JPS62201404A - 光フアイバタツプ - 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】 技術分野 本発明は、シングルモードの光ファイバタップに関する
。

本発明の背景 光フアイバローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）にお
いて、主な水性数は能動反復器なしに回路網に置けるス
テーションの全数である。はとんどの場合、これは十分
な光パワーが各送信機からバス上の各受信機に分配され
なければならないという条件によって制約されている。

考えている型のＬＡＮにおいて、送信機１２及び１３は
図面の３−１図に描かれている光ファイバタップ１０に
より、光フアイババス１１に接続されている。各送信機
からＬＡＮ中のすべての受信機にパワーを結合するため
、各送信機は効率１で結合させ、各受信機は１の程度の
結合効率で結合させるのが望ましい。ここで、Ｎはバス
のステーションの数である。不幸にも、相互性の原理が
これを妨げる。なぜならば、それはこれらの２つの結合
効率が受動カプラ中で等しいことを要求するからである
。これによって結合は非常に効率が悪く、光パワーの消
費が大きく、バスに結合できるステーションの数に、厳
しい制限ができる。

この問題はシングルモードファイバとマルチモードバス
ファイバの間にモード選択結合を用いることを通して、
マルチモード光ファイバ中で克服できることが、最近提
案された。

１モ一ド選択性カップリングを通したマルチモード光フ
ァイバ中の増加パワー注入“（Ｉ　ｎ−ｃｌｅａｓｅｄ
　　ｐｏｗｅｒ　　１ｎｊｅｃｔｉｏｎ　　ｉｎ　ｍｕ
ｌｔｉｍｏｄｅ　　ｏｐ−ｔｉｃａｌ　　ｆｉｂｅｒ　
　ｂｕｓｉｅｓ　　ｔｈｒｏｕｇｈ　　ｍｏｄｅ−ｓｅ
ｌｅｃｔｉ−ｖｅ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ）　　と題するテ
ィー、エイチーウッド（Ｔ、　Ｈ，Ｗｏｏｄ）　　によ
る論文、アイ・イーイーイー・ジャーナル・ライトウェ
ーブ・テクノロジー（Ｉ　ＢＥＥ、Ｊ　ｏｕｒｎａｌ、
す（」懸μＴｅ−ｃｈｎｏｌｏｇｈ）　Ｌ　Ｔ　−３５
３７（１９８５）を参照のこと。シングルモード光ファ
イバをバスファイバの１ないし数モードに強く結合させ
ることにより、局部送信機からの光は効率よくバスファ
イバ中に結合できる。しかし、もしバス上を伝搬する光
が、そのパワーがバスのモード中で均一に分布するなら
、このパワーは弱く取り出されるだけである。計算によ
り、この方式では約７　ｄＢ　　の注入パワー増加が誘
導され、バス上の可能なステーションの数もほとんど２
倍になることが示された。この結合は５０μｍ　コアマ
ルチモードファイバと標準のＡＴ＆Ｔ５０シングルモー
ドファイバ間の研磨された減衰方向性カプラ中で、実験
的に示された。エム、ニス、フオーレン（Ｍ、Ｓ、　Ｗ
ｈａｌｅｎ）及びティー・エイチーウッド（Ｔ、　Ｈ，
Ｗｏｏｄ）による論文１高効率非相互性減衰波光フアイ
バ方向性カプラ”（Ｅｆ　ｆ　ｅ　ｃ　ｔ　ｉｖｅ　１
−ｙ　ｎｏｎｒｅｃｉｐｌｏｃａｌ　ｅｖａｎｅｓｃｅ
ｎｔ　ｗａｖｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　−ｆｉｂｅｒ　ｄｉ
ｒｅｅｔｉｏｎａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒ）　　エレクトロ
ニク、レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ）、２１．１７５（１９８５）を参照のこと。−０，
２ｄＢの入力結合効率及び−１８ｄＢ　　の出力結合効
率が示された。

しかし、上で述べたこの方式は、マルチモードファイバ
にのみ適用できるだけという重大な欠点をもつ。従来の
ＬＡＮは単一モードファイバでも使用でき、その場合は
るかに高いバンド帯が可能である。

本発明の要約 波長選択カプラを波長選択光周波数シフタと組合せ、そ
の組合せにより地域回路網の各ノードにおいて、効率よ
くパワーの非相互性注入及び除去を可能にすることによ
り、本発明に従いシングルモード光ファイバを用いたロ
ーカルエリアネットワーク又はファイババスのための光
ファイバタップが実現される。

波長選択カプラは最大効率をもつ第１の波長で送信機か
らのパワーを光フアイババスに結合させ、第２の波長に
おいて、このバスからより低い効率で受信機中にパワー
を結合させるよう設計される。送信機からの波長選択性
カプラの出力におけるパワーは、波長選択周波数シフタ
により第２の波長に周波数がシフトし、−万第２の波長
は周波数が不変のままである。

ここで述べる具体的な実施例において、波長選択カプラ
にはニオジウム−ドープシリカファイバが組合され、そ
れは光を第１の波長から第２の波長における光に変換し
、一方第２の波長における光は不変のまま保たれる。

ニオジウム−ドープファイバの出力における光は、第２
の波長においてのみであり、それはローカルエリアネッ
トワーク中の次の波長選択カプラに結合してもよい。

詳細な説明 本発明は、図面と関連された以下の説明を読むことによ
り、より完全に理解できるであろう。

シングルモード光ファイバシステム中で使用できる光フ
ァイバタップが、ブロックダイアグラムの形で第２図に
示されている。第２図中の波長選択カプラ２１は、光フ
アイババス１１上の波長λ２の光信号をバスの入力部の
１つで！ｌ１．ｔ−２の入力部において、光ファイバ１
４により送信機からの波長λ１　の光信号を受けるため
、接続されている。波長選択カプラ２１はそれが波長λ
１　では強い結合ｎ。

をもち、波長λ２　では弱いがゼロではない結合をもつ
よう設計される。従って、送信機からの波長λ１　にお
ける光は光ファイバ２３に接続されている波長選択カプ
ラ２１の出力部に強く結合され、光フアイババス１１上
の波長λ２　における光は、光ファイバ１５により受信
機に接続された波長選択カプラ２１の第２の出力部に、
弱く結合されるだけであろう。

波長λ１　の光と波長λ２　における残りの光の両方を
運ぶ光ファイバ２３は、波長選択周波数シフタ２２に接
続される。この周波数シフタ２２は波長λ、における光
を波長λ２　に効率よく変換するが、波長λ２　におけ
る光は不変のまま残すような特性をもつよう設計される
。

第２図の光ファイバタップは光フアイババスへ光を入れ
たり出したりする効率のよい非相互性結合を実現する。

送信機からの波長λ１における光は、ｌに近い効率η、
で、波長選択カプラ２１を通してバス上に結合される。

波長λ、におけるこの光は、波長選択周波数シフタ２２
により、波長λ２　における光に変換される。上で述べ
たように、波長λ２　における任意の光は本質的に不変
のまま周波数シフタ２２を通過し、従って次のノードに
おいて局部受信機に結合される状態になる。その結果、
光フアイバ１４上の送信機からの光は、光フアイババス
２３上に効率よく送り出され、そのわずかな部分のみが
、ローカルエリアネットワーク中の各ノードで除去され
るように、波長λ２　に変換される。

第２図に示されるように、光ファイバタップ１０は２つ
の要素だけで構成すればよい。

すなわち、波長選択方向性カプラと波長選択周波数シフ
タである。光ファイバタップ１０中のこれら主要な機能
の両方を行わせるのに、各種の型のデバイスが使用でき
る。光ファイバタップの実例が、牙３図に示されている
。

矛３図において、波長選択カプラ３１は２つの異なる種
類のシングルモードファイバから作られた研磨された方
向性カプラにより、作られた。そのようなカプラはエム
・ニス・ファーレン（Ｍ、　Ｓ、　Ｗｈａｌｅｎ）　　
及びケイ−ニル砂つオルカ−（Ｋ、　Ｌ、　Ｗａｌｋｅ
ｒ）　　による１波長多重のためのインーライン光ファ
イバフイルダ′（Ｉｎ−１ｉｎｅ　ｏｐｔｔｃａｌ−ｆ
ｉｂｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ　ｆｏｒ　ｗａｖｅｌ　−ｅｎ
ｇｔｈ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）と題する論文、エ
レクトロニクスレターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ）、２１．７２４（１９８５）に見出すこ
とができる。この型のカプラの解析は、デイー−マルカ
ス（Ｄ、　Ｍａｒｃｕａｅ　）により、１異なる種類の
光ファイバを用いた方向性カプラファイバ（Ｄｉｒｅｃ
ｔｉｏｎａｌ−ｃｏｕｐｌｅｒ　ｆｉｌｔｅｒ　ｕｓｉ
ｎｇ　ｄｉｓｓｉ　−ｍｉｌａｒ　ａｐｐｅａｌ−ｆｉ
ｂｅｒ）　　と題する′論文、エレクトロニクスレター
ズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ−３）２１
．７２６（１９８５）に述べられている。この解析によ
り、設計者は最大結合が望ましい値に波長を置き、結合
効率曲線のすそを、波長λ２　において所望の低効率の
交差結合が得られるよ５な形にすることができるように
なる。この型の方向性カプラの波長に対する結合効率の
典型的な波形が、矛４図に示されている。矛４図に示さ
れるように、波長λ１　における光は１に近い効率で交
差結合し、一方波長λ２　における光はゼロに近いか等
しくはない低効率で交差結合する。牙３図に示されたシ
ステムにおいて、カプラは８ミクロンの波長が最大交差
結合を実現し、１．０６ミクロンに等しい波長で低効率
結合を実現するよう設計された。

牙３図の実施例において、波長選択周波数シフト機能を
実現するため、ニオジウム−ドープシリカシングルモー
ド光ファイバ３２が示される。これらのニオジウム−ド
ープガラスは０．８ミクロンに等しい波長において強い
吸収帯を有し、１．０６６ミクロンに等しい波長で光を
放射するように作ることができる。

以下の解析に示されるように、０．８ミクロンにおける
十分な量の光が、λ１　におけるフォトンをλ２　にお
けるフォトンに高い変換効率を生じるようにできる。

ニオジウム−ドープシリカのエネルギーレベルダイアグ
ラムが、矛５図に示されている。

矛５図において、レベルａ及びｂは０．８ミクロンに等
しい波長λ１　における吸収帯を表わし、その場合波長
λ、における光はニオジウム−ドープイオンをエネルギ
ーレベルａからエネルギーレベルｂへそれらの状態を変
化させる。これらのイオンは次にレベルｂからレベルＣ
へ非放射性の速い減衰をし、レベルＣからレベルｄへ遷
移した時、光を放射する。

最後に、イオンはレベルｄからレベルａに速い非放射減
衰する。これらの非放射減衰はここで考よる他の２つの
プロセスより、はるかに速い時間スケールで起る。

もし工＋（Ｘ）が波長λ１　におけるファイバ中の位置
Ｘでのフォトン流を表わし、ｌ２（Ｘ）が波長λ２　に
おけるファイバ中の位置Ｘでのフォトン流を表わすなら
ば、フォトン流及びレベルＣにおける励起されたイオン
密度Ｎ（Ｘ）の表穴を、書くことができる。ポンピング
遷移が飽和せず、従ってレベルａにおける密度Ｎｏ　　
が変換プロセスによって著しく変らないと仮定すれば、
式は次のように表わされる。

ＩＩ　（Ｘ）　＝　ＩＩ。ｅｘｐ（−Ｎｏ　ｄｉ　Ｘ）
　　　　　　（１）ここで、ｄ、およびｄ２　　はそれ
ぞれポンピング及びレーザ遷移の小信号吸収係数で、τ
２はレベルＣの自発放射時間、Ｎはポンピング遷移の量
子効率、”１゜はＸ＝Ｏでファイバに注入されたλ１　
におけるフォトン流、ｆはファイバコアが相対する部分
の立体角である。

ファイバ中の損失はこれらの式には含まれていない。

このプロセスの変換効率を決るため、第１−３式を解い
て、変換された流れ工２（Ｘ）及び入力流工、。間の関
係を得た。

η（工１９τ２　ｄ２）　（１−ｅｘｐ（−Ｎ。ｄｉ（
Ｘ））ここで、Ｉ２０はレーザ波長における入力流であ
る。λ２　において注入される流（Ｉ２゜〕のほんの少
量が、与えられた変換効率を与えるために必要なポンピ
ングパワーの大きさを、著しく減少させる。牙（４）式
において、すべての流れ工、。、工１、工２゜にτ２ｄ
２がかげられて、このことは工＝１−がこの問題におけ
るフォトＣτ２ｄ２ ン流を測定する自然の単位であることを示している。物
理的には、工。はファイバ中の変換プロセスを支配する
ための刺激放射について、ポンピング波長で必要とされ
る最小入力流を表わす。才（４）式は無次元の項で書（
ことができ、下のような式が得られる。

ここで、ＰＨ０＝Ｉ　ｔｏ／　Ｉ。、Ｐ　２６　””　
Ｉ　２　。／　Ｉ。、Ｐ２＝工２／■。で、限界（Ｘ→
ω）は変換周波数を見積るためにとられた。

シングルモードファイバの適切なｆの値は、１．９Ｘ１
０３　（＝ｆ、）で、これは１０°　（全・幅）に対す
るファイバに対応する。牙６図には牙５式がプロットさ
れている。Ｐ２Ｏ及びｆの各種の値に対して、規格化さ
れた入力パワーηＰＩＯの関数として、規格化された変
換パワーＰ２　　がプロットされている。直線６１とこ
れらの曲線との交点は、３　ｄＢ　　変換効率が生じる
入力パワーηＰ１ｏ　　を示す。λ２　に注入パワーが
ない場合（Ｐｚｏ＝Ｏ）、３　ｄｂでのηｐｔｏはｆ＝
　ｆｏ　　で約１６．５で、ｆ　＝　２ｆｏにおける３
　ｄｂでのηＰＩＧは約１４．５である。このことは計
算がｆの正確な値には敏感でないことを示している。し
かし、Ｐ２ｏ＝０．１となるようにλ２で少量の光が注
入された時、３　ｄｂ　　でのηＰ、。

は（ｆ＝ｆｏｆｉ’“・）８より小さく、必要な入力ポ
ンピングパワーは３　ｄｂ　近く減少する結果となる。

このことはλ２　において１アイドラー“ビームを注入
することが、必要な入力ポンピングパワーを減少させる
のに便利な方法となりうろことを示している。

矛４図から規格化されたパワーをミリワットに変換する
ため、以下の式で表わされるτ２ｄ２　　が必要である
。

ここで、Δは５ｅｅ−１単位での利得の線幅で、ｎは媒
体の屈折率である。Ｎｄ　　−ドープリシ力ファイバの
場合、Δ＝２００１１　で、である。、８μのポンピン
グ波長における９湘径のファイバ中で、これはＰｃ　＝
　５．３６　ｍＷ　（ｎパワーを表わす。吸収量子効率
（η〕の適当な値は、約０．４である。前のパラグラム
で議論した３　ｄｂ　　におけるＰｔｏの値は、２２５
　ｍＷに等しく、それは０．５　ｍＷのパワーをもつア
イドラを注入することにより、１００　ｍＷに下ること
ができる。

具体的な実施例について述べてきたが、多くの他のデバ
イスが光ファイバタップ中で必要な方向性カプラ及び周
波数シフト機能を得るため、使用できる。たとえば、他
の型の波長選択カプラが使用でき、周波数シフト機能は
複屈折結晶、たとえばリチウムナイオベート中でのモー
ド変換により、得ることができる。たとえば、エフ、ハ
イスマン（Ｆ、Ｈｅｉｓｍａ−ｎｎ）及びアール・ウル
リヒ（Ｒ，Ｕｌｒｉｃｈ）　　による１ストライプ導波
を有する集積された光周波数移動器’　（ｆｎｔｅｇｒ
ａｔｅｄ−ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎ−ｃｖ　ｔ
ｒａｎｓ＋１ａｔｏｒ　ｗｉｔｈ　５ｔｒｉｐｅ、　ｗ
ａｖｅｇｕｉｄｅ）と題する論文、アプライド、フィジ
ックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
Ｌｅｔｔｅｒｓ）、４５（５）、９月１日、１９８４を
参照のこと。後者の論文で述べられている型のモード変
換デバイスは、周期的な電極を必要とし、従って波長選
択は固有のものである。従って、それらはその有効な周
波数帯での周波数をシフトさせるのには有効であるが、
その周波数帯からはずれた周波数は不変のままである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いることのできる型のローカルエリ
アネットワーク中のノードのブロックダイヤグラムを示
す図； 第２図は本発明に従って構成された光ファイバタップの
ブロックダイヤグラムを示す図；牙３図は波長選択周波
数シフタとしてニオジウム−ドープシリカファイバを用
いる本発明の実施例のより詳細なダイヤグラムを示す図
； 矛４図ないし６図は本発明の動作を記述するのに有用な
曲線及びエネルギーダイヤグラムを示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 光ファイバタップ　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・　１０第１の入力（光フアイババス）
　・・・・・・　１１第１の出力（光フアイババス〕　
・・・・・・　１６第２の入力（光ファイバ）　・・・
・・・・・・・・・　１４第２の出力（光ファイバ）　
・・・・・・・・・・・・　１５Ｆ／に、／ Ｆ／σ、４ 気壜 ＦＩ６．５ ＦＩ６．６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバタップを光ファイバシステ ム中の同様の光ファイバタップと直列に接続するのに適
   した第１の入力及び第１の出力手段、光送信機からの光
   を受けるための第２の入力手段及び光受信機に光を伝達
   するための第２の出力手段を含む光ファイバにおいて、
   前記ファイバタップは 第１の特性を有する光を高効率で交差結合 させ、第２の特性を有する光を低効率で交差結合するた
   めの第１及び第２の入力部分と第１及び第２の出力部分
   を有するシングルモード結合手段が含まれ、前記第１及
   び第２の入力部はそれぞれ第１及び第２の入力手段に接
   続され、前記第２の出力部分は前記第２の出力手段に接
   続され、 前記第１の特性をもつ光を、前記第２の特 性をもつ光に変換し、一方前記第２の特性を有する光は
   不変のまま処理するシングルモード変換手段が含まれ、
   前記シングルモード変換手段は前記第１の出力部分から
   の光を受け、前記第１の出力手段へ光を与えるため接続
   されることを特徴とする光ファイバタップ。 ２、特許請求の範囲第１項に記載された光 ファイバタップにおいて、前記第１及び第２の特性は異
   なる波長で、 前記シングルモード結合手段は高効率で第 １の波長をもつ光を交差結合し、第２の波長をもつ光を
   低効率で交差結合するように構成され、前記シングルモ
   ード変換手段は前記第１の波長をもつ光を前記第２の波
   長をもつ光に変換し、一方前記第２の波長をもつ光は不
   変のまま処理するように構成されることを特徴とする光
   ファイバタップ。 ３、特許請求の範囲第２項に記載された光 ファイバタップにおいて、 前記シングルモード結合手段はファイバ間 で減衰する結合を生じる長さに相互に近接させて固定さ
   れた２つのシングルモードファイバを有する研磨された
   方向性カプラを含むことを特徴とする光ファイバタップ
   。 ４、特許請求の範囲第２項に記載された光 ファイバタップにおいて、 前記シングルモード変換手段はニオジウム −ドープシリカファイバから成ることを特徴とする光フ
   ァイバタップ。