DE102018116527A1

DE102018116527A1 - Optische Vorrichtung, Kommunikationssystem und Verfahren zum Multiplexen und Demultiplexen eines optischen Signals

Info

Publication number: DE102018116527A1
Application number: DE102018116527.7A
Authority: DE
Inventors: Manabu Kagami; Akari Nakao; Tatsuya Yamashita; Mitsuhiko Mizuno; Hiroyuki Fujiwara
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc; Adamant Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2019-01-10
Also published as: JP6925894B2; JP2019015910A

Abstract

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Modengruppenmultiplexkommunikationssystem bereitzustellen und Modengruppen zu Demultiplexen und zu Multiplexen. Eine optische Vorrichtung weist einen Hauptlichtwellenleiter (10); einen Modenumwandlungslichtwellenleiter (40), der kontinuierlich mit dem Hauptlichtwellenleiter ist und aus einem gebogenen Multimodenlichtwellenleiter besteht; einen ersten Lichtwellenleiter (20), der kontinuierlich mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter ist und aus einem GI-MMF-Lichtwellenleiter besteht, der sich in der Biegerichtung des Modenumwandlungslichtwellenleiters erstreckt; und einen Verbindungslichtwellenleiter (32), der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht und mit einer peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist, auf. Ein zweiter Lichtwellenleiter (30) ist kontinuierlich mit dem Verbindungslichtwellenleiter und besteht aus einem GI-MMF-Lichtwellenleiter.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung, ein Kommunikationssystem und ein Verfahren zum Multiplexen und Demultiplexen eines optischen Signals, wobei eine Modengruppenmultiplexkommunikation realisiert wird.
Stand der Technik:
Es ist ein herkömmliches Modengruppenmultiplexverfahren bekannt, wie es in der Nicht-Patentliteratur 1 offenbart ist, bei dem eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser (Graded-Index Multi-Mode Optical Fiber, im Folgenden als „GI-MMF“ bezeichnet) verwendet wird, um zu bewirken, dass ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung an einer radialen Position näher an der Mittelachse des Kerns propagiert und ein Modengruppensignal höherer Ordnung an einer radialen Position weiter entfernt von der Mittelachse des Kerns propagiert.
Zum Demultiplexen und Detektieren des Modengruppensignals niedrigerer Ordnung und des Modengruppensignals höherer Ordnung von der GI-MMF wird die GI-MMF in zwei Zweige aufgeteilt. Das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird durch Verbinden einer Einzelmodenfaser (Single-Mode Fiber, im Folgenden als „SMF“ bezeichnet) an der Ausgabeendfläche eines (ersten) Zweigs der GI-MMF, so dass die Mittelachse der SMF mit der Mittelachse des Zweigs zusammenfällt, extrahiert. Das Modengruppensignal höherer Ordnung wird durch Umwandeln des Lichts von der Ausgabeendfläche des anderen bzw. zweiten Zweigs der GI-MMF in paralleles Licht unter Verwendung einer optischen Linse, Entfernen des Lichts in der Nähe der Mittelachse unter Verwendung einer Maske, Bündeln des Lichts unter Verwendung einer Sammellinse und Koppeln des gebündelten Lichts in eine andere GI-MMF extrahiert.
Wie in der Patentliteratur 1 und der Nicht-Patentliteratur 2 offenbart, ist eine Technik zum Biegen einer optischen Faser zum Abzweigen von Licht von der peripheren gebogenen Fläche des gebogenen Abschnitts bekannt. Ferner ist aus der Patentliteratur 2 ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter bekannt.
Stand der Technik
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP H10-54915
Patentliteratur 2: JP 2000-347043

Nicht-Patentliteratur
Nicht-Patentliteratur 1: Y. Li, J. D. Ingham, V. F. Olle, G. Gordon, R. V. Penty und I. H. White „20 Gb/s Mode-Group-Division Multiplexing employing Hermite-Gaussian Launches over Worst-Case Multimode Fiber Links," OFC, Optical Society of America, 2014.
Nicht-Patentliteratur 2: M. Kagami, Y. Sakai und H. Okada, „Variable-ratio tao for plastic optical fiber," Applied Optics, Vol. 30, Nr. 6 S. 645-649, 1991.
Bei dem Modengruppenmultiplexverfahren, das in der oben erwähnten Nicht-Patentliteratur 1 offenbart ist und bei dem eine GI-MMF verwendet wird, wird zum Extrahieren des Modengruppensignals höherer Ordnung das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung unter Verwendung eines optischen Systems aus dem Licht von der Endfläche des zweiten Zweigs der GI-MMF entfernt. Daher wird die Konfiguration für das optische Demultiplexen kompliziert, was dazu führt, dass das Modengruppenmultiplexverfahren schwer zu realisieren ist. Ferner ist eine mögliche Methode zum Demultiplexen des Modengruppensignals höherer Ordnung, das eine Winkelverteilung auf der Lichtausgabeendfläche des zweiten Zweigs der GI-MMF aufweist, das Anordnen einer Endfläche einer SMF an einem Abschnitt der Lichtausgabeendfläche. In diesem Fall besteht jedoch das Problem, dass die Effizienz einer Kopplung niedrig ist, und daher ist die Empfangsleistung der Modengruppe höherer Ordnung gering. Außerdem ist eine Positionierung schwierig.
An einem Signalübertragungsende, an dem die Modengruppensignale niedrigerer Ordnung und höherer Ordnung gemultiplext werden, wird ein optisches Signal, das durch eine SMF propagiert und von der Endfläche der SMF ausgegeben wird, durch Steuern des Propagationswinkels des optischen Signals unter Verwendung eines optischen Systems mit einer Linse, einer Maske, etc. zu dem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt, und das Modengruppensignal höherer Ordnung wird einer GI-MMF zugeführt. Unter Verwendung eines Strahlteilers wird das Modengruppensignal höherer Ordnung dann mit einem anderen optischen Signal, das durch eine andere SMF propagiert und als das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung dient, gemultiplext.
Da ein optisches System mit einer Linse, einer Maske und einem Strahlteiler auf der Seite, auf der Licht übertragen wird, verwendet wird, wird der Mechanismus kompliziert. Demzufolge kann das herkömmliche vorgeschlagene Modengruppenmultiplexkommunikationssystem, das die GI-MMF verwendet, in der Praxis nicht als eine Signalübertragungsleitung in einem Auto oder dergleichen, das unter schwierigen Bedingungen verwendet wird, eingesetzt werden, da ein optisches System mit einer Linse etc. sowohl auf der Übertragungsseite als auch auf der Empfängerseite verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen Problems gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Modengruppenmultiplexkommunikationssystem sowie ein Demultiplexen und Multiplexen von Modengruppen unter Verwendung einer einfachen Konfiguration, genauer gesagt, unter Verwendung einer GI-MMF, zu realisieren.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine optische Vorrichtung zum Durchführen eines Multiplexens oder Demultiplexens eines optischen Signals für einen Hauptlichtwellenleiter. Die optische Vorrichtung weist den Hauptlichtwellenleiter, der ein Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter ist und einen Modengruppenmultiplexübertragungspfad bildet, in dem Kanäle für Signale mehrerer Modengruppen ausgebildet sind; einen Modenumwandlungslichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem Hauptlichtwellenleiter ist und aus einem gebogenen Multimodenlichtwellenleiter besteht; einen ersten Lichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter ist und aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, der sich in einer Biegerichtung des Modenumwandlungslichtwellenleiters erstreckt; einen Verbindungslichtwellenleiter, der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht und in einer axialen Richtung des Hauptlichtwellenleiters mit einer peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist; und einen zweiten Lichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem Verbindungslichtwellenleiter ist und aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, auf. Wenn die mehreren Modengruppen in dem Hauptlichtwellenleiter in eine Modengruppe höherer Ordnung und eine Modengruppe niedrigerer Ordnung unterteilt werden, bewirkt der Modenumwandlungslichtwellenleiter, dass ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung durch denselben propagiert und ein Signal der Modengruppe höherer Ordnung zu der Seite des Verbindungslichtwellenleiters austritt (ausstrahlt) und als ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zu dem Verbindungslichtwellenleiter und dem an diesen anschließenden zweiten Lichtwellenleiter propagiert, und ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das von dem zweiten Lichtwellenleiter durch den Verbindungslichtwellenleiter zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter propagiert, wird in ein Signal der Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt, das mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter gekoppelt wird.
Der Ausdruck „Mode“ bedeutet eine Propagationsmode, die einen optischen Pfad von Licht, das unter einem bestimmten Propagationswinkel (einem Winkel bezüglich der Mittelachse des Lichtwellenleiters) durch den Hauptlichtwellenleiter propagiert, darstellt. Daher bedeutet der Ausdruck „Modengruppe“ einen Lichtfluss mit einem Propagationswinkel innerhalb eines vorbestimmten Bereichs. Die Ordnung der Mode entspricht dem Propagationswinkel. Das bedeutet, je größer der Propagationswinkel, umso höher ist die Ordnung der Mode. Dementsprechend entsprechen die Modengruppe höherer Ordnung und die Modengruppe niedrigerer Ordnung Bereichen des Propagationswinkels von Licht in dem Hauptlichtwellenleiter.
Bei der zuvor beschriebenen Erfindung kann der Verbindungslichtwellenleiter ein Stufenindexmultimodenlichtwellenleiter oder ein Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter sein. Der Verbindungslichtwellenleiter ist in einem Bereich, bevor der Modenumwandlungslichtwellenleiter erreicht wird, in der Richtung der Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters mit der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden. Wenngleich wünschenswert ist, dass der zweite Lichtwellenleiter und der Hauptlichtwellenleiter koaxial miteinander sind, wenn der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters gleich dem Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist, kann die Achse des zweiten Lichtwellenleiters etwas von der Achse des Hauptlichtwellenleiters abweichen. Wenn der Verbindungslichtwellenleiter und der Hauptlichtwellenleiter koaxial miteinander sind, wird das Ausmaß einer Kopplung zwischen dem Modenumwandlungslichtwellenleiter und dem Verbindungslichtwellenleiter annähernd maximal. In einem Bereich, in dem eine tangentiale Ebene der peripheren gebogenen Fläche senkrecht zu einem radialen Richtungsvektor im Vergleich zu anderen Bereichen paralleler zu der Achse des Hauptlichtwellenleiters ist (im Folgenden als „Bereich hoher Umwandlung“ bezeichnet), ist das Ausmaß einer Kopplung zwischen dem Modenumwandlungslichtwellenleiter und dem Verbindungslichtwellenleiter für Modengruppen bezüglich einer Modenumwandlung größer als in anderen Bereichen. Wenn der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters kleiner als der Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist, ist die Position, an der der Verbindungslichtwellenleiter mit der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist, nicht beschränkt. Die Verbindung erfolgt jedoch bevorzugt in dem obigen Bereich hoher Umwandlung.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die optische Vorrichtung eine der folgenden Vorrichtungen sein. Zunächst ist, wie in 1 gezeigt, die optische Vorrichtung eine Vorrichtung zum Demultiplexen oder Multiplexen eines optischen Signals, die aus einem Hauptlichtwellenleiter, einem Modenumwandlungslichtwellenleiter, einem ersten Lichtwellenleiter, einem Verbindungslichtwellenleiter und einem zweiten Lichtwellenleiter besteht und die Verbinder zur Verbindung von externen Lichtwellenleitern aufweist, sofern dies notwendig ist. Ferner wird, wie in 10 und 11 gezeigt, die optische Vorrichtung zum Ausbilden von Teilen eines Kommunikationssystems verwendet, in dem ein A-Endanschluss und ein B-Endanschluss durch einen Hauptlichtwellenleiter verbunden sind, wobei die Teile ein Multiplexen oder Demultiplexen eines optischen Signals bei dem A-Endanschluss und dem B-Endanschluss durchführen. Die Teile haben die oben beschriebene Konfiguration und weisen keinen optischen Verbinder auf. Darüber hinaus ist die optische Vorrichtung eine optische Vorrichtung mit einem Endanschluss, bei dem sich der Teil zum Multiplexen oder Demultiplexen des optischen Signals und der Hauptlichtwellenleiter zu dem anderen Endanschluss erstrecken.
Die oben beschriebene Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem jede der Modengruppe höherer Ordnung und der Modengruppe niedrigerer Ordnung einen einzigen Kanal aufweist. Jede Modengruppe kann mehrere gemultiplexte Kanäle aufweisen. Insbesondere können, wenn ein dendritischer Pfad durch Wiederholen einer Verbindung der optischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, wobei der erste Lichtwellenleiter und/oder der zweite Lichtwellenleiter als der Hauptlichtwellenleiter betrachtet werden, optische Signale in Signale einzelner Kanäle gedemultiplext werden, und Signale einzelner Kanäle können stufenweise gemultiplext werden.
Bei der zuvor beschriebenen Erfindung ist die periphere gebogene Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters bevorzugt derart gebogen, dass die Modengruppe niedrigerer Ordnung in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter eine geführte Mode bleibt und die Modengruppe höherer Ordnung in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter eine austretende Mode wird. Die periphere gebogene Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters kann eine konstante Krümmung oder eine Krümmung, die sich in der Propagationsrichtung von Licht ändert, aufweisen.
Wenn sich ein einzelner Lichtstrahl durch den Hauptlichtwellenleiter ausbreitet und einen konstanten Propagationswinkel aufweist, ist der Einfallswinkel des Lichtstrahls, der die Grenzfläche zwischen dem Kern und dem Mantel (im Folgenden einfach als „die gebogene Fläche“ bezeichnet) (der Winkel bezüglich der Normalen der gebogenen Fläche) erreicht, umso kleiner, je größer die Krümmung (1/Krümmungsradius) der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist. Wenn der Einfallswinkel kleiner als ein kritischer Winkel wird, wird das Licht zu einer austretenden Mode und tritt durch die periphere gebogene Fläche nach außen aus, so dass das Licht nicht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter propagiert.
Der Propagationswinkel des Lichtstrahls in dem Hauptlichtwellenleiter, der bewirkt, dass der Einfallswinkel bezüglich der peripheren gebogenen Fläche gleich dem kritischen Winkel wird, wird als ein Modenseparationspropagationswinkel definiert. Das heißt, der Modenseparationspropagationswinkel ist der maximale Propagationswinkel des Lichtstrahls in dem Hauptlichtwellenleiter, der durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter propagieren kann. Aus diesem Grund ist der Modenseparationspropagationswinkel umso kleiner, je größer die Krümmung der peripheren gebogenen Fläche ist. Das heißt, wenn die Krümmung der peripheren gebogenen Fläche größer wird, wird der Propagationswinkelbereich der Modengruppe niedrigerer Ordnung in dem Hauptlichtwellenleiter schmaler, und der Propagationswinkelbereich der Modengruppe höherer Ordnung in dem Hauptlichtwellenleiter wird breiter. Dementsprechend ist, je größer die Krümmung der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist, die Wahrscheinlichkeit, dass Licht einer Mode niedrigerer Ordnung aus der peripheren gebogenen Fläche in Richtung der Mittelachse des Verbindungslichtwellenleiters austritt, größer. Da das Licht in Richtung der Mittelachse des Verbindungslichtwellenleiters aus der peripheren gebogenen Fläche austritt und durch den zweiten Lichtwellenleiter propagiert, wird die Mode höherer Ordnung in die Mode niedrigerer Ordnung umgewandelt. Da Licht einer Mode, die nicht austritt, einen Einfallswinkel (bezüglich der gebogenen Fläche) aufweist, der größer als der kritische Winkel ist, wird die geführte Mode beibehalten, so dass das Licht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter propagiert.
Dementsprechend werden die Ordnungen der geführten Mode und der austretenden Mode des Modenumwandlungslichtwellenleiters durch die Krümmung der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters bestimmt. Je größer die Krümmung, umso kleiner sind die Ordnungszahlen der Propagationsmode (geführten Mode) und umso größer sind die Ordnungszahlen der austretenden Mode. Das Konzept der geführten Mode und der austretenden Mode umfasst nicht nur den Fall, in dem eine Propagation und ein Austreten bei einer bestimmten Ordnung vollständig getrennt sind, sondern auch den Fall, in dem eine Propagation und ein Austreten in bestimmtem Maße getrennt sind, so dass kein Übersprechen auftritt und eine Demodulation möglich ist.
Bei der oben beschriebenen Erfindung kann der zweite Lichtwellenleiter ein selbstgeschriebener, d.h. selbst ausgebildeter, Lichtwellenleiter sein, der sich von einem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters erstreckt und mit der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist. Der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter kann ein Stufenindexlichtwellenleiter oder ein Gradientenindexlichtwellenleiter sein. Der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter ist ein Lichtwellenleiter, der wie folgt ausgebildet wird. Ein gerader Lichtstrahl wird auf eine lichthärtende Harzflüssigkeit aufgebracht, deren Brechungsindex nach einem Aushärten zunimmt, so dass ein ausgehärteter und sich erstreckender Abschnitt ausgebildet wird, während Licht auf den neu ausgebildeten ausgehärteten Abschnitt begrenzt wird. Eine Technik zum Herstellen eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters ist bekannt, und durch Analyse lässt sich feststellen, ob ein ausgebildeter Lichtwellenleiter ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ist. Daher weist der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter die Eigenschaften eines Lichtwellenleiters auf, und der Ausdruck „selbstgeschriebener Lichtwellenleiter“ ist ein bekannter Begriff, der dessen Struktur beschreibt. Durch diese Struktur kann die Verbindung zwischen dem Modenumwandlungslichtwellenleiter und dem Verbindungslichtwellenleiter problemlos und zuverlässig realisiert werden. Ein Abschnitt der peripheren gebogenen Fläche, mit dem der Verbindungslichtwellenleiter verbunden wird, kann einen Mantel aufweisen oder nicht. Wenn der Kern des Verbindungslichtwellenleiters direkt mit dem Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden wird, muss der Brechungsindex des Kerns des Verbindungslichtwellenleiters kleiner gemacht werden als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters.
Darüber hinaus kann der Verbindungslichtwellenleiter ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter sein, bei dem ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter, der sich von der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters erstreckt, und ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter, der sich von einem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters erstreckt, miteinander verbunden sind. Ein Abschnitt der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters, mit dem der Verbindungslichtellenleiter verbunden ist, kann einen Mantel aufweisen oder nicht. Wenn der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter direkt mit dem Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist, wird der Brechungsindex des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters (des Kerns) kleiner als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters gemacht. Auch in dem Fall, in dem kein Mantel an der peripheren gebogenen Fläche vorgesehen ist, tritt, wenn der Brechungsindex des lichthärtenden Harzes kleiner als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist, Licht einer Mode höherer Ordnung in verstärktem Maße zu dem lichthärtenden Harz aus, da das Harz als ein Mantel dient. Während einer Herstellung tritt, wenn der Brechungsindex der lichthärtenden Harzflüssigkeit kleiner als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist, Licht zum Aushärten einer Mode höherer Ordnung von der peripheren gebogenen Fläche zu der externen Harzflüssigkeit aus, und das austretende Licht wird eine Mode niedrigerer Ordnung und propagiert durch die lichthärtende Harzflüssigkeit in der Richtung der Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters. Demzufolge wird der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter, der so ausgebildet ist, dass er sich von der peripheren gebogenen Fläche nach außen erstreckt, geradlinig ausgebildet.
Der Verbindungslichtwellenleiter kann ein Teil eines distalen Endes des zweiten Lichtwellenleiters sein. Wenn beispielsweise der zweite Lichtwellenleiter eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser ist, kann ein distaler Endbereich der Lichtleitfaser ein Verbindungslichtwellenleiter sein. In diesem Fall ist die Lichtleitfaser des zweiten Lichtwellenleiters direkt mit der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden.
Der Kern des Verbindungslichtwellenleiters ist direkt mit dem Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden, und der Kern des Verbindungslichtwellenleiters kann einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner als der des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist. In diesem Fall dient der Kern des Verbindungslichtwellenleiters als ein Mantel in einem Bereich, in dem der Verbindungslichtwellenleiter mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter verbunden ist. Wenn der Verbindungslichtwellenleiter ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ist, wird der Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters direkt mit dem Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden.
Bei der zuvor beschriebenen Erfindung kann jeder von dem zweiten Lichtwellenleiter und dem Hauptlichtwellenleiter eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser sein, der erste Lichtwellenleiter und der Modenumwandlungslichtwellenleiter können als Abschnitte des Hauptlichtwellenleiters ausgebildet sein, und der Kern des Verbindungslichtwellenleiters kann mit dem Mantel des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden sein. Wenn der Verbindungslichtwellenleiter ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ist, wird der Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters mit dem Mantel des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden. Wenn der Verbindungslichtwellenleiter die Lichtleitfaser des zweiten Lichtwellenleiters ist, wird der Kern der Lichtleitfaser mit dem Mantel des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden.
Ferner weist der Kern des Verbindungslichtwellenleiters, der mit der peripheren gebogenen Fläche verbunden ist, bevorzugt einen Brechungsindex auf, der kleiner ist als der des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters. In diesem Fall wird das Licht der Moden höherer Ordnung, das aus der peripheren Fläche austritt, in Licht einer Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt, das durch den Verbindungslichtwellenleiter propagiert. Dies ist erwünscht.
Bei der oben beschriebenen Erfindung kann der erste Lichtwellenleiter eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser sein, und der Modenumwandlungslichtwellenleiter kann ein gebogener selbstgeschriebener Lichtwellenleiter sein, der kontinuierlich von einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters mit einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters verbunden ist oder kontinuierlich von einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters mit einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters verbunden ist.
Ferner kann der erste Lichtwellenleiter eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser sein, und der Modenumwandlungslichtwellenleiter kann ein gebogener selbstgeschriebener Lichtwellenleiter sein, der durch Verbinden eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters, der kontinuierlich von einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters ausgebildet ist, und eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters, der kontinuierlich von einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters ausgebildet ist, und durch Biegen der verbundenen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter gebildet wird.
Der Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters ist mit einem Bereich verbunden, in dem ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse des Hauptlichtwellenleiters propagiert (im Folgenden als ein „Bereich einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung“ bezeichnet), und der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters (im Folgenden unabhängig von einem Lichtwellenleiter als „Kerndurchmesser“ bezeichnet) kann gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung sein. Der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters kann gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung sein.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die folgenden vier Kombinationen von Beziehungen zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters. Die erste Kombination ist der Fall, in dem der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters, der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters und der Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters gleich sind. Die zweite Kombination ist der Fall, in dem der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung ist und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist. Die dritte Kombination ist der Fall, in dem der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters gleich dem Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung ist. Die vierte Kombination ist der Fall, in dem der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters beide gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung sind. Wenn der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung ist, versteht sich, dass der Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters mit dem Bereich einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung des Hauptlichtwellenleiters verbunden ist. Bei der ersten, der zweiten und der vierten Kombination sind der Verbindungslichtwellenleiter und der Hauptlichtwellenleiter koaxial angeordnet. Bei der dritten Kombination kann ein distales Ende des Kerns des Verbindungslichtwellenleiters mit einem kleinen Kerndurchmesser mit einer beliebigen Position der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters mit einem großen Kerndurchmesser verbunden werden, es wird jedoch bevorzugt mit dem oben erwähnten Bereich hoher Umwandlung verbunden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Modengruppenmultiplexkommunikationssystem, bei dem die oben beschriebene optische Vorrichtung verwendet wird.
Insbesondere ist der zweite Aspekt der Erfindung ein Kommunikationssystem, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die zuvor beschriebene optische Vorrichtung als eine A-Endvorrichtung verwendet wird und die zuvor beschriebene optische Vorrichtung als eine B-Endvorrichtung verwendet wird; der Hauptlichtwellenleiter der A-Endvorrichtung und der Hauptlichtwellenleiter der B-Endvorrichtung kontinuierlich sind und einen Hauptlichtwellenleiter bilden; ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter zu der Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt wird und mit dem Hauptlichtwellenleiter gekoppelt wird, zu dem zweiten Lichtwellenleiter der A-Endvorrichtung und dem zweiten Lichtwellenleiter der B-Endvorrichtung übertragen wird; und ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung zu dem ersten Lichtwellenleiter der A-Endvorrichtung und dem ersten Lichtwellenleiter der B-Endvorrichtung übertragen wird, so dass zwischen der A-Endvorrichtung und der B-Endvorrichtung eine Modengruppenmultiplexkommunikation durchgeführt wird.
Ein dritter Aspekt der Erfindung ist ein Modengruppenmultiplexkommunikationssystem, das durch einen Lichtwellenleiter gekennzeichnet ist, der einen Hauptlichtwellenleiter, der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, einen ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter, der direkt oder durch einen ersten Verbindungslichtwellenleiter, der aus einem Multimodenlichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter ist, besteht, mit einer peripheren gebogenen Fläche eines ersten gebogenen Abschnitts des Hauptlichtwellenleiters verbunden ist, und einen zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter, der direkt oder durch einen zweiten Verbindungslichtwellenleiter, der aus einem Multimodenlichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter ist, besteht, mit einer peripheren gebogenen Fläche eines zweiten gebogenen Abschnitts des Hauptlichtwellenleiters verbunden ist, aufweist, wobei an dem ersten gebogenen Abschnitt und dem zweiten gebogenen Abschnitt ein Demultiplexen oder Multiplexen eines optischen Signals durchgeführt wird, indem die Ordnung der Modengruppe zwischen dem Hauptlichtwellenleiter und dem ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter oder dem ersten Verbindungslichtwellenleiter und zwischen dem Hauptlichtwellenleiter und dem zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter oder dem zweiten Verbindungslichtwellenleiter geändert wird, so dass eine Modengruppenmultiplexkommunikation für Signale durchgeführt wird, die zwischen dem ersten gebogenen Abschnitt und dem zweiten gebogenen Abschnitt durch den Hauptlichtwellenleiter propagieren.
Wie in 10 und 11 gezeigt, sind bei den zuvor beschriebenen Kommunikationssystemen der Aspekte der vorliegenden Erfindung der Hauptlichtwellenleiter der A-Endvorrichtung und der Hauptlichtwellenleiter der B-Endvorrichtung kontinuierlich verbunden. In dem Kommunikationssystemen in 10 werden Signale unterschiedlicher Kanäle in der A-Endvorrichtung oder einem gebogenen Abschnitt gemultiplext, und die Signale unterschiedlicher Kanäle werden in der B-Endvorrichtung oder dem anderen gebogenen Abschnitt gedemultiplext, so dass eine Kommunikation durchgeführt wird. Ferner kann in dem Kommunikationssystem in 11 ein Signal eines bestimmten a-Kanals in der A-Endvorrichtung oder einem gebogenen Abschnitt gemultiplext werden und ein Signal eines unterschiedlichen b-Kanals kann dort gedemultiplext werden, und das Signal des a-Kanals kann in der B-Endvorrichtung oder dem anderen gebogenen Abschnitt gedemultiplext werden und das Signal des b-Kanals kann dort gemultiplext werden. In diesem Fall kann unter Verwendung des a-Kanals und des b-Kanals eine Zweiwegevollduplexkommunikation durchgeführt werden.
Ein vierter Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Multiplexen/Demultiplexen eines optisches Signals, das in einem Modengruppenmultiplexkommunikationsverfahren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil eines Hauptlichtwellenleiters, der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, so gebogen wird, dass er einen gebogenen Abschnitt ausbildet, und ein zweiter Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter direkt oder durch einen Verbindungslichtwellenleiter, der aus einem Multimodenlichtwellenleiter, der kontinuierlich mit dem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter ist, besteht, mit einer peripheren gebogenen Fläche des gebogenen Abschnitts verbunden wird. Der vierte Aspekt ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des gebogenen Abschnitts aus einem Modengruppenmultiplexsignal, das durch den Hauptlichtwellenleiter propagiert, ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zum Propagieren in der Richtung des Hauptlichtwellenleiters gedemultiplext wird und ein Signal einer Modengruppe höherer Ordnung zum Propagieren in Richtung des zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter gedemultiplext wird, während es zu einer Modengruppe niedrigerer Ordnung modengewandelt wird. Oder der vierte Aspekt ist dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung des gebogenen Abschnitts ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zum Multiplexen eines optischen Signals in Richtung des Hauptlichtwellenleiters propagiert wird und ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das durch den zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter propagiert, zu einer Modengruppe höherer Ordnung modengewandelt wird und zum Multiplexen eines optischen Signals in Richtung des Hauptlichtwellenleiters propagiert wird.
Da durch dieses Verfahren das Multiplexen und Demultiplexen der Modengruppe niedrigerer Ordnung und der Modengruppe höherer Ordnung realisiert werden können, wird ein Modengruppenmultiplexkommunikationsverfahren unter Verwendung kostengünstiger Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter praktisch ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung kann eine Modengruppenmultiplexkommunikation unter Verwendung von Gradientenindexmultimodenlichtwellenleitern mit einer einfachen Konfiguration realisieren.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer optischen Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine beispielhafte Darstellung, die Modengruppen, die zu multiplexen sind, in einem Hauptlichtwellenleiter der Vorrichtung der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter der ersten Ausführungsform zeigt;
4A und 4B sind Diagramme, die noch ein anderes Beispiel für den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter der ersten Ausführungsform zeigen;
5 ist ein charakteristisches Diagramm, das die Verteilung des Brechungsindexes einer GI-MMF der ersten Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters der ersten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das EAF-Charakteristiken von Licht in dem zweiten Lichtwellenleiter zeigt, wenn die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters wie in 6 gezeigt ist und Licht einer Modengruppe höherer Ordnung von dem Hauptlichtwellenleiter zu dem zweiten Lichtwellenleiter propagiert;
8 ist ein Diagramm, das eine andere Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters der ersten Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Diagramm, das eine andere Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters der ersten Ausführungsform zeigt;
10 ist ein schematisches Diagramm eines Modengruppenmultiplexkommunikationssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Modengruppenmultiplexkommunikationssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Darstellung, die Zunahmen der numerischen Apertur einer Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser und einer Modengruppenbreite in einem Kommunikationssystem gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt; und
13 ist eine beispielhafte Darstellung, die Zunahmen der numerischen Apertur einer Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser und einer Modengruppenbreite in einem Kommunikationssystem gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform:
Konfiguration der optischen Vorrichtung
1 zeigt die Konfiguration einer optischen Vorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Hauptlichtwellenleiter 10, ein erster Lichtwellenleiter 20 und ein Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 werden durch eine einzige Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser (im Folgenden als „GI-MMF“ bezeichnet) 11 gebildet. Die GI-MMF 11 ist gebogen, und ein gebogener Abschnitt der GI-MMF 11 dient als der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40. Der Kern eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 als ein Verbindungslichtwellenleiter, der sich von einem distalen Ende eines zweiten Lichtwellenleiters 30 erstreckt, ist mit einem Mantel 42 einer peripheren gebogenen Fläche (Außenfläche) 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 verbunden. Der zweite Lichtwellenleiter 30 ist eine GI-MMF 31. Die Mittelachse 15 des Hauptlichtwellenleiters 10 fällt mit der Mittelachse 35 des zweiten Lichtwellenleiters 30 zusammen. Der Kerndurchmesser der GI-MMF 11 und 31 ist 50 µm bis 80 µm, und der Durchmesser der GI-MMF 11 und 31 mit Mantel ist 125 µm bis 500 µm. Jede der GI-MMF 11 und 31 ist eine sogenannte optische Faser (Lichtleitfaser) mit großem Durchmesser. Die numerische Apertur NA einer optischen Faser mit großem Durchmesser, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist 0,15 bis 0,35.
Verfahren zur Herstellung der optischen Vorrichtung
Der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 wird wie folgt ausgebildet. Die GI-MMF 11 wird an einer vorbestimmten Position so gebogen, dass sie eine vorbestimmte Krümmung aufweist, und die gebogene GI-MMF 11 wird an einem Rahmen 50 fixiert. Die GI-MMF 31 wird derart an dem Rahmen 50 fixiert, dass die Mittelachse 35 der GI-MMF 31 mit der Mittelachse 15 des Hauptlichtwellenleiters 10 zusammenfällt und die Endfläche des distalen Endes der GI-MMF 31 der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 gegenüberliegt. Anschließend wird der Rahmen 50 mit einer lichthärtenden Harzflüssigkeit gefüllt, und Licht mit einer Wellenlänge, die geeignet zum optischen Aushärten der lichthärtenden Harzflüssigkeit ist, wird auf die Endfläche des proximalen Endes der GI-MMF 31 aufgebracht. Das Licht zum Aushärten wird von der Endfläche des distalen Endes der GI-MMF 31 emittiert, wodurch das Harz entlang des optischen Pfads des Lichts aushärtet. Die lichthärtende Harzflüssigkeit ist derart ausgewählt, dass das ausgehärtete Harz einen Brechungsindex aufweist, der größer als der der Harzflüssigkeit ist. Die lichthärtende Harzflüssigkeit kann ein Gemisch aus verschiedenen lichthärtenden Harzflüssigkeiten sein, die sich voneinander im Hinblick auf die Wellenlänge zum Aushärten und den Brechungsindex unterscheiden. In diesem Fall kann lediglich die Harzflüssigkeit einer bestimmten Art ausgehärtet werden, so dass das ausgehärtete Harz einen Brechungsindex aufweist, der größer als der des Flüssigkeitsgemischs ist. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren sind andere Verfahren zur Herstellung des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters bekannt.
Da der Brechungsindex des lichthärtenden Harzes nach dem Aushärten größer als der Brechungsindex der nicht ausgehärteten lichthärtenden Harzflüssigkeit um das ausgehärtete lichthärtende Harz ist, dient das optisch ausgehärtete Harz als ein Kern, und die lichthärtende Harzflüssigkeit um denselben dient als ein Mantel, so dass das Licht geradlinig propagiert, während es auf das optisch ausgehärtete Harz begrenzt bleibt. Demzufolge erstreckt sich der aus dem optisch ausgehärteten Harz gebildete Kern geradlinig von der Endfläche des distalen Endes der GI-MMF 31 und erreicht den Mantel 42 der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40. Dieses optisch ausgehärtete geradlinige verlaufende Harz dient als der Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 (des Verbindungslichtwellenleiters). Das aushärtende Licht ist ein Licht von Modengruppen aller Ordnungen unterhalb der höchsten Ordnungszahl, die durch die GI-MMF 31 propagieren kann. Dadurch kann ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter 32 mit dem Kern mit demselben Durchmesser wie der des Kerns der GI-MMF 31 ausgebildet werden.
Anschließend wird die in dem Rahmen 50 verbleibende lichthärtende Harzflüssigkeit durch eine andere lichthärtende Harzflüssigkeit mit einem niedrigeren Brechungsindex ersetzt, und die lichthärtende Harzflüssigkeit in dem Rahmen 50 wird optisch ausgehärtet. Demzufolge wird um den Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ein Mantel ausgebildet. Ferner werden in dem Fall, in dem eine Mischung aus unterschiedlichen lichthärtenden Harzflüssigkeiten verwendet wird, die Materialien derart ausgewählt, dass der Brechungsindex des Harzes, das als Resultat eines Aushärtens des Flüssigkeitsgemischs produziert wird, kleiner als der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist. In diesem Fall kann die gesamte Harzflüssigkeit in dem Rahmen 50 ausgehärtet werden, ohne die Harzflüssigkeit auszutauschen. Ferner kann ein Mantel lediglich um den Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ausgebildet werden. Ferner kann der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 einen Kern mit einem konstanten Brechungsindex aufweisen oder ein Gradientenindexlichtwellenleiter sein, bei dem der Brechungsindex in der radialen Richtung allmählich zu dem Außenumfang hin abnimmt. Beispielsweise sind die in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 2004-149 579 A offenbarten Techniken als ein Verfahren zum Herstellen eines selbstgeschriebenen Gradientenindexlichtwellenleiters bekannt.
Optische Verbinder 16, 26, 36 sind für den Hauptlichtwellenleiter 10, den ersten Lichtwellenleiter 20 und den zweiten Lichtwellenleiter 30 vorgesehen, die auf die oben beschriebene Weise ausgebildet werden. Genauer gesagt ist der optische Verbinder 16 an einer Position vorgesehen, an der ein Ende des Hauptlichtwellenleiters 10 an dem Rahmen 50 fixiert ist; der optische Verbinder 26 ist an einer Position vorgesehen, an der ein Ende des ersten Lichtwellenleiters 20 an dem Rahmen 50 fixiert ist; und der Verbinder 36 ist an einer Position vorgesehen, an der ein Ende des zweiten Lichtwellenleiters 30 an dem Rahmen 50 fixiert ist. Demzufolge kann eine optische Vorrichtung erhalten werden, die als eine Komponente zum Multiplexen und Demultiplexen von optischen Signalen dient, was eine Modengruppenmultiplexkommunikation (Mode-Group-Division Multiplexing Communication) ermöglicht.
Wirkung des Modenumwandlungslichtwellenleiters
Als Nächstes wird der Fall beschrieben, in dem eine GI-MMF mit einer NA von 0,2 als die GI-MMF 11 und die GI-MMF 31 verwendet wird. Ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, dessen Propagationswinkel etwa 4,0° oder weniger ist, und ein Modengruppensignal höherer Ordnung, dessen Propagationswinkel etwa 7,5° bis 11,5° ist, werden auf die Endfläche des Hauptlichtwellenleiters 10 aufgebracht, so dass die Modengruppensignale niedrigerer Ordnung und höherer Ordnung in Richtung des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 propagieren. Der Wert des Propagationswinkels ist der Wert des Einfallswinkels von Licht, das von Luft in die Einfallsendfläche einer Lichtleitfaser (optischen Faser) propagiert, oder der Wert des Austrittswinkels von Licht, das von der Austrittsendfläche der Lichtleitfaser in Luft propagiert. Der Propagationswinkel in der Lichtleitfaser, der dem Einfallswinkel oder dem Ausfallswinkel entspricht, ist ein kleinerer Wert, der gemäß dem Snelliusschen Gesetz bestimmt wird. Der Propagationswinkel wird durch den Winkel zwischen der Propagationsrichtung von Licht, der eine Mehrfachreflexion bewirkt, und der Mittelachse eines Lichtwellenleiters definiert. 11,5° ist der maximale Propagationswinkel der GI-MMF 11 und 31 und entspricht der maximalen Modenzahl. Ein Bereich des Propagationswinkels zwischen 4,0° und 7,5° ist ein Pufferbereich (Propagationswinkelbereich) zum Vermeiden von Interferenzen.
2 zeigt die Beziehung zwischen dem Propagationswinkel θ und einer optischen Energie EAF (Encircled Angular Flux = eingeschlossener Fluss) von propagierendem Licht, dessen Propagationswinkel θ oder ein kleinerer Winkel ist. Wie in 2 gezeigt, werden Modengruppen aller Ordnungen in eine Modengruppe niedrigerer Ordnung, deren Propagationswinkel 5,8° oder kleiner ist, und eine Modengruppe höherer Ordnung, deren Propagationswinkel 5,8° bis 11,5° ist, unterteilt. Der Propagationswinkel von 5,8° ist der oben erwähnte Modenseparationspropagationswinkel. Die Krümmung der peripheren gebogenen Fläche 41 wird auf einen Wert eingestellt, der so bestimmt ist, dass in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der Einfallswinkel der Modengruppe niedrigerer Ordnung bezüglich der gebogenen Fläche größer oder gleich einem kritischen Winkel ist und der Einfallswinkel der Modengruppe höherer Ordnung bezüglich der gebogenen Fläche kleiner als der kritische Winkel ist. Dementsprechend behält die Modengruppe niedrigerer Ordnung einen geführten Modus in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 bei, und das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, dessen Propagationswinkel etwa 4,0° oder weniger beträgt, propagiert durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40.
Der Einfallswinkel des Modengruppensignals höherer Ordnung bezüglich der gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 wird kleiner als der kritische Winkel, und daher tritt das Modengruppensignal höherer Ordnung zu dem Mantel 42 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 aus. Daher propagiert das Modengruppensignal höherer Ordnung nicht zu dem ersten Lichtwellenleiter 20. Das heißt, in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 wird das Modengruppensignal höherer Ordnung zu einer austretenden Mode.
Es wird eine tangentiale Ebene der peripheren gebogenen Fläche 41 angenommen, die orthogonal zu dem radialen Richtungsvektor der Krümmung der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 ist. Ein Bereich, in dem die tangentiale Ebene annähernd parallel zu der Mittelachse 15 des Hauptlichtwellenleiters 10 ist, d.h., ein Abschnitt in 1, in dem die periphere gebogene Fläche 41 beginnt, gebogen zu werden, in einem Bereich, der kontinuierlich mit dem Hauptlichtwellenleiter 10 ist (ein Bereich hoher Umwandlung einer Kontaktfläche zwischen der peripheren gebogenen Fläche 41 und dem selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32, der sich in 1 auf der oberen Seite der Mittelachsen 15 und 35 befindet), wird betrachtet. In diesem Bereich hoher Umwandlung nimmt der Propagationswinkel des Modengruppensignals höherer Ordnung, das zu dem Mantel 42 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 austritt, ab, und seine Propagationsrichtung wird parallel zu der Mittelachse 35 des zweiten Lichtwellenleiters 30. Das heißt, das Modengruppensignal höherer Ordnung wird zu einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung modengewandelt. In diesem Bereich hoher Umwandlung der peripheren gebogenen Fläche 41 wird die Effizienz einer Umwandlung von der Mode höherer Ordnung zu der Mode niedrigerer Ordnung hoch.
Der optische Pfad von Licht, das durch den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32 als einen Verbindungslichtwellenleiter von dem zweiten Lichtwellenleiter 30 zu der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 propagiert, ist derselbe wie der optische Pfad von Licht, das von dem Hauptlichtwellenleiter 10 zu dem zweiten Lichtwellenleiter 30 propagiert. Dementsprechend wird in diesem Bereich hoher Umwandlung das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das durch den zweiten Lichtwellenleiter 30 propagiert, durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 sehr effizient zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt, und das umgewandelte Modengruppensignal höherer Ordnung propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10.
Es wird der Fall betrachtet, in dem das gemultiplexte Signal mit einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung und einem Modengruppensignal höherer Ordnung, das in 2 gezeigt ist, durch den Hauptlichtwellenleiter 10 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert. Aufgrund der oben beschriebenen Wirkung des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 bleibt lediglich das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung in dem geführten Modus und propagiert zu dem ersten Lichtwellenleiter 20. Das Modengruppensignal höherer Ordnung tritt zu dem Mantel 42 der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 aus, wodurch das Modengruppensignal höherer Ordnung zu einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung umgewandelt wird, und das umgewandelte Modengruppensignal niedrigerer Ordnung propagiert über den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter durch den zweiten Lichtwellenleiter 30. Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 1 die gemultiplexten Modengruppensignale in das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung und das Modengruppensignal höherer Ordnung Demultiplexen (Aufspalten).
Als Nächstes werden ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das durch den ersten Lichtwellenleiter 20 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert, und ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das durch den zweiten Lichtwellenleiter 30 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert, betrachtet. Aufgrund der oben beschriebenen Wirkung geht das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das durch den ersten Lichtwellenleiter 20 propagiert, durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40, während es die geführte Mode bleibt, und propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10. Dagegen wird aufgrund der oben beschriebenen Wirkung das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das durch den zweiten Lichtwellenleiter 30 propagiert, durch die periphere gebogene Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt, und das umgewandelte Modengruppensignal höherer Ordnung propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10. Auf diese Weise kann die optische Vorrichtung 1 durch Umwandeln eines von den Modengruppensignalen niedrigerer Ordnung von zwei Kanälen in ein Modengruppensignal höherer Ordnung das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung und das umgewandelte Modengruppensignal höherer Ordnung in dem Hauptlichtwellenleiter 10 multiplexen. Das heißt, die vorliegende optische Vorrichtung 1 kann als eine optische Signalmultiplexvorrichtung im Rahmen einer Modengruppenmultiplexkommunikation verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Fall betrachtet, in dem ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung durch den Hauptlichtwellenleiter 10 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert. Dieses Modengruppensignal niedrigerer Ordnung bleibt eine geführte Mode, geht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 und propagiert durch den ersten Lichtwellenleiter 20. In diesem Zustand wird bewirkt, dass ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung über den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter als einen Verbindungslichtwellenleiter von dem zweiten Lichtwellenleiter 30 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert. Dieses Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt, und das umgewandelte Modengruppensignal höherer Ordnung propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10. In diesem Fall kann eine Vollduplexkommunikation zwischen zwei Endvorrichtungen realisiert werden. Die vorliegende optische Vorrichtung 1 kann als eine Vorrichtung zum Multiplexen/Demultiplexen eines optischen Signals verwendet werden.
Ferner wird ein Fall betrachtet, in dem ein Modengruppensignal höherer Ordnung durch den Hauptlichtwellenleiter 10 in Richtung des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 propagiert. Dieses Modengruppensignal höherer Ordnung wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung umgewandelt, und das umgewandelte Modengruppensignal niedrigerer Ordnung propagiert über den selbstgeschriebenen Lichtwellellenleiter 32 durch den zweiten Lichtwellenleiter 30. In diesem Zustand wird bewirkt, dass ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung von dem ersten Lichtwellenleiter 20 zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert. Dieses Modengruppensignal niedrigerer Ordnung bleibt eine geführte Mode, geht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 und propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10. In diesem Fall kann ebenfalls eine Vollduplexkommunikation zwischen zwei Endvorrichtungen realisiert werden. Die vorliegende optische Vorrichtung 1 kann als eine Vorrichtung zum Multiplexen/Demultiplexen eines optischen Signals verwendet werden.
Der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist beliebig, solange der Mantel 42 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 einen Brechungsindex aufweist, der kleiner als der Brechungsindex seines Kerns ist. Der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist jedoch bevorzugt so eingestellt, dass er kleiner oder gleich dem Brechungsindex des Mantels 42 ist. Das heißt, der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist bevorzugt so eingestellt, dass er kleiner als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 ist. Wenn der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 wie oben beschrieben eingestellt wird, kann die Umwandlung zwischen der Mode höherer Ordnung des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 und einer Mode niedrigerer Ordnung realisiert werden. Dies liegt daran, dass Licht, das in ein Medium mit einem niedrigeren Brechungsindex eingegeben wird, in einer Richtung gebrochen wird, in der der Propagationswinkel abnimmt.
Lichtaustritt zu dem ersten Lichtwellenleiter
Der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 kann das Modengruppensignal höherer Ordnung nicht vollständig blockieren. Daher kann, wenn ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung mittels des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 gedemultiplext wird, ein Sperrfilter für eine Mode höherer Ordnung verwendet werden. In diesem Fall kann das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung mit hoher Genauigkeit gedemultiplext (separiert) werden.
Andere Beispiele für den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter
Der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 kann durch ein in 3 gezeigtes Verfahren gebildet werden. Genauer gesagt wird ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter 32b so ausgebildet, dass er sich von der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 erstreckt; ein anderer selbstgeschriebener Lichtwellenleiter 32a wird so ausgebildet, dass er sich von dem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters 30 erstreckt; und die selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32a und 32b werden miteinander verbunden, so dass der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 als ein Verbindungslichtwellenleiter ausgebildet wird. Der Hauptlichtwellenleiter 10, der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 und der erste Lichtwellenleiter 30 werden durch eine einzige GI-MMF 11 gebildet. In diesem Fall wird der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32b ausgebildet, indem bewirkt wird, dass ein aushärtendes Licht einer Modengruppe höherer Ordnung von dem Hauptlichtwellenleiter 10 in den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 propagiert. Das aushärtende Licht der Modengruppe höherer Ordnung wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 in aushärtendes Licht einer Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt, und das aushärtende Licht propagiert geradlinig entlang der Mittelachse des zweiten Lichtwellenleiters 30 (der GI-MMF 31). Der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32b wird durch dieses aushärtende Licht ausgebildet. Gleichzeitig wird ein aushärtendes Licht mit Modengruppen aller Ordnungen wie oben beschrieben dem zweiten Lichtwellenleiter 30 zugeführt, so dass der gerade selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32a von dem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters 30 aus wächst. Wenn das distale Ende des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32a in Kontakt mit dem selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32b kommt, wird der einzelne gerade selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 durch den Effekt einer optischen Begrenzung (Optical Confinement Effect) gebildet. Dadurch kann der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32 mit demselben Kerndurchmesser wie die Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters 10 und des zweiten Lichtwellenleiters 30 erhalten werden. Eine Technik zum Verbinden von selbstgeschriebenen Lichtwellenleitern durch Emittieren von aushärtendem Licht aus den gegenüberliegenden Enden der zwei optischen Fasern ist bereits bekannt.
Andere Beispiele für den Modenumwandlungslichtwellenleiter
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform ist der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 als ein gebogener Abschnitt der GI-MMF 11 ausgebildet. Dieser Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 kann durch einen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter gebildet werden. Wie in 4A gezeigt, sind zwei GI-MMF 11a und GI-MMF 11b koaxial angeordnet, so dass ihre distalen Endflächen einander gegenüberliegen. Aushärtendes Licht mit Modengruppen aller Ordnungen wird von den Endflächen der zwei GI-MMF 11a und 11b emittiert, so dass gerade selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 40a und 40b gebildet werden, und die geraden selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 40a und 40b werden an ihren distalen Enden verbunden, wodurch ein einziger gerader selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ausgebildet wird. Anschließend wird, wie in 4B gezeigt, dieser gerade selbstgeschriebene Lichtwellenleiter zum Ausbilden des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 gebogen.
Wenn der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 als ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ausgebildet werden kann, kann durch Emittieren des aushärtenden Lichts lediglich von einem distalen Ende der GI-MMF 11a und 11b zu einer lichthärtenden Harzflüssigkeit ein gerader selbstgeschriebener Lichtwellenleiter gewachsen werden, und das eine distale Ende kann mit dem anderen distalen Ende der GI-MMF verbunden werden.
Wie oben beschrieben, kann der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 als ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ausgebildet sein. Alternativ dazu kann der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 als ein geformtes Erzeugnis oder eine optische Komponente, die durch Musterübertragung gebildet wird, ausgebildet sein.
Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform beschrieben, wird der selbstgeschriebene Lichtwellenleiter 32, der sich von dem zweiten Lichtwellenleiter 30 erstreckt, mit der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 verbunden. Zu diesem Zeitpunkt muss, da der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 lediglich durch einen Kern gebildet wird und keinen Mantel aufweist, der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32, der mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu verbinden ist, kleiner als der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 sein. Der Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 wirkt als ein Mantel für den Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40. Anschließend wird eine lichthärtende Harzflüssigkeit, die den gesamten Raum des Rahmens 50 ausfüllt, optisch ausgehärtet, so dass ein Mantel um einen freiliegenden Abschnitt des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 und um den selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32 ausgebildet wird.
Es sei bemerkt, dass, wenn der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 durch einen gebogenen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter gebildet wird, nach Ausbilden der geraden selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 40a und 40b und Verbinden derselben an ihren distalen Enden, wie in 4A gezeigt, ein Mantel um diese ausgebildet werden kann.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Verbindungslichtwellenleiter als ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter 32 ausgebildet. Ein distales Ende der GI-MMF des zweiten Lichtwellenleiters 30 kann jedoch mit einer peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 mittels eines Haftmittels verbunden werden. In diesem Fall ist der Verbindungslichtwellenleiter als ein distales Ende der GI-MMF ausgebildet.
Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und dem Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters
Die Brechungsindizes in der radialen Richtung der GI-MMF sind wie in 5 gezeigt verteilt. Der maximale Brechungsindex ist n₀ an der Mittelachse des Kerns, und der minimale Brechungsindex ist n_d an dem Mantel. Wenn der Kernradius r_c ist, ist der gesamte Bereich A mit Radius r_c der Bereich einer Propagation eines Signals einer Modengruppe höherer Ordnung. Der Bereich B unterhalb eines Radius r₁ , der kleiner als der Radius r_c ist, ist der Bereich einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung. Der Radius r₁ gibt die maximale Amplitude des optischen Pfads, alternierend um die optische Achse, des Lichts, das mit dem Modenseparationspropagationswinkel von 5,8° in 2 propagiert, an. Wenn der Brechungsindex des Kerns an der Position des Radius r₁ n₁ ist, gilt n_d < n₁ < n₀.
Die Beziehung zwischen dem Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 und dem Kerndurchmesser des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 als einem Verbindungslichtwellenleiter ist die folgende.
(1) Wenn der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters, der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters und der Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters gleich sind
Dies ist der Fall in 1, 3, 4A und 4B, die im Vorhergehenden beschrieben wurden.
(2) Wenn der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung ist und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters gleich dem Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist
Der Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 und der Kern des Verbindungslichtwellenleiters 32 stehen in der in 6 gezeigten Beziehung zueinander. Das in 4A und 4B gezeigte Verfahren kann zum Ausbilden eines Kerns mit einem Radius r₁ des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 verwendet werden. In diesem Fall ist ein Aushärtlicht, das in eine oder beide der GI-MMF 11a und 11b einfällt, ein Licht einer Modengruppe niedrigerer Ordnung. Somit ist ein Aushärtlichtfluss, der von der Endfläche der GI-MMF emittiert wird, auf einen Bereich mit einem Radius r₁ oder einem kleineren Radius begrenzt, und der Radius des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters ist r₁ . Der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40, der zu diesem Zeitpunkt ausgebildet wird, entspricht dem Mittelwert der Brechungsindizes n₀ und n₁ . Der Verbindungslichtwellenleiter mit Radius r_c wird durch einen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32 gebildet, der durch Emittieren von Aushärtlicht von einem distalen Ende der GI-MMF des zweiten Lichtwellenleiters 30 zu einer lichthärtenden Harzflüssigkeit ausgebildet wird. In diesem Fall ist ein Aushärtlicht, das in die GI-MMF einfällt, ein Licht von Modengruppen aller Ordnungen (einer Modengruppe mit einer breiteren Ordnung), das durch die GI-MMF propagieren kann. Der Brechungsindex des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 als einem Verbindungslichtwellenleiter entspricht dem Mittelwert der Brechungsindizes n₀ und n₁ . Ein Mantel kann um den Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 gebildet werden.
Auch bei diesem Aufbau wird Licht, das in den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 einfällt, zwischen dem Hauptlichtwellenleiter 10 und dem Verbindungslichtwellenleiter (dem selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32) durch die Wirkung des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 von der Modengruppe höherer Ordnung zu der Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt und umgekehrt. Da der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters kleiner als der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters ist, ist ein ringförmiger Bereich ohne Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 in einem Querschnitt eines Verbindungsteils zwischen dem Kern des Hauptlichtwellenleiters 10 und dem Kern des Verbindungslichtwellenleiters vorhanden. Im Folgenden wird dieser Bereich als ein „Bereich eines Austritts einer Mode höherer Ordnung“ bezeichnet. Der Großteil des Lichts der Modengruppe höherer Ordnung, das von dem Hauptlichtwellenleiter 10 zu dem Verbindungslichtwellenleiter propagiert, propagiert von dem Bereich eines Austritts einer Mode höherer Ordnung zu dem Verbindungslichtwellenleiter, ohne zu der Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt zu werden. Daher sind EFA-Charakteristiken des Lichts, das über den Verbindungslichtwellenleiter von dem Hauptlichtwellenleiter 10 zu dem zweiten Lichtwellenleiter 30 propagiert, wie in 7 gezeigt. Das heißt, Licht der Modengruppe niedrigerer Ordnung, das aus dem Licht der Modengruppe höherer Ordnung in dem Hauptlichtwellenleiter 10 durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 umgewandelt wird, und Licht der Modengruppe höherer Ordnung, das aus dem Bereich eines Austritts einer Mode höherer Ordnung austritt, werden gemischt. 7 ist ein Diagramm, das davon ausgeht, dass eine Energie des Lichts, das zu der Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt wird, gleich einer Energie des Lichts ist, das aus dem Bereich eines Austritts einer Mode höherer Ordnung austritt. Bei der Multiplex/Demultiplex-Vorrichtung mit diesem Aufbau kann ein optisches Signal an einem Ausgangsende des zweiten Lichtwellenleiters 30 eine Mischung mit Signalen der Modengruppe höherer Ordnung und der Modengruppe niedrigerer Ordnung enthalten. Im Gegensatz dazu ist Licht, das von dem zweiten Lichtwellenleiter 30 zu dem Verbindungslichtwellenleiter propagiert, Licht der Modengruppe niedrigerer Ordnung. Licht der Modengruppe niedrigerer Ordnung, das von dem Bereich hoher Umwandlung der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 einfällt, wird zu Licht der Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt, das durch den Hauptlichtwellenleiter 10 propagiert.
(3) Wenn der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters gleich dem Kerndurchmesser des Hauptlichtwellenleiters ist und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung ist
Wie in 8 gezeigt, ist ein Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 integral kontinuierlich mit einem Hauptlichtwellenleiter 10 und einem ersten Lichtwellenleiter 20, der durch eine GI-MMF gebildet wird. Der Kerndurchmesser des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 als ein Verbindungslichtwellenleiter hat den Kerndurchmesser r₁ des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung. Das Verfahren zum Herstellen des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist dasselbe wie das in 1 gezeigte Verfahren. Das Aushärtlicht wird jedoch als ein Lichtfluss der Modengruppe niedrigerer Ordnung auf die Endfläche der GI-MMF des zweiten Lichtwellenleiters 30 aufgebracht. Der Außenumfang des linearen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 mit einem Kern mit dem Radius r₁ von der Lichtausgabeendfläche des zweiten Lichtwellenleiters 30 wird mit dem Bereich hoher Umwandlung der peripheren gebogenen Fläche des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 verbunden. Das heißt, die Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters 10 ist bezüglich der Mittelachsen des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 und des zweiten Lichtwellenleiters 30 um (r_c - r₁) versetzt. Der Brechungsindex des Kerns des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 ist der Mittelwert der Brechungsindizes n₁ und n_d . Bei diesem Aufbau wird die Umwandlung zwischen der Modengruppe höherer Ordnung und der Modengruppe niedrigerer Ordnung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 durchgeführt. Im Gegensatz zu dem Aufbau in 6 gemäß (2) tritt Licht der Modengruppe höherer Ordnung nicht zu der Seite des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 auf der Seite des Verbindungslichtwellenleiters von dem Hauptlichtwellenleiter 10 aus, ohne in die Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt zu werden. Die Modenumwandlungseffizienz ist höher als die im Falle von (2). Auch bei diesem Aufbau kann der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 durch einen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter ohne Mantel gebildet werden.
Ein distales Ende des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 kann an einer Position der Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters 10 oder einer beliebigen Position zwischen der Mittelachse und dem Bereich hoher Umwandlung in 8 verbunden werden. Das heißt, die Größe des Versatzes zwischen der Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters 10 und den Mittelachsen des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 und des zweiten Lichtwellenleiters 30 kann ein beliebiger Wert in einem Bereich unterhalb (r_c - r₁) sein. Die Modenumwandlungsrate ist im Vergleich zu dem Fall in 8 verringert, die Funktion der Modenumwandlung wird jedoch erhalten.
(4) Wenn der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters und der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters beide gleich dem Durchmesser des Bereichs einer Propagation eines Signals einer Modengruppe niedrigerer Ordnung sind
Wie in 9 gezeigt, ist der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 r₁ , und der Kerndurchmesser des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 als einem Verbindungslichtwellenleiter ist ebenfalls r₁ . In diesem Fall fällt die Mittelachse des Hauptlichtwellenleiters 10 mit den Mittelachsen des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 und des zweiten Lichtwellenleiters 30 zusammen. Das Verfahren zum Ausbilden eines Kerns und der Brechungsindex des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 sind wie in (2) beschrieben, und das Verfahren zum Herstellen eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters 32 und der Brechungsindex sind wie in (3) beschrieben. Licht der Modengruppe höherer Ordnung wird nicht direkt und wechselseitig zwischen dem Hauptlichtwellenleiter 10 und dem selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter 32 als einem Verbindungslichtwellenleiter propagiert. In diesem Fall ist die Modenumwandlungseffizienz dieselbe wie die in dem Fall (3). Ein Mantel kann an dem Umfang des Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 vorhanden sein.
Andere Beispiele für den Hauptlichtwellenleiter, den ersten Lichtwellenleiter und den zweiten Lichtwellenleiter
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird jeder von dem Hauptlichtwellenleiter, dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter durch eine GI-MMF gebildet. Jeder von dem Hauptlichtwellenleiter, dem ersten Lichtwellenleiter und dem zweiten Lichtwellenleiter kann jedoch ein Gradientenindexlichtwellenleiter sein, der durch Aushärten eines Harzes gebildet wird, oder alle Lichtwellenleiter in dem Rahmen 50 können durch selbstgeschriebene Gradientenindexlichtwellenleiter gebildet werden und mit den Verbindern 16, 26 und 36 verbunden werden.
Sonstiges
Die vorliegende Erfindung umfasst optische Vorrichtungen, bei denen der Rahmen 50 oder die Verbinder 16, 26 und 36 nicht vorgesehen sind.
Zweite Ausführungsform:
Die vorliegende Ausführungsform ist ein Kommunikationssystem, in dem eine Modengruppenmultiplexkommunikation unter Verwendung der oben beschriebenen optischen Vorrichtungen realisiert wird.
10 und 11 zeigen die Konfiguration des Kommunikationssystems. Zwei optische Vorrichtungen mit einem Aufbau wie in 1 der ersten Ausführungsform werden als eine A-Endvorrichtung und eine B-Endvorrichtung verwendet. Ein einziger gemeinsamer Hauptlichtwellenleiter 10 wird als der Hauptlichtwellenleiter 10 der A-Endvorrichtung und der Hauptlichtwellenleiter 10 der B-Endvorrichtung verwendet. In diesem Kommunikationssystem können die optischen Verbinder 16 zum Verbinden der Hauptlichtwellenleiter 10 vorgesehen oder weggelassen werden. Das heißt, der Hauptlichtwellenleiter 10 der A-Endvorrichtung kann durch einen langen gemeinsamen Hauptlichtwellenleiter ersetzt werden, und das andere Ende des gemeinsamen Hauptlichtwellenleiters kann als die B-Endvorrichtung verwendet werden. In solch einem Fall ist ein zweiter Lichtwellenleiter 30 mit der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 der A-Endvorrichtung verbunden, und ein anderer zweiter Lichtwellenleiter 30 ist mit der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 der B-Endvorrichtung verbunden. Auf ähnliche Weise können der Rahmen 50 und die optischen Verbinder 26 und 36 vorgesehen oder weggelassen werden.
In dem in 10 gezeigten Kommunikationssystem ist die A-Endvorrichtung eine Vorrichtung zum Multiplexen eines optischen Signals (Lichtsignals), und die B-Endvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Demultiplexen eines optischen Signals. Durch die Wirkung der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 in der A-Endvorrichtung und der B-Endvorrichtung kann auf die folgende Weise eine Modengruppenmultiplexkommunikation realisiert werden. Die A-Endvorrichtung ist ein übertragendes Endgerät, und die B-Endvorrichtung ist ein empfangendes Endgerät. Modengruppensignale niedrigerer Ordnung werden von einem Port bzw. Anschluss #2 (dem ersten Lichtwellenleiter 20) und einem Port #3 (dem zweiten Lichtwellenleiter 30) der A-Endvorrichtung übertragen. Das Signal von dem Port #3 wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der A-Endvorrichtung zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt. Das Signal (Modengruppensignal niedrigerer Ordnung) von dem Port #2 wird unverändert zu dem Hauptlichtwellenleiter 10 ausgegeben. Demzufolge werden in dem Hauptlichtwellenleiter 10 das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung und das Modengruppensignal höherer Ordnung jeweils als eine Modengruppe niedrigerer Ordnung und eine Modengruppe höherer Ordnung gemultiplext, und diese propagieren zu der B-Endvorrichtung.
In der B-Endvorrichtung geht das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der optischen Vorrichtung und wird unverändert von dem Port #2 (dem ersten Lichtwellenleiter 20) ausgegeben. Auf der anderen Seite wird das Modengruppensignal höherer Ordnung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung umgewandelt, und das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird aus dem Port #3 (dem zweiten Lichtwellenleiter 30) ausgegeben. Demzufolge wird zwischen der A-Endvorrichtung, die als ein übertragendes bzw. sendendes Endgerät dient, und der B-Endvorrichtung, die als ein empfangendes Endgerät dient, eine Modengruppenmultiplexkommunikation realisiert.
In dem in 11 gezeigten Kommunikationssystem dienen sowohl die A-Endvorrichtung als auch die B-Endvorrichtung als übertragende/empfangende Endgeräte.
Für ein Modengruppensignal niedrigerer Ordnung dient die B-Endvorrichtung als ein übertragendes Endgerät, und die A-Endvorrichtung dient als ein empfangendes Endgerät. Für ein Modengruppensignal höherer Ordnung dient die A-Endvorrichtung als ein übertragendes Endgerät, und die B-Endvorrichtung dient als ein empfangendes Endgerät. Das von dem Port #2 (dem ersten Lichtwellenleiter 20) der B-Endvorrichtung eingegebene Modengruppensignal niedrigerer Ordnung geht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40, propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10, geht durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der A-Endvorrichtung und wird aus dem Port #2 (dem ersten Lichtwellenleiter 20) ausgegeben. Demzufolge wird eine Übertragung von der B-Endvorrichtung zu der A-Endvorrichtung realisiert.
Auf der anderen Seite wird ein von dem Port #3 (dem zweiten Lichtwellenleiter 30) der A-Endvorrichtung eingegebenes Modengruppensignal niedrigerer Ordnung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt. Das resultierende Modengruppensignal höherer Ordnung propagiert durch den Hauptlichtwellenleiter 10 und wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der B-Endvorrichtung zu einem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung umgewandelt. Das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird aus dem Port #3 (dem zweiten Lichtwellenleiter 30) ausgegeben. Demzufolge wird eine Übertragung von der A-Endvorrichtung zu der B-Endvorrichtung realisiert. Das heißt, zwischen den zwei Endgeräten kann unter Verwendung einer einzigen GI-MMF eine Vollduplexkommunikation durchgeführt werden.
Bei den zuvor beschriebenen Beispielen wird ein Zweikanalmultiplexen durchgeführt; es kann jedoch, wie im Folgenden erläutert, ein Multikanalmultiplexen durchgeführt werden. Angenommen, jede von der A-Endvorrichtung und der B-Endvorrichtung enthält die optischen Verbinder 16, 26 und 36. Der Hauptlichtwellenleiter 10 einer anderen C-Endvorrichtung ist mit dem Port #2 des ersten Lichtwellenleiters 20 der A-Endvorrichtung oder/und dem Port #3 des zweiten Lichtwellenleiters 30 der A-Endvorrichtung verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Hauptlichtwellenleiter 10 einer anderen D-Endvorrichtung mit dem Port #2 des ersten Lichtwellenleiters 20 der B-Endvorrichtung oder/und dem Port #3 des zweiten Lichtwellenleiters 30 der B-Endvorrichtung verbunden. Die Krümmungen der peripheren gebogenen Flächen 41 der Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 der A-Endvorrichtung, der B-Endvorrichtung, der C-Endvorrichtung und der D-Endvorrichtung müssen jedoch so angepasst werden, dass eine Unterteilung in Modengruppen entsprechend der Kanalzahl, wie in 2 gezeigt, möglich ist.
Dritte Ausführungsform:
Änderung der Modengruppenbreite
In dem System in 10 wurde eine Änderung der Breite einer propagierenden Modengruppe gemessen.
OM-3 wurde als die GI-MMF verwendet. Der Kerndurchmesser ist 50 µm, und die NA ist 0,2. Der maximale Propagationswinkel bezüglich der optischen Achse (die maximale Modengruppenbreite) θ_MAX der Faser ist 11,5°, da der maximale Propagationswinkel θ_MAX durch sin^-1 (NA) gegeben ist.
Das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das von dem Port #2 der A-Endvorrichtung eingegeben wird, die als ein übertragendes Endgerät dient, wird betrachtet. Für das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird ein Propagationswinkel (eine Modengruppenbreite), bei dem EAF 75 % wird, als θ_#2 definiert. Dieses Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 zu dem Hauptlichtwellenleiter 10 ausgegeben. Wenn das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 geht, nimmt die Modengruppenbreite beispielsweise aufgrund von Streuung von Licht zu. Das Ausmaß dieser Zunahme wird durch Δθ_biege dargestellt. Auch wenn das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung durch den Hauptlichtwellenleiter 10 zu der B-Endvorrichtung propagiert, nimmt die Modengruppenbreite aufgrund von Streuung an optischen Verbindern und/oder Lichtwellenleitern auf dem Pfad zu. Das gesamte Ausmaß dieser Zunahmen wird durch Δθ_hniedrig angegeben. Die Modengruppenbreite θ_#2 des Modengruppensignals niedrigerer Ordnung, das von dem Port #2 der A-Endvorrichtung eingegeben wird, ändert sich wie in 12 gezeigt, bevor das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung von dem Port #2 der B-Endvorrichtung ausgegeben wird.
Dementsprechend tritt, wenn die Modengruppenbreite an dem Eingangsende des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 der B-Endvorrichtung kleiner oder gleich 1/2 der maximalen Modengruppenbreite ist, kein Übersprechen zwischen der Modengruppe niedrigerer Ordnung und der Modengruppe höherer Ordnung auf. Dementsprechend reicht es aus, dass die Modengruppenbreite θ_#2 des Modengruppensignals niedrigerer Ordnung, das von dem Port #2 der A-Endvorrichtung übertragen wird, folgende Gleichung erfüllt. $θ_{# 2} + Δ θ_{biege} + Δ θ_{hniedrig} \leq θ_{MAX} / 2$
Als Nächstes wird das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung, das von dem Port #3 der A-Endvorrichtung eingegeben wird, die als ein übertragendes Endgerät dient, betrachtet. Für das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird ein Propagationswinkel (eine Modengruppenbreite), bei der EAF 75 % wird, als θ_#3 definiert. Dieses Modengruppensignal niedrigerer Ordnung wird in den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 eingegeben und zu einem Modengruppensignal höherer Ordnung umgewandelt, das zu dem Hauptlichtwellenleiter 10 ausgegeben wird. Das Ausmaß einer Zunahme der Modengruppenbreite aufgrund der Modenumwandlung durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter 40 wird durch Δθ_tran dargestellt. Auch wenn das Modengruppensignal höherer Ordnung durch den Hauptlichtwellenleiter 10 zu der B-Endvorrichtung propagiert, nimmt die Modengruppenbreite des Modengruppensignals höherer Ordnung aufgrund von Streuung an optischen Verbindern und/oder Lichtwellenleitern auf dem Pfad zu. Das gesamte Ausmaß dieser Zunahme wird durch Δθ_hhoch angegeben. Da jedoch der Wert von Δθ_hhoch zunimmt, wenn EAF abnimmt, wird der Wert von Δθ_hhoch , wenn EAF 25 % ist, verwendet. Die Modengruppenbreite θ_#3 des Modengruppensignals niedrigerer Ordnung, das von dem Port #3 der A-Endvorrichtung eingegeben wird, ändert sich wie in 13 gezeigt, bevor das Modengruppensignal niedrigerer Ordnung das Eingangsende des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 der B-Endvorrichtung erreicht.
Dementsprechend tritt, wenn die Modengruppenbreite der Modengruppe höherer Ordnung an dem Eingangsende des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 der B-Endvorrichtung kleiner oder gleich 1/2 des maximalen Propagationswinkels (der maximalen Modengruppenbreite) θ_MAX des Hauptlichtwellenleiters 10 ist, kein Übersprechen zwischen der Modengruppe niedrigerer Ordnung und der Modengruppe höherer Ordnung auf. Dementsprechend reicht es aus, dass die Modengruppenbreite θ_#3 des Modengruppensignals niedrigerer Ordnung, das von dem Port #3 der A-Endvorrichtung übertragen wird, folgende Gleichung erfüllt. $θ_{# 3} + Δ θ_{tran} + Δ θ_{hhoch} \leq θ_{MAX} / 2$
Die Gleichungen (1) und (2) sind Bedingungen, unter denen die Modengruppenbreite niedrigerer Ordnung und die Modengruppenbreite höherer Ordnung gleich sind und deren Belegungsmodengruppenbreite kleiner oder gleich 1/2 des maximalen Propagationswinkels (der maximalen Modengruppenbreite) θ_MAX ist. Der Modenseparationspropagationswinkel zum Separieren der Modengruppe niedrigerer Ordnung und der Modengruppe höherer Ordnung ist jedoch nicht notwendigerweise gleich θ_MAX/2. Wenn eine von der Modengruppenbreite niedrigerer Ordnung und der Modengruppenbreite höherer Ordnung kleiner als θ_MAX/2 ist, kann die andere Modengruppenbreite größer als θ_MAX/2 sein. In Anbetracht dessen ist es ausreichend, dass die Modengruppenbreiten niedrigerer Ordnung θ_#2 und θ_#3 der Modengruppensignale niedrigerer Ordnung, die von den Ports #2 und #3 der A-Endvorrichtung eingegeben werden, die folgende Gleichung erfüllen, die durch Addieren der Gleichungen (1) und (2) erhalten wird. $θ_{# 2} + θ_{# 3} + Δ θ_{biege} + Δ θ_{tran} + Δ θ_{hniedrig} + Δ θ_{hhoch} \leq θ_{MAX}$
Die oben erwähnten Modengruppenbreiten und deren Zunahmen wurden in dem System in 10 gemessen, wobei die Länge des Hauptlichtwellenleiters 10 auf 15 m eingestellt wurde, der Brechungsindex n₀ im Zentrum des Kerns auf 1,41 eingestellt wurde und der Krümmungsradius der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 auf 3 mm eingestellt wurde. Die Ergebnisse der Messungen zeigen, dass θ_#2 = θ_#3 = 2,2°, Δθ_biege = 0,5°, Δθ_hniedrig = 0,9°, Δθ_hhoch = 1,1° und Δθ_tran = 0,7°. Daher wird die linke Seite in Gleichung (3) 7,6°. Da dieser Wert kleiner oder gleich dem maximalen Propagationswinkel (θ_MAX ), d.h. 11,5°, ist, tritt bei dem Hauptlichtwellenleiter 10 kein Übersprechen zwischen dem Modengruppensignal niedrigerer Ordnung und dem Modengruppensignal höherer Ordnung auf. Im Fall von OM-3 tritt eine Streuung von Licht kaum auf, und die Zunahme des Propagationswinkels wird sowohl für die Modengruppe niedrigerer Ordnung als auch für die Modengruppe höherer Ordnung nicht beobachtet. Da der Krümmungsradius der peripheren gebogenen Fläche 41 des Modenumwandlungslichtwellenleiters 40 3 mm beträgt und recht klein ist, wird der Modenumwandlungslichtwellenleiter bevorzugt durch einen Polymerlichtwellenleiter wie einen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter gebildet.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann auf Modengruppenmultiplexkommunikationssysteme angewandt werden.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.
Bezugszeichenliste

1:: optische Vorrichtung
10:: Hauptlichtwellenleiter
15:: Mittelachse
20:: erster Lichtwellenleiter
30:: zweiter Lichtwellenleiter
32:: selbstgeschriebener Lichtwellenleiter (Verbindungslichtwellenleiter)
35:: Mittelachse
40:: Modenumwandlungslichtwellenleiter
41:: periphere gebogene Fläche
42:: Mantel
50:: Rahmen
16, 26, 36:: optischer Verbinder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H1054915 [0004]
JP 2000347043 [0004]
JP 2004149579 A [0041]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Nicht-Patentliteratur 1: Y. Li, J. D. Ingham, V. F. Olle, G. Gordon, R. V. Penty und I. H. White „20 Gb/s Mode-Group-Division Multiplexing employing Hermite-Gaussian Launches over Worst-Case Multimode Fiber Links,“ OFC, Optical Society of America, 2014 [0005]
M. Kagami, Y. Sakai und H. Okada, „Variable-ratio tao for plastic optical fiber,“ Applied Optics, Vol. 30, Nr. 6 S. 645-649, 1991 [0006]

Claims

Optische Vorrichtung zum Durchführen eines Multiplexens oder Demultiplexens eines optischen Signals für einen Hauptlichtwellenleiter, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Vorrichtung (1) aufweist: den Hauptlichtwellenleiter (10), der ein Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter ist und der einen Modengruppenunterteilungsmultiplexübertragungspfad, in dem Kanäle für Signale mehrerer Modengruppen ausgebildet sind, bildet; einen Modenumwandlungslichtwellenleiter (40), der kontinuierlich mit dem Hauptlichtwellenleiter (10) ist und der aus einem gebogenen Multimodenlichtwellenleiter besteht; einen ersten Lichtwellenleiter (20), der kontinuierlich mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) ist und der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, der sich in einer Biegerichtung des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) erstreckt; einen Verbindungslichtwellenleiter (32), der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht und in einer axialen Richtung des Hauptlichtwellenleiters (10) mit einer peripheren gebogenen Fläche (41) des Modenumwandlungslichtwellenleiters verbunden ist; und einen zweiten Lichtwellenleiter (30), der kontinuierlich mit dem Verbindungslichtwellenleiter (32) ist und der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter besteht, bei der, wenn die mehreren Modengruppen in dem Hauptlichtwellenleiter (10) in eine Modengruppe höherer Ordnung und eine Modengruppe niedrigerer Ordnung unterteilt werden, der Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) bewirkt, dass ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung durch denselben propagiert, und bewirkt, dass ein Signal einer Modengruppe höherer Ordnung zu der Seite des Verbindungslichtwellenleiters austritt und als ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zu dem Verbindungslichtwellenleiter (32) und dem anschließenden zweiten Lichtwellenleiter (30) propagiert und ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das durch den Verbindungslichtwellenleiter (32) von dem zweiten Lichtwellenleiter (30) zu dem Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) propagiert, in ein Signal der Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt wird, das mit dem Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) gekoppelt wird.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die periphere gebogene Fläche (41) des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) derart gebogen ist, dass die Modengruppe niedrigerer Ordnung eine geführte Mode in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) bleibt und die Modengruppe höherer Ordnung eine austretende Mode in dem Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) wird.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Verbindungslichtwellenleiter (32) ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ist, der sich von einem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters (30) erstreckt und mit der peripheren gebogenen Fläche (41) des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) verbunden ist.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Verbindungslichtwellenleiter (32) ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter ist, bei dem ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter (32b), der sich von der peripheren gebogenen Fläche (41) des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) erstreckt, und ein selbstgeschriebener Lichtwellenleiter (32a), der sich von einem distalen Ende des zweiten Lichtwellenleiters (30) erstreckt, miteinander verbunden sind.
Optische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Verbindungslichtwellenleiter (32) ein Teil eines distalen Endes des zweiten Lichtwellenleiters (30) ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der ein Kern des selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters (32) einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der eines Kerns des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40).
Optische Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Kern des Verbindungslichtwellenleiters (32) direkt mit dem Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) verbunden ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der jeder von dem zweiten Lichtwellenleiter (30) und dem Hauptlichtwellenleiter (10) eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser ist, wobei der erste Lichtwellenleiter (20) und der Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) als Abschnitte des Hauptlichtwellenleiters (10) ausgebildet sind, und der Kern des Verbindungslichtwellenleiters (32) mit einem Mantel des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) verbunden ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste Lichtwellenleiter (20) eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser ist und der Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) ein gebogener selbstgeschriebener Lichtwellenleiter (40) ist, der kontinuierlich von einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters (20) mit einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters (10) verbunden ist oder kontinuierlich von einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters (10) mit einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters (20) verbunden ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der erste Lichtwellenleiter (20) eine Gradientenindexmultimodenlichtleitfaser ist und der Modenumwandlungslichtwellenleiter (40) ein gebogener selbstgeschriebener Lichtwellenleiter (40) ist, der durch Verbinden eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters (40b), der kontinuierlich mit einem distalen Ende des ersten Lichtwellenleiters (20) ist, und eines selbstgeschriebenen Lichtwellenleiters (40a), der kontinuierlich mit einem distalen Ende des Hauptlichtwellenleiters (10) ist, und durch Biegen der verbundenen selbstgeschriebenen Lichtwellenleiter (40) gebildet ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der der Kern des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse des Hauptlichtwellenleiters (10) mit einem Bereich, in dem ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung propagiert, verbunden ist und der Kerndurchmesser des Modenumwandlungslichtwellenleiters (40) gleich dem Durchmesser des Bereichs ist.
Optische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der der Kerndurchmesser des Verbindungslichtwellenleiters (32) in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse des Hauptlichtwellenleiters (10) gleich dem Durchmesser des Bereichs, in dem ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung propagiert, ist.
Kommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als eine A-Endvorrichtung verwendet wird und eine optische Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als eine B-Endvorrichtung verwendet wird; der Hauptlichtwellenleiter (10) der A-Endvorrichtung und der Hauptlichtwellenleiter (10) der B-Endvorrichtung kontinuierlich sind und einen Hauptlichtwellenleiter (10) bilden; ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das durch den Modenumwandlungslichtwellenleiter (40), der mit dem Hauptlichtwellenleiter (10) verbunden ist, zu der Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt wird, zu dem zweiten Lichtwellenleiter (30) der A-Endvorrichtung und dem zweiten Lichtwellenleiter (30) der B-Endvorrichtung übertragen wird; und ein Signal der Modengruppe niedrigerer Ordnung zu dem ersten Lichtwellenleiter (20) der A-Endvorrichtung und dem ersten Lichtwellenleiter (20) der B-Endvorrichtung übertragen wird, wodurch eine Modengruppenmultiplexkommunikation zwischen der A-Endvorrichtung und der B-Endvorrichtung durchgeführt wird.
Modengruppenmultiplexkommunikationssystem, dadurch gekennzeichnet, dass das System aufweist: einen Lichtwellenleiter, der einen Hauptlichtwellenleiter (10), der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (11) besteht, einen ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31), der direkt oder durch einen ersten Verbindungslichtwellenleiter (32), der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht, der kontinuierlich mit dem ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) ist, mit einer peripheren gebogenen Fläche (41) eines ersten gebogenen Abschnitts des Hauptlichtwellenleiters (10) verbunden ist, und einen zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31), der direkt oder durch einen zweiten Verbindungslichtwellenleiter (32), der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht, der kontinuierlich mit dem zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) ist, mit einer peripheren gebogenen Fläche (41) eines zweiten gebogenen Abschnitts (40) des Hauptlichtwellenleiters (10) verbunden ist, aufweist, bei dem, an dem ersten gebogenen Abschnitt und dem zweiten gebogenen Abschnitt, ein Demultiplexen oder Multiplexen eines optischen Signals durch Ändern der Ordnung der Modengruppe zwischen dem Hauptlichtwellenleiter (10) und dem ersten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) oder dem ersten Verbindungslichtwellenleiter (32) und zwischen dem Hauptlichtwellenleiter (10) und dem zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) oder dem zweiten Verbindungslichtwellenleiter (32) durchgeführt wird, wodurch eine Modengruppenmultiplexkommunikation für Signale, die durch den Hauptlichtwellenleiter (10) zwischen dem ersten gebogenen Abschnitt und dem zweiten gebogenen Abschnitt propagieren, durchgeführt wird.
Verfahren zum Multiplexen/Demultiplexen eines optischen Signals, das in einem Modengruppenmultiplexkommunikationsverfahren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt eines Hauptlichtwellenleiters (10), der aus einem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (11) besteht, so gebogen wird, dass er einen gebogenen Abschnitt ausbildet, und ein zweiter Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) direkt oder durch einen Verbindungslichtwellenleiter (32), der aus einem Multimodenlichtwellenleiter besteht, der kontinuierlich mit dem Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (11) ist, mit einer peripheren gebogenen Fläche (41) des gebogenen Abschnitts verbunden wird; unter Verwendung des gebogenen Abschnitts, aus einem Modengruppenmultiplexsignal, das durch den Hauptlichtwellenleiter (10) propagiert, ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zum Propagieren in der Richtung des Hauptlichtwellenleiters (10) gedemultiplext wird und ein Signal einer Modengruppe höherer Ordnung gedemultiplext wird, während es zum Propagieren in der Richtung des zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiters 31 zu einer Modengruppe niedrigerer Ordnung umgewandelt wird, oder unter Verwendung des gebogenen Abschnitts, ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung zum Multiplexen eines optischen Signals in der Richtung des Hauptlichtwellenleiters (10) propagiert wird und ein Signal einer Modengruppe niedrigerer Ordnung, das durch den zweiten Gradientenindexmultimodenlichtwellenleiter (31) propagiert, zu einer Modengruppe höherer Ordnung umgewandelt wird und zum Multiplexen eines optischen Signals in der Richtung des Hauptlichtwellenleiters (10) propagiert wird.