅ（／Ｋｍの単位でとつてある。この群
遅延は（３０）式において、材料分散を表わす第一項を
１とし、光フアイバの長さを１Ｋｍ＝１０３ｍとし、光
速ＣをＣ二３×１０８ｍ／Ｓｅｃとして計算することが
できる。また第８図において、伝送モードはＬｐｎｎｌ
モードで表わしてある。このモード表示については、１
９７１年１０月発行の「ＡｐｐｌｌｅｄＯｐｔｉｃｓＪ
ＶＯｔ．ｌＯ，黒１０１第２２５２〜２２５７頁に記載
されており、ＨＥｔ＋１，ｒｎ，ＥＨｔ−１，ｒＴ１（
ｔ＼１）を合わせてＬｐｔ，ＩＴｌと呼び、ＨＥ２，ｖ
Ｙ．；ＴＭＯｒｒｌ；ＴＥＯｌＴｌを合わせてＬＰ，，
ｔと呼ぶものである。またＨＥ，，ｒＩｌはＬｐＯｍｌ
である。第８図ａはδ＝０１すなわち第７図ｂに示すよ
うな誘電率分布を有する通常の集束型光フアイバの群遅
延特性を示し、低次のモードにおいては勿論、高次のモ
ードにおいても群遅延差が相当大きく、伝送帯域が制限
されることがわかる０また第８図Ｂ，ｃおよびｄは第７
図ｃに示すようにコアとクラツドとの境界において誘電
率分布に谷ができるような外部高誘電率型集束型光フア
イバの群遅延を、コアとクラツドの誘電率段差の大きさ
を示す定数δを、一Δ／３、−Δ／２および−２Δ／３
にそれぞれ設定した場合について示してある。
第８図Ｂ，ｃおよびｄと第８図ａとを比較すると明らか
なように、外部高誘電率型集束型光フアイバにおいては
、２次、３次・・・等の高次のモードの群遅延差は少な
くなつていることがわかる。
なように、外部高誘電率型集束型光フアイバにおいては
、２次、３次・・・等の高次のモードの群遅延差は少な
くなつていることがわかる。
しかし、第５図に示した近似計算によるものに比べてＯ
次、１次等の低次のモードでの群遅延差が大きくなつて
いることに注意されたい。すなわち外部高誘電率型集束
型光フアイバを用いたとしても低次の伝送モードでは遮
断周波数の近傍に大きな分散が依然として存在している
ことがわかる。したがつて伝送帯域を広くとれないこと
になる。本発明は外部高誘電率型集束型光フアイバにお
ける各伝送モード間の群遅延差に関する上述した理論解
析を基礎とし、低次のモードをなくすモードフイルタを
用いることにより多モード間の群遅延差を除去し、超広
帯域の伝送を行なうことができるようにしたものである
。第９図は本発明による光伝送方式を実施する装置の一
例の構成を示す線図である。
次、１次等の低次のモードでの群遅延差が大きくなつて
いることに注意されたい。すなわち外部高誘電率型集束
型光フアイバを用いたとしても低次の伝送モードでは遮
断周波数の近傍に大きな分散が依然として存在している
ことがわかる。したがつて伝送帯域を広くとれないこと
になる。本発明は外部高誘電率型集束型光フアイバにお
ける各伝送モード間の群遅延差に関する上述した理論解
析を基礎とし、低次のモードをなくすモードフイルタを
用いることにより多モード間の群遅延差を除去し、超広
帯域の伝送を行なうことができるようにしたものである
。第９図は本発明による光伝送方式を実施する装置の一
例の構成を示す線図である。
第９図において、符号１０はＴＥＭＯＯ波を発生するレ
ーザー光源である。このレーザー光源１０から放射され
るレーザービームを、例えばレンズより成るエキスパン
ダ１１に通してレーザービームの光束径を増大させ、平
行光束とする。エキスパンダ１１で拡げられたレーザー
ビームをモードフイルタ１２に通した後、再び集束レン
ズ１３により直径の小さいビームに集束し、上述した外
部高誘電率型集束型光フアイバ１４の入射端に入射させ
、この光フアイバ内を伝播させる。第１０図はモードフ
イルタ１２の一例の構成を示すものである。
ーザー光源である。このレーザー光源１０から放射され
るレーザービームを、例えばレンズより成るエキスパン
ダ１１に通してレーザービームの光束径を増大させ、平
行光束とする。エキスパンダ１１で拡げられたレーザー
ビームをモードフイルタ１２に通した後、再び集束レン
ズ１３により直径の小さいビームに集束し、上述した外
部高誘電率型集束型光フアイバ１４の入射端に入射させ
、この光フアイバ内を伝播させる。第１０図はモードフ
イルタ１２の一例の構成を示すものである。
平坦に研磨した金属板２０に１／４分割した扇形状のア
パーチャ２１Ａ〜２１Ｄをあけ、対角線方向に対向する
アパーチヤ２１Ａおよび２１Ｃを、正確に研磨して所定
の厚さとしたガラス板２３Ａおよび２３Ｃで覆つたもの
である。これらガラス板２３Ａおよび２３Ｃの厚さはき
わめて精密な値とするのが望ましいが、機械的加工精度
の点で困難であればガラス板２３Ａ，２３Ｃを金属板２
０に平行に取付けないで、傾斜させて取付けるようにす
ることもできる。このようにガラス板を光軸に対して傾
斜させることにより、その光路長を補正することができ
る。また、ガラス板２３Ａ，２３Ｃによる吸収のアンバ
ランスが問題となるときは、第１１図に示すように別の
金属板２４に１／４分割した扇形の４つのアパーチヤ２
５Ａ〜２５Ｄをあけ、金属板２０のアパーチヤ２１Ｂお
よび２１Ｄと対応するアパーチヤ２５Ｂおよび２５Ｄを
ガラス板２６Ｂおよび２６Ｄで覆つた吸収補正用フイル
タ２７を作り、これを金属板２０と重ねて用いることが
できる〇第１０図に示すモードフイルタ１２は０次、１
次および２次の伝送モードを高次のモードに変換するこ
とができる０このように位相のみによるモードフイルタ
は吸収なしの位相のみの変化によつてＴＥＭＯＯ波を高
次モードに変換するので電力の損失は殆んどない。第１
２図は、０次、１次、２次および３次までの伝送モード
を高次のモードに変換するモードフイルタの一例の構成
を示す平面図である。
パーチャ２１Ａ〜２１Ｄをあけ、対角線方向に対向する
アパーチヤ２１Ａおよび２１Ｃを、正確に研磨して所定
の厚さとしたガラス板２３Ａおよび２３Ｃで覆つたもの
である。これらガラス板２３Ａおよび２３Ｃの厚さはき
わめて精密な値とするのが望ましいが、機械的加工精度
の点で困難であればガラス板２３Ａ，２３Ｃを金属板２
０に平行に取付けないで、傾斜させて取付けるようにす
ることもできる。このようにガラス板を光軸に対して傾
斜させることにより、その光路長を補正することができ
る。また、ガラス板２３Ａ，２３Ｃによる吸収のアンバ
ランスが問題となるときは、第１１図に示すように別の
金属板２４に１／４分割した扇形の４つのアパーチヤ２
５Ａ〜２５Ｄをあけ、金属板２０のアパーチヤ２１Ｂお
よび２１Ｄと対応するアパーチヤ２５Ｂおよび２５Ｄを
ガラス板２６Ｂおよび２６Ｄで覆つた吸収補正用フイル
タ２７を作り、これを金属板２０と重ねて用いることが
できる〇第１０図に示すモードフイルタ１２は０次、１
次および２次の伝送モードを高次のモードに変換するこ
とができる０このように位相のみによるモードフイルタ
は吸収なしの位相のみの変化によつてＴＥＭＯＯ波を高
次モードに変換するので電力の損失は殆んどない。第１
２図は、０次、１次、２次および３次までの伝送モード
を高次のモードに変換するモードフイルタの一例の構成
を示す平面図である。
本例では金属板３０に１／６に分割した扇形状のアパー
チヤ３１Ａ〜３１Ｆを形成し、対角線方向に対向するア
パーチヤ３１Ａ，３１Ｄおよび３１Ｃ，３１Ｆを精密な
厚さのガラス板３２Ａ，３２Ｄおよび３２Ｃ，３２Ｆで
覆つたものである。本発明においては、上述したように
、不連続的に位相を０，π，０，πと変えるようなモー
ドフイルタだけでなく、連続的に位相および振幅を変化
させるようなモードフイルタをも用いることができる。
チヤ３１Ａ〜３１Ｆを形成し、対角線方向に対向するア
パーチヤ３１Ａ，３１Ｄおよび３１Ｃ，３１Ｆを精密な
厚さのガラス板３２Ａ，３２Ｄおよび３２Ｃ，３２Ｆで
覆つたものである。本発明においては、上述したように
、不連続的に位相を０，π，０，πと変えるようなモー
ドフイルタだけでなく、連続的に位相および振幅を変化
させるようなモードフイルタをも用いることができる。
また第９図において、エキスパンダ１１および集束レン
ズ１３は、モードフイルタ１２を十分に小さく造ること
ができれば省略できることは勿論である。
ズ１３は、モードフイルタ１２を十分に小さく造ること
ができれば省略できることは勿論である。
上述したように本発明によれば、外部高誘電率型集束型
光フアイバを用いる光伝送方式において、光フアイバの
入射端とレーザー光源との間に位相を不連続的または連
続的に変えるモードフイルタを挿入して低次の伝送モー
ドを高次のモードに変換することによつて各モード間の
群遅延差を少なくし、遮断周波数近傍の分散を減少させ
ることができ、超広帯域の伝送が可能となる。
光フアイバを用いる光伝送方式において、光フアイバの
入射端とレーザー光源との間に位相を不連続的または連
続的に変えるモードフイルタを挿入して低次の伝送モー
ドを高次のモードに変換することによつて各モード間の
群遅延差を少なくし、遮断周波数近傍の分散を減少させ
ることができ、超広帯域の伝送が可能となる。
第１３図は第８図ｃに示したような群遅延特性を有する
外部高誘電率型集束型光フアイバと、第１１図に示した
ようなＯ次および１次の伝送モードを高次モードへ変換
するモードフイルタとを組合せて用いた場合の、群遅延
の標準偏差ＳＤを規格化周波数に対して示したものであ
る。
外部高誘電率型集束型光フアイバと、第１１図に示した
ようなＯ次および１次の伝送モードを高次モードへ変換
するモードフイルタとを組合せて用いた場合の、群遅延
の標準偏差ＳＤを規格化周波数に対して示したものであ
る。
この第１３図かられかるように、標準偏差ＳＤは４×１
０−２ｎｓｅｃ／Ｋｍ以下であり、モードフイルタを用
いない場合に比べて１／１０３程度も小さくなつている
。したがつて本発明による伝送帯域はモードフイルタを
用いない場合に比べ１０３程度も広い超広帯域となるこ
とがわかる。現在使用されている光伝送の帯域は数ＧＨ
ｚまでであるが、本発明によればこれを数千Ｃｌｌｌｚ
まで広げることができるＯ
０−２ｎｓｅｃ／Ｋｍ以下であり、モードフイルタを用
いない場合に比べて１／１０３程度も小さくなつている
。したがつて本発明による伝送帯域はモードフイルタを
用いない場合に比べ１０３程度も広い超広帯域となるこ
とがわかる。現在使用されている光伝送の帯域は数ＧＨ
ｚまでであるが、本発明によればこれを数千Ｃｌｌｌｚ
まで広げることができるＯ
第１図は光伝送に用いる光フアイバの構造を示す断面図
、第２図はコアの誘電率を一様としたステツプ形光フア
イバの誘電率分布特性を示す図、第３図はコアの誘電率
を中心から外周に向け連続的に減少させた集束型光フア
イバの誘電率分布特性を示す図、第４図はコア外側部の
誘電率をクラツドの誘電率よりも低くした外部高誘電率
型集束型光ファイバの誘電率分布特性を示す図、第５図
は外部高誘電率型集束型光フアイバに関して従来発表さ
れた群遅延特性曲線を示す図、第６図は外部高誘電率型
集束型光フアイバの円筒モデルを示す線図、第７図Ａ，
ｂおよびｃは集束型光フアイバの３つの誘電率分布特性
を示す図、第８図Ａ，ｂ，ｃおよびｄは本発明者等の計
算結果に基づく群遅延特性曲線を示す図、第９図は本発
明による光伝送方式の一実施例の構成を示す線図、第１
０図は本発明の光伝送方式に用いるモードフイルタの一
例の構成を示す平面図、第１１図は第１０図に示すモー
ドフイルタと組合せて用いる吸収補正用フイルタの一例
の構成・仝示す平面図、第１２図は本発明光伝送方式に
用いるモードフイルタの他の例を示す平面図、第１３図
は本発明光伝送方式における群遅延の標準偏差を規格化
周波数について示した図である。 １・・・・・・コア、２・・・・・・タラツド、１０・
・・・・・レーザー光源、１１・・・・・・エキスパン
ダ、１２・・・・・・モードフイルタ、１３・・・・・
・集束レンズ、１４・・・・・・外部高誘電率型集束型
光フアィバ、２０，３０・・・・・・金属板、２１Ａ〜
２１Ｄ，３１Ａ〜３１Ｆ・・・・・・アパ一チヤ、２３
Ａ，２３Ｃ，３２Ａ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｆ・・・・
・・ガラス板。
、第２図はコアの誘電率を一様としたステツプ形光フア
イバの誘電率分布特性を示す図、第３図はコアの誘電率
を中心から外周に向け連続的に減少させた集束型光フア
イバの誘電率分布特性を示す図、第４図はコア外側部の
誘電率をクラツドの誘電率よりも低くした外部高誘電率
型集束型光ファイバの誘電率分布特性を示す図、第５図
は外部高誘電率型集束型光フアイバに関して従来発表さ
れた群遅延特性曲線を示す図、第６図は外部高誘電率型
集束型光フアイバの円筒モデルを示す線図、第７図Ａ，
ｂおよびｃは集束型光フアイバの３つの誘電率分布特性
を示す図、第８図Ａ，ｂ，ｃおよびｄは本発明者等の計
算結果に基づく群遅延特性曲線を示す図、第９図は本発
明による光伝送方式の一実施例の構成を示す線図、第１
０図は本発明の光伝送方式に用いるモードフイルタの一
例の構成を示す平面図、第１１図は第１０図に示すモー
ドフイルタと組合せて用いる吸収補正用フイルタの一例
の構成・仝示す平面図、第１２図は本発明光伝送方式に
用いるモードフイルタの他の例を示す平面図、第１３図
は本発明光伝送方式における群遅延の標準偏差を規格化
周波数について示した図である。 １・・・・・・コア、２・・・・・・タラツド、１０・
・・・・・レーザー光源、１１・・・・・・エキスパン
ダ、１２・・・・・・モードフイルタ、１３・・・・・
・集束レンズ、１４・・・・・・外部高誘電率型集束型
光フアィバ、２０，３０・・・・・・金属板、２１Ａ〜
２１Ｄ，３１Ａ〜３１Ｆ・・・・・・アパ一チヤ、２３
Ａ，２３Ｃ，３２Ａ，３２Ｃ，３２Ｄ，３２Ｆ・・・・
・・ガラス板。
Claims (1)
- １ 中心から外周に向け誘電率が連続的に減少するコア
の外側に、コアの最外側の誘電率よりも高い誘電率を有
するクラッドを被覆した外部高誘電率型集束型光ファイ
バを用いる光伝送方式において、ＴＥＭ＿ｏ＿ｏ波を発
生するレーザー光源と前記集束型光ファイバの入射端と
の間に低次のモードをなくして遮断周波数近傍の大きい
分散を除去し、モード間の群遅延差を少なくするモード
・フィルタを設け、超広帯域に亘る光伝送を可能とした
ことを特徴とする外部高誘電率型集束型光ファイバとモ
ード・フィルタとを用いた超広帯域光伝送方式。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53120979A JPS593903B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | 外部高誘電率型集束型光フアイバとモ−ドフイルタを用いた超広帯域光伝送方式 |
| US06/075,185 US4281893A (en) | 1978-09-29 | 1979-09-13 | Super wide band light transmitting system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53120979A JPS593903B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | 外部高誘電率型集束型光フアイバとモ−ドフイルタを用いた超広帯域光伝送方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5546687A JPS5546687A (en) | 1980-04-01 |
| JPS593903B2 true JPS593903B2 (ja) | 1984-01-26 |
Family
ID=14799768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53120979A Expired JPS593903B2 (ja) | 1978-09-29 | 1978-09-29 | 外部高誘電率型集束型光フアイバとモ−ドフイルタを用いた超広帯域光伝送方式 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4281893A (ja) |
| JP (1) | JPS593903B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5729645A (en) * | 1996-08-13 | 1998-03-17 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Graded index optical fibers |
| US5892866A (en) * | 1996-10-01 | 1999-04-06 | Honeywell Inc. | Fiber optic mode scrambler |
| US6404951B2 (en) * | 1998-03-26 | 2002-06-11 | Lasercomm Inc. | Transverse spatial mode transformer for optical communication |
| US6154589A (en) | 1998-05-21 | 2000-11-28 | Cabletron Systems, Inc. | Method and system for removal of low order optical transmission modes in multimode optical fiber computer network to improve modal bandwidth |
| US7787731B2 (en) * | 2007-01-08 | 2010-08-31 | Corning Incorporated | Bend resistant multimode optical fiber |
| US20090169163A1 (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Abbott Iii John Steele | Bend Resistant Multimode Optical Fiber |
| US8326097B2 (en) * | 2009-08-20 | 2012-12-04 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Method and apparatus for providing a linear phase mode-matched launch of light into an end of a multimode optical fiber |
| US9481599B2 (en) | 2010-12-21 | 2016-11-01 | Corning Incorporated | Method of making a multimode optical fiber |
| US9759860B2 (en) * | 2012-03-05 | 2017-09-12 | Alcatel Lucent | Multimode optical fiber, mode delay adjuster for fiber systems, and methods to use such fibers, adjusters, and systems |
| JP6551782B2 (ja) * | 2015-08-24 | 2019-07-31 | Kddi株式会社 | モード変換装置 |
| JP7206529B2 (ja) * | 2019-08-14 | 2023-01-18 | 日本電信電話株式会社 | モード等化フィルタ |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1266930A (ja) * | 1968-11-16 | 1972-03-15 | ||
| GB1390108A (en) * | 1972-06-14 | 1975-04-09 | Post Office | Dielectric waveguides |
| US3891302A (en) * | 1973-09-28 | 1975-06-24 | Western Electric Co | Method of filtering modes in optical waveguides |
| JPS51120602A (en) * | 1975-04-15 | 1976-10-22 | Nec Corp | Optical communication system |
| JPS5232341A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-11 | Nec Corp | Optical fiber for electro communication |
| US4176911A (en) * | 1976-04-28 | 1979-12-04 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Graded index optical fiber |
| US4229067A (en) * | 1978-11-17 | 1980-10-21 | Corning Glass Works | Optical waveguide mode scrambler |
-
1978
- 1978-09-29 JP JP53120979A patent/JPS593903B2/ja not_active Expired
-
1979
- 1979-09-13 US US06/075,185 patent/US4281893A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5546687A (en) | 1980-04-01 |
| US4281893A (en) | 1981-08-04 |
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