JPS61120105A - 光フアイバー伝送ラインのフアイバー結合方法、伝送ライン及びフアイバー - 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（ｉ＋ｕｌｔｉａｏｄｅ　）　７
　ｙｐイバー長（ｒｔｂｅｒ　＋ｅｎｇｔｈｓ　）の帯
域幅を改良する方法及び改良された帯域幅を有している
マルチモード伝送ラインに関する。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点光波通信
に使用されるファイバー内に存在する信号ディストーシ
ョン機構の１つは多モード分散である。このような分散
はファイバーを通り通過する光が伝播速度で変化する多
数のモードに分布されるので生ずる。特定の波長におい
て、各々のモードグループはそれ自身の速度を有してお
り、そして結合した光源は一般的に多数のモードグルー
プに分割するので、ファイバーを通って伝送される光の
パルスは出力端の方に広がる。

いくらかの程度まで、個々のモード又はモードグループ
の伝播速度は特定の波長又は波長範囲に対してファイバ
ーの屈折率プロフィル（ｐｒｏｆｉｌｅ　）を適切に変
更することによって均等にされることができる。受は入
れ得る屈折率プロフィルはファイバーコアにおいて最高
の屈折率と、シア内に実質的に放物線状である種々の屈
折率とを有している。

数千キロメートルのマルチモードファイバーが据え付け
られて来ており、この場合に屈折率プロフィルは名目上
は（ｎｏｉｌｎａｌ　ｌｙ　）修正された放物線状の分
布である。この屈折率勾配（ｉｎｄｅｘｇｒａｄ＋ｅｎ
ｔ）を有するファイバーを作る方法はマクチェセスニイ
（ＭＣＣｈｅｓｎｅｙ）等によって特許になった、米国
特許第４．２１７．０２７号の修正された化学的蒸着（
ＭＯＶＤ＞法である。この方法では、ゲルマニウムをド
ープしたシリカがスート（５ｏｏｔ　）として純シリカ
チューブの内側上にデポジットされる。次にスートは高
温度で融合され、そしてチューブはつぶされて、そして
ファイバー内に引かれる。ゲルマニウをドープしたシリ
カがファイバーのコアを形成し、そして純シリカがその
クラディングを形成する。デポジション段階中にゲルマ
ニウムの含有量を適切に変更することによって、ファイ
バーコアの屈折率勾配を放物線状にすることができる。

前述の如く、最近の光フアイバー伝送ラインの操作にお
ける多くのマルチモードファイバーはこの方法によって
作られてい−〜 る。　　　゛ ＭＯＶＤ法を用いて作られたファイバーの屈折率内の１
つの不可避的な特異性は、所望の修正された放物線状の
屈折率勾配からそれている中央の屈折率の下降（ｄｉｍ
）である。この屈折率の下降は製造工程の硬化（ｃｏｎ
ｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　）及びつぶれ（ｃｏｌｌａｐｓ
ｅ）段階中、ドーパント損失から生ずる。

マクチェスニイ等の方法によって作られた標準ファイバ
ーの研究では、増加した多モード拡散に責任のあるモー
ドグループは空間的に一局部に集められることを示して
いる。走査のとき、ファイバーの出力端（この中にパル
スがプレーパルス（ｐｒｅ−ｐｕｌｓｅ　）を結合され
た）は、どれが全体的にファイバー軸線上の一局部に集
められるかが判り、ブレΦパルスは主出力パルスに僅か
に先立っている。光波通信に対する重要な波長において
生ずる僅かなモード変換があるので、ファイバー軸線を
沿って本質的に進行するモード内の非常に僅かな光がコ
アの外方部分内を進行するモードに変換される、そして
逆もまた同じである。典型的に特定の周波数で変調され
たレーザーが６００Ｍ）１ｚ　−ｋｓの−３ｄＢ帯域幅
を有する８に■長さの標準等級（ｓｔａｎｄａｒｄ　ａ
ｒａｄｅｄ）屈折率マルチモードファイバーにスプライ
スされるとき、ファイバーコアの中心と、その外側との
間に殆んど５ネオ秒の光の到着時間の差がある。これは
コアの中心から６ミクロンにおいて受取りた１００ＭＨ
ｚ交流信号における最少となる。これはこの位置におい
てほぼ等しいパワーであり、且つ１８０度位相を興にし
ている２つのモードクループのほぼ相殺（ｎｅａｒ　　
ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ＞によるものである。

問題点を解決するための手段 本発明の１つの見地によれば、異なる位（Ｏｒｄ　−ｅ
ｒ）の他のモードグループを減衰することなく、あるモ
ードを強く減衰するようになっている短い長さのファイ
バーにマルチモード光ファイバー伝送ラインを結合する
ことによってマルチモード光ファイバー伝送ラインの帯
域幅を増加する方法が提供される。

好ましくは、ファイバーの長さは実質的にコア軸線に沿
って伝播する下位モードを減衰するように機能する。

減衰はこれ等の中央を進行するモードを吸収するために
高度に減衰する中央領域を有するファイバーによって生
成されることができる。

あるいはまた、減衰はこれ等のモードの伝播を抑制する
ために、屈折率プロフィル内に大きな直径の中央下降部
（ｄｉｐ　）を有しているファイバーを使用することに
よって達成されることができる。

典型的には、このような大きな直径の中央下降部は直径
１２ミクロン程度である。このファイバーはラインの初
めにマルチモード伝送ラインに取付けられることができ
るか、又はそのライン内に挿入されることができる。い
くつかのこのような長さのファイバーが伝送ラインの長
さに沿って結合されることができる。

本発明の他の見地によれば、あるモードのグループを強
く減衰して、異なる位の他のモードグループを減衰しな
いようになっている短い長さのファイバーをマルチモー
ドファイバー伝送ラインに結合したマルチモードファイ
バー伝送ラインが提供される。

特定的にマルチモードファイバーの帯域幅を改良するの
に使用するために、コア及びクラディングを有している
補償ファイバーが提供される、コアはほぼ放物線状の屈
折率プロフィルを有しており、プロフィルはファイバー
の中心において下降しており、中心の低屈折率領域は少
（とも１２ミクロンの直径を有しており、且つコアの直
接隣接部分の屈折率よりも実質的に低い屈折率を有して
いる。

好ましくはシリカベースの伝送ラインに対しては、コア
の中心における屈折率はシリカの屈折率に欠かすことの
できない５８９１−において約１゜４５８であり、そし
て低屈折率の中央領域に直接隣接する屈折率は１．４６
５乃至１．４８０の範囲にある。

伝送ライン及び補償ファイバーの開口数はスプライス損
失を避けるために名目上等しくなければならない。

・実施例 本発明の実施態様を添付図面を参照して、実施例によっ
て説明する： 第１図を詳細に参照すると、補償ファイバー（ｃｏｍｐ
ｅｎｓａｔｉｎａ　ｆｉｂｅｒ＞　１０の１メートル部
分が半導体レーザー１４からのピグティルア？イバー（
ｐｉｇｔａｉｌ　ｆｉｂｅｒ　）　１２と、マルチモー
ド伝送ファイバー１６との間の伝送リンク内にスプライ
スされている。

補償ファイバー１０を省略すると、長さ８に■の伝送ラ
イン１６の端における相対的位相は、第２図に示された
如く、プロット（Ｃ）である。屈折率プロフィルにおけ
る中心の下降（ｄｉｐ　）にほぼ対応する伝送ラインの
中心軸線方向の領域内で、光は伝送ラインの終点におい
て、コアの外方部分における光の前で約５ナノ秒に達す
る。第２図においてプロット（ｂ　）で示された如＜、
１００メガヘルツの変調周波数において、中心軸線から
約６ミクロンの領域において変調信号における過小が生
ずる。この点において２つの主要なモードグループは正
確に１８０度位相が興なり、そして相段（Ｃａｎｃｅｌ
ｌａｔｉｏｎ）が起る。この点において、変調信号の直
流成分（ａ）によって示された如く、２つのモードグル
ープの信号レベルはほぼ等しい。

プロット（Ｃｊ　）から、信号内容（ｓｉｇｎａｌ　ｃ
ｏｎｔｅｎｔ）が中心コア領域から直径１２ミクロンに
移動されると、光はほぼ同相であるこれ等のモードグル
ープのみに伝送されることが明らかである。

第３図を参照すると、中心の伝播モードを除去するため
の補償ファイバーはクラディング（ｃｌａ−ｄｄｉｎａ
　）屈折率１．４５８を有スル直径１２５ミクＯンのク
ラディングと、ｎ　　（１−ｎ　　（０）ｓｅｃｈ　　
Ａｒの式に本質的に対応している屈折率化を有している
コアとを有している、この場合にｎ　（「）はファイバ
ーコアからｒの距離における屈折率であり、ｎ　（０）
はコアにおける屈折率であり、モしてＡは定数である。

しかし乍らこのプロフィルは、屈折率が直径１２ミクロ
ンに亘りて平均値１．４５８を有する中心の下降によっ
て変更されている。ファイバは、フッ素をドープしたシ
リカのイクツかの非拡散（ａｎｔｉ−ｄｉｆｆｕｓｉｏ
ｎ）層がシリカチューブの内側表面上に初めにデポジッ
トされる特定の形式の変更された化学蒸着法を用いて作
られる。次いでゲルニウムをドープしたシリカのいくつ
かの層が、所望の屈折率（ｉｎｄｅｘ）プロフィルを形
成するようにゲルマニウム含誓量を徐々に増加するよう
にして、チューブの内側にデポジットされる、ゲルマニ
ウムをドープしたシリカにつづいて純シリカ又はフッ素
をドープしたシリカのいくつかの多くの層がつくられる
。ドーパント含有量及び層の厚さは第３図に示されたプ
ロフィルを達成するように選択される。そのように作ら
れたチューブはそれからデポジットしたス−ト（５ｏｏ
ｔ）を溶解したガラス内で固めるために加熱され、それ
からチューブは崩壊しくｃｏｌｌａｐ−「ｅ）、そして
ファイバー内に吸いこまれる。

１■の所定の長さの補償ファイバは伝送ラインから中央
進行モードを除くのに十分であることが判った。

補償要素は、リンクの初めにおいて好ましいモ°ダル（
ｓｏｄａｌ　）分布を確立するために出力端におけるよ
りも寧ろファイバーの入力端に置かれる。

ファイバーの低屈折率中央領域に対するほかの方法とし
て、それは単に問題のスペクトル領域において強力な吸
収性のある鉄の如きドーパントの数百方弁の−をデポジ
ットしたシリカ内に含むことによって減衰のある（　１
ｏｓｓｙ　）ように作られることができる。

第４図を参照すると、本発明の補償ファイバーを使用す
ることによって得られることができる改良の実施例が示
されている。第４図のグラフに示された如く、マルチモ
ードリンクに生成された２５に園標準ＭＯＶＤは光出力
（Ｌ）と、（ａ）で示された如き周波数＜ｒ　＞プロッ
トとを有している。しかし乍ら、レーザピグテイルファ
イバーと伝送ファイバーとの間でスプライスされた１メ
ートルの長さの補償ファイバーでは、帯域幅はプロット
ｃｂ　＞に示された如く改良される。

補償ファイバーのないとき（ａ）、補償ファイバーのあ
るとき（ｂ）実際に近いフィールド出力を示している第
５図に示された如く、再び２５に■の光伝送ラインに対
して、受光した光は（ｂ　）におけるよりも（ａ　）に
おいてより集中化されており、これはモダルバワー（ｍ
ｅｄａｌ　Ｐｏ１ａｒ　）の再分布が補償ファイバによ
って行なわれたことを確証している。

本発明の基礎（ｂａｒｉｓ　）は他方のモードグループ
と異なる速さでファイバーを通り進行するモードグルー
プを除外することである。

第６図に示された他の実施態様では、補償要素２２が、
マルチモード光伝送ライン２４に沿って間隔をへだてた
点において挿入される、補償要素は束に配置された複数
の別個のフィラメント２６．２８を有しており、この束
は光伝送ラインのコア３０に対してその端を置かれてい
る。第６図に示された如く、外径１７ミクロンのシリカ
フィラメント及び１３乃至１５ミクロンのコアー直径の
束において、束の中心におけるフィラメント又は複数の
フィラメント２８は束の外方領域におけるフィラメント
２６よりも長い、従って他のモードよりもはるかに早い
進行モードで進行せしめる。この場合に、伝送ライン軸
線における光モードグループは、抑制される代りに、そ
れ等を他のモードグループと一致せしめるように運らさ
れ、そしてファイバー出力端において光パルスを元に戻
す。

空間的に分離されるようになるモードグループに対する
傾向が、アイバーの中心軸線の近くの屈折率プロフィル
の臨界性（ｃｒｉｔｉｃａｌｉｔｙ　）のために生ずる
。

中心領域における屈折率プロフィルと最適なプロフィル
とのいかなる偏差も、大部分の光が中心の領域に運ばれ
るのでコアの外方領域における屈折率における対応する
偏差よりもモダル（ａｏｄａｌ　）分散にはるかに大き
な影響を有している。前述の如く、ＭＯＶＤファイバー
は特定の屈折率降下（１ｎｄｅｘ　ｄｉｌ）　）を特徴
としている。しかし乍ら、中心領域における屈折率プロ
フィルのいかなる平滑化もモダル（■ｏｄａｌ　）分散
に対応する効果を有することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はモダル（ａｏｄａｌ　）分散が本発明の方法に
よって減少されたマルチモード光伝送ラインの概略図で
ある； 第２図はマルチモード光伝送ラインの出力端において受
光された光の相対的位相を示している；第３図はマルチ
モード光伝送ラインの帯域幅を増加するのに使用された
ファイバーの屈折率プロフィルを示している： 第４図は補償ファイバーが結合されているマルチモード
光伝送ラインと、そして、これに対照的に、補償ファイ
バーが結合されていないマルチモード光伝送ラインとを
示している； 第５図はマルチモード伝送ラインの近フィールド出力（
ｎｅａｒ　ｆｉｅｌｄ　ｏｕｔｐｕｔ　）をグラフの形
で示しており、最初は補償ファイバーが伝送ライン、に
結合されていない（第５ａ図）、それから補償ファイバ
ーが伝送ラインに結合されている（第５ｂ図）。 第６図は伝送ラインに沿って光伝播の場合に異なるモー
ドのグループを選択的に処理するのに使用するための他
の補償要素を示している。 １０番・φ補償ファイバー １２魯・・ピグティルファイバー １６◆・・伝送ファイバー（伝送ライン）２２慟・・補
償要素 ２４・・・伝送ライン ２６．２８・◆・フィラメント ３０・・−コア 特許出願人　ノーザン・テレコム勢リミテッドＳ１ 茅！団 茅３図　　　　７−ｖ４ｔ（−＊＊　（？　７゜、。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マルチモード光ファイバー伝送ラインの帯域幅を増
   加し、且つ該ラインに短い長さのファイバーを結合する
   ことを含む方法において、 該ファイバーの長さがある光モードグループを強く減衰
   し、異なる位の他のモードグループを減衰しないように
   なっていることを特徴とする方法。 ２、短い長さのファイバーを結合したマルチモード光フ
   ァイバー伝送ラインにおいて、 該ファイバーの長さがあるモードグループを強く減衰し
   、異なる位の他のモードを減衰しないようになっている
   ことを特徴とする伝送ライン。 ３、軸線方向に伝播するモードグループが該短い長さの
   ファイバー内の低屈折率中心コア領域によって減衰され
   る特許請求の範囲第２項記載の伝送ライン。 ４、該短い長さのファイバーの該低屈折率中心コア領域
   が直径約１２ミクロンを占めている特許請求の範囲第３
   項記載の伝送ライン。 ５、該短い長さのファイバーが該コアの外方部分におけ
   る最小から、該コアの中心の約５ミクロン領域における
   最大まで実質的に放射線状に増加している屈折率プロフ
   ィルを有しており、該放射線状の屈折率プロフィルが低
   屈折率中心領域によって変更される特許請求の範囲第２
   項記載の伝送ライン。 ６、該低屈折率領域が屈折率を低下する材料でドープさ
   れたシリカであり、そして該中心の低屈折率領域のすぐ
   周りの該コア部分が屈折率を高める材料でドープしたシ
   リカである特許請求の範囲第５項記載の伝送ライン。 ７、該短い長さのファイバーの該中心領域が強く吸収さ
   れている特許請求の範囲第２項記載の光伝送ライン。 ８、該吸収領域が光吸収ドーパントを含んでいるシリカ
   を具備している特許請求の範囲第７項記載の光伝送ライ
   ン。 ９、マルチモード光ファイバー伝送ラインの帯域幅を増
   加し、且つ該ラインに短い長さのファイバーを結合し、
   該ファイバーの長さがある光モードグループを強く減衰
   し、異なる位の他のモードグループを減衰しないように
   なっている方法に使用するためのファイバーであって、
   コアとクラディングとを有しており、該コアがほぼ放射
   線状の屈折率プロフィルを有しており、該プロフィルが
   該ファイバーの中心において下降しているファイバーに
   おいて、 該中心の低屈折率領域が少くとも１２ミクロンの直径を
   有しており、且つ該コアの直接隣接する部分の屈折率よ
   りも実質的に低い屈折率を有していることを特徴とする
   ファイバー。