JP2000147294A - ポリマファイバ光伝送システム - Google Patents

ポリマファイバ光伝送システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ポリマファイバ光伝送システムを
提供する。 【解決手段】 ほとんどのマルチモードシリカファイバ
と異なり、マルチモードポリマファイバは空間的に制限
された光パルスの伝搬遅延が比較的一定である広い低分
散領域をもつ遅延特性を、しばしば示すことを確認し
た。この低分散領域は送出位置の関数として、ファイバ
コアの中心軸付近に中心がある。伝送される光パルスを
この領域に向けることにより、分散を減らすためにマル
チモードファイバと直列に継いだシングルモードファイ
バを用いる従来技術の必要なく、光パルス分散は著しく
減少させられることを確認した。この構成を用いたポリ
マファイバを基本とする光伝送システムでは、光源とポ
リマファイバ間の位置合わせ許容度が緩和され、一方分
散は減少し、帯域幅・距離積は増した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【本発明の技術分野】本発明は光波伝送システムの容量
を増すための方法及び装置、より具体的にはポリマ光フ
ァイバを基本とする光波システムの複雑さ及び費用を減
らすための方法及び装置に係る。
【０００２】
【本発明の背景】コンピュータを他のコンピュータ、周
辺装置、ローカルエリア回路網、インターネット等に接
続するための通信回線は、たえず発展してきた。これら
の通信回線は典型的な場合、伝送媒体として、銅ケーブ
ル、光ファイバ又は無線を用いる。帯域、価格及び干渉
の点から、光ファイバは選択される好ましい媒体の１つ
となった。接続費用が低く、丈夫であるため、マルチモ
ードガラスファイバはシングルモードガラスファイバよ
り、望ましかった。そのようなマルチモード光通信回路
の例は、１９９５年５月１６日にハース（Ｈａａｓ）ら
に承認された“選択された光モードを用いた光波伝送”
と題する米国特許第５，４１６，８６２号に述べられて
いる光波伝送システムである。図１には、この特許に述
べられているものと同様のマルチモード光ファイバシス
テムの例が示されている。マルチモード光ファイバシス
テムの容量を増すため、カプラ１０５を通して、シング
ルモードファイバ１０４がマルチモードファイバ１０７
に接続されている。カプラ１０５は高次モードのみをマ
ルチモードファイバ１０７に選択的に伝搬させるために
用いられる。他の構成では、低次モードのみをマルチモ
ードファイバ１０７に送り出すのを容易にするため、シ
ングルモードファイバ１０４をマルチモードファイバ１
０７に継ぎ合わせる。
【０００３】更に費用を下げるため、ポリマ（プラスチ
ック）光ファイバ（以後ＰＯＦと呼ぶ）が光通信システ
ム中で用いるために開発されてきた。直径が大きいた
め、ポリマファイバはまたマルチモード伝送を促進して
きた。しかし、その比較的高い伝送損失特性と約６５０
ｎｍというあまり望ましくない伝送波長のため、ポリマ
ファイバは典型的な場合、短距離用にのみ用いられてき
た。最近ＰＯＦは光通信システムでも使用することが提
案されている。システムの例は、１９９７年９月２２日
に発表された第７回国際プラスチック光ファイバコンフ
ァレンス・プロシーディングズ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ
ｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａ
ｌ Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、２９−３０頁のエイチ・イマ
イ（Ｈ．Ｉｍａｉ）による“過フルオルポリマファイバ
の光通信への応用”と題する論文に述べられている。図
１はイマイ（Ｉｍａｉ）の論文に述べられているＰＦフ
ァイバを基本とする光システムを、簡略化して示す。や
はり、シングルモードファイバ１０４がＰＯＦ１０７の
前面に接続され、マルチモードＰＯＦに低次モード伝送
のみを選択的に行うために用いられている。
【０００４】上述の論文は光伝送システム中でＰＯＦを
使用することに関し、著しい改善がなされたことを示し
ているが、そのようなシステムを簡単化し、それらをよ
り価格的に効率よくする必要性がひき続き存在する。
【０００５】
【本発明の要約】本発明に従うと、他のシリカファイバ
と異なり、ある種のポリマファイバ、ＰＯＦ、は広い低
分散領域又は空間的に制限された光パルスの伝搬遅延
が、注入位置の関数として、比較的一定のままである
“スイートスポット”をもつ遅延特性を示すことを確認
した。このスイートスポットはファイバコアの中心軸の
周囲に中心がある。伝送される光パルスをこの領域に向
けることにより、分散を減らすためにＰＯＦと直列に継
いだシングルモードファイバを用いる従来技術を使用す
る必要なく、光パルス分散が著しく減少させられること
を確認した。この構成を用いたポリマファイバを基本と
する光伝送システムでは光源及びポリマファイバ間の位
置合わせ許容度が緩和され、一方分散が減少し、帯域幅
・距離積が増す。
【０００６】より具体的には、本発明の光伝送装置は受
信した光信号を、中心領域を通してほぼ平坦な遅延特性
をもつポリマファイバのコア領域のあらかじめ規定され
た中心領域に結合させるための光信号制限デバイスを含
む。
【０００７】本発明の方法に従うと、光信号をあらかじ
め規定された直径のスポットに焦点を合わせ、光信号ス
ポットを中心領域を通してほぼ平坦な遅延特性を示すポ
リマファイバのコア領域のあらかじめ決められた中心領
域に結合させることにより、光信号はポリマファイバ上
を伝送される。
【０００８】
【詳細な記述】以下の説明において、各図の各項目又は
枠はそれらに付随した参照数字をもち、最初の数字はそ
の項目が最初に述べられた図をさす。（たとえば１０１
は最初図１中で示されたことを意味する。）
【０００９】図１はポリマファイバ１０７を用いる従来
技術の光伝送システムのブロックダイヤグラムの例を示
す。傾斜屈折率を有するポリマファイバは、１．３μｍ
の望ましいレーザ波長で低波長損失を示す。たとえば、
ポリマファイバ１０７は本発明の図２のシステムで用い
るのと同じ型、すなわち傾斜屈折率過フルオルプラスチ
ック光ファイバでよい。
【００１０】図１に示されるように、ファブリー・ぺロ
ーレーザダイオードのような変調光源１０１が送出制限
デバイス１０２を通して、シングルモードガラス（Ｓ
Ｍ）光ファイバ１０４に結合される。たとえば、ここで
の議論では、光源１０１は１．３μｍファブリー・ペロ
ーレーザダイオードで、送出制限デバイス１０２はボー
ルレンズであることを仮定する。ＳＭファイバ１０４が
ポリマファイバ１０７に結合又は継がれる。シングルモ
ードファイバ１０４により低次モードをポリマファイバ
１０７に選択的に送り出すことが容易になる。ポリマフ
ァイバ１０７の出力はレンズ１０８を通して、別のＳＭ
ファイバ部分１０９に結合される。シングルモードファ
イバ１０９は所望の低次モードから、あらゆる望ましく
ない高次モードを濾波し除去する。検出器１０８はＳＭ
ファイバ１０９から受けた低次モードを基本とする光信
号を受け、復調する。レンズ１０８は半球端レンズでよ
く、検出器１０８はなだれフォトダイオード（ＡＰＤ）
でよい。
【００１１】動作中、源１０１からのレーザ信号はボー
ルレンズ１０２により、ＳＭファイバ１０４のコア径１
０４ａより小さいかほぼ同じあらかじめ規定された直径
のスポット１０３に焦点をあわされる。ＳＭファイバ１
０４及びポリマファイバ１０７は同じ外径をもつから、
ＳＭファイバ１０４のコア１０４ａがポリマファイバ１
０７のコア１０７ａの中心と位置合わせされるよう、そ
れらを継ぐことが比較的容易である。典型的な場合、Ｓ
Ｍファイバ１０４のコア径１０４ａは約５０μｍで、ポ
リマファイバ１０７のコア１０７ａは約１２０μｍない
し１ｍｍである。ＳＭファイバ１０４及びポリマファイ
バ１０７間で約１ｄＢの著しい接続損又は結合損があり
うるのは不利である。
【００１２】ポリマファイバ１０７のようなマルチモー
ドファイバには、“モード分散”として知られる現像が
ある。このモード分散は源からの入力光信号パルスがポ
リマファイバ１０７を励起する時生じる。これらの多モ
ードはポリマファイバ１０７中を異なる速度で伝搬し、
パルスがファイバを下流に伝搬するにつれ、分散又は広
がりを起す。パルスのこの広がりにより、どれほど近接
してパルスをポリマファイバ上に送れるかが制限され、
従ってポリマファイバで送ることのできる最大データ速
度が減少する。パルス分散は距離とともに増加するか
ら、具体的な伝送システムが具体的な用途に適するか否
かを決めるために、“帯域幅・距離”積が用いられる。
【００１３】ＳＭファイバ１０４は光信号を小さな領域
に閉じ込めるから、低次モードをポリマファイバ１０７
中に送り出すのを容易にするため、それを用いてもよ
い。“低次”モードという用語は、光エネルギーのほと
んどがファイバコアの中心領域中に局在されることを意
味する。“高次”モードという用語は、光エネルギーの
ほとんどがファイバコアの中心領域の外側にあることを
意味する。
【００１４】図３の上部を参照すると、典型的なポリマ
ファイバのコア領域３０４の断面が示されている。図３
の下部はポリマファイバが示したコア領域３０４に渡る
遅延特性３０１の典型的な変化を示す。すべての傾斜屈
折率ファイバは名目上放物状の屈折率プロフィルを有す
るが、それらの遅延特性は典型的な場合放物状ではない
ことに、注意すべきである。遅延特性はプロフィルの非
理想さとモード結合に依存する。図示されるように、遅
延はコア３０４の中心から半径方向に外向きに動くにつ
れ変化する。遅延はコア領域３０４に渡って大きく変化
するから、中心領域３０３中を伝搬する低次モードと中
心領域３０３の外側を伝搬する高次モード間に、著しい
パルス分散が生じる。図１の従来技術の構成において、
シングルモードファイバ１０４により高次モードを除去
することにより、（低次モードのみが残るから）伝搬パ
ルス中の分散広がりが減少する。従って、伝搬中のモー
ド範囲を減らすことにより、伝搬パルス中の分散が減少
する。このように分散が減少することにより、システム
のデータ伝送速度が増す。
【００１５】本発明に従うと、シリカファイバと異な
り、ポリマファイバは１．３μｍの光波長で動作する
時、広くかつ比較的平坦な領域又は“スイートスポッ
ト”３０３をもつ遅延特性３０２を示すことを発見し
た。このスイートスポット（低分散領域とも呼ばれる）
３０３は、ファイバコア３０４の縦軸のまわりに中心を
もつ領域である。低分散領域３０３の“直径”は典型的
な場合、コア３０４の直径の主要な部分（たとえば約半
分）であることに気づいた。伝送される光パルスをこの
領域３０３に向けることにより、低次モードの生じる分
散は、ポリマファイバ特性３０１のそれより著しく減少
することを確認した。その結果、受信した光パルスの広
がりは最小になる。このように、この方式を用いると、
高次モードを濾波して除去するために、図１のシングル
モードファイバ部分１０４が必要でなくなる。図３の測
定に１．３μｍ波長のレーザ信号を用いたが、ポリマフ
ァイバのスイートスポットに結合される限り、ポリマフ
ァイバの動作範囲である０．５ないし１．３μｍ内の他
の波長も用いることができる。
【００１６】図２を参照すると、本発明に従い改善され
たＰＯＦファイバを基本とする光伝送システムの例のブ
ロックダイヤグラムが示されている。図示されているよ
うに、システムはＳＭファイバ部分１０４が用いられて
いないことを除いて、図１のすべての要素を含む。光信
号源１０１はレンズ２０２を通して、ポリマファイバ１
０７のコア１０７ａのスイートスポット２０３に結合さ
れる。直径２５０μｍのコアを有するポリマファイバの
スイートスポットは、１２０μｍ程度であるから、ＳＭ
ファイバ１０４の５０μｍのコア径より、著しく大き
い。従って、レンズ２０２はＰＦファイバ１０７との位
置合わせと焦点合わせが緩和される。１２０μｍのスイ
ートスポットはコア径の半分に渡るから、光信号が中心
から幾分（約５０μｍ）ずれていても、伝送容量は高い
ままである。このように、多レンズシステムのような他
の型の焦点合わせデバイス２０２を用いてもよい。たと
えば受信機２１０において、埋め込みレンズを有するな
だれフォトダイオード検出器（ＡＰＤ）を、図２のレン
ズ２０９及び検出器２１１として用いてもよい。明らか
に、他の型の光検出器を受信機２１０として用いること
ができる。更に、ＡＰＤはスイートスポットの直径と同
程度の直径をもつから、レンズ２０９を除き、スイート
スポットすなわちコア３０４の中心に、直接ＡＰＤを置
くことが可能である。
【００１７】図２の光伝送システム構成を用いて、図１
の構成においてプラスチックファイバを用いた従来技術
より、帯域幅・距離積が著しく増加した。加えて、本発
明のＰＦファイバを基本とする伝送システムはＳＭファ
イバ１０４のいずれの部分も必要としないため、構成は
従来技術のＰＯＦを基本とする伝送システムに比べ、複
雑さと費用が減少した。更に、本発明の構成を用いたポ
リマファイバを基本とする光伝送システムでは、光源と
ポリマファイバ間の位置合わせ許容度が緩和され、一方
分散が減少し、帯域幅・距離積が増加した。マルチモー
ドガラスファイバ中にもスイートスポットが存在するこ
とに気付いたが、それは寸法がはるかに小さく、そのた
めマルチモードガラスファイバを基本とするシステム中
で、本発明の技術を実用的に用いる可能性は小さくな
る。
【００１８】ここで述べてきたのは、単に本発明の原理
の応用例にすぎない。従って、光源１０１はファブリー
・ペローレーザダイオードでなく、発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）でもよいことを理解すべきである。加えて、送出
制限デバイス１０２はボールレンズ以外のものでよい。
更に、ボールレンズ１０２はレーザダイオード１０１の
一部としてマウント又はパッケージしてもよい。このよ
うに、本発明の精神及び視野を離れることなく、当業者
には他の構成が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のマルチモードファイバを基本とする
光伝送システムを示すブロックダイヤグラムの図。
【図２】本発明に従う改善されたポリマファイバを基本
とする光伝送システムを示すブロックダイヤグラムの
図。
【図３】ポリマファイバのコア領域中の遅延特性を示す
ダイヤグラムの図。
【符号の説明】
１０１ 光源、源、信号源 １０２ 送出制限デバイス、ボールレンズ １０３ スポット １０４ シングルモードファイバ、光ファイバ、Ｓ
Ｍファイバ １０４ａ コア径 １０５ カプラ １０６ （本文中になし） １０７ マルチモードファイバ、ＰＯＦ、ポリマフ
ァイバ １０７ａ コア １０８ レンズ、検出器 １０９ シングルモードファイバ １１０ （本文中になし） ２０２ レンズ、デバイス ２０３ スイートスポット ２０９ レンズ ２１０ 受信機 ２１１ 検出器 ３０１ 遅延特性 ３０２ 遅延特性 ３０３ 中心領域、スイートスポット ３０４ コア領域、コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホイットニー ホワイト アメリカ合衆国 07901 ニュージャーシ ィ，サミット，アパートメント 16シー, ニューイングランド アヴェニュー ７

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一定の長さのポリマファイバ、及び受信
    した光信号を、中心領域に渡ってほぼ平坦な遅延特性を
    もつポリマファイバのコアのあらかじめ規定された領域
    に結合させるための光信号制限デバイスを含む光伝送装
    置。
  2. 【請求項２】 ポリマファイバは過フルオルポリマファ
    イバである請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 光信号制限デバイスはボールレンズであ
    る請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 光信号制限デバイスはポリマファイバの
    縦軸と位置合わせされる請求項１記載の装置。
  5. 【請求項５】 受信光信号を発生させるための光信号源
    を更に含み、光信号制限デバイスは光信号源にマウント
    される請求項１記載の装置。
  6. 【請求項６】 あらかじめ規定された中心領域の直径
    は、コア直径の主要な割合を占める請求項１記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 コアのあらかじめ規定された領域中で受
    けた光信号を選択的に検出するための受信機を更に含む
    請求項１記載の装置。
  8. 【請求項８】 受信機はコアの中心領域に隣接するなだ
    れフォトダイオードを含む請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 光信号を発生させるための光レーザ又は
    ＬＥＤ源を更に含む請求項１記載の装置。
  10. 【請求項１０】 光信号をあらかじめ規定された直径上
    のスポットに焦点を合わせる工程、及びあらかじめ規定
    された直径上の光信号スポットを、中心領域に渡ってほ
    ぼ平坦な遅延特性を示すポリマ光ファイバのコア領域の
    あらかじめ決められた中心領域に結合させる工程を含む
    ポリマ光ファイバに光信号を伝送する方法。
  11. 【請求項１１】 受信位置において、コアのあらかじめ
    規定された中心領域中で受信された光信号を選択的に検
    知する工程を更に含む請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 ポリマファイバは過フルオルポリマフ
    ァイバである請求項１０記載の方法。
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