JP2001525944A - マルチモード通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マルチモード光ファイバ通信システムにおいて、光源をマルチモード光ファイバに接続するための方法及び装置が提供される。単一モードファイバ（111）が設けられて、単一モードファイバの一方の端部において光源（131）から入ることを許された光学的放射線が、単一モードファイバ（111）のもう一方の端部においてマルチモード光ファイバ（108）に供給されるようになっている。この方法及び装置は、光トランシーバ（131）を１対の設置されたマルチモードファイバ（108,109）に接続するための二重パッチコードにおいて利用される。パッチコードにおける第２のファイバは、光信号をトランシーバの光受信器（132）に渡すためのマルチモードファイバ（112）である。

Description

【発明の詳細な説明】 マルチモード通信システム 技術分野 本発明は、マルチモード光ファイバ通信システムの性能を向上させる方法及び 装置に関するものであり、とりわけ、光トランシーバをマルチモードファイバに 接続するために利用される方法及び装置に関するものである。 従来技術の歴史 １９７０年代後期〜１９８０年代初期において、マルチモード光ファイバ通信 システムの性能を向上させるために、多くの研究がなされた。しかし、マルチモ ードファイバが、高ビット転送速度、長距離通信システムに用いるのにうってつ けの媒体として、単一モードファイバに取って代わられると、この研究のほとん どは中止された。マルチモードファイバは、例えば、ビルディングまたはキャン パスのＬＡＮにおけるような、低ビット転送速度で、短距離で動作するシステム のための光通信に引き続き利用されてきた。こうしたマルチモードファイバは、 主としてＬＡＮの中枢に用いられているが、ユーザ及び器械に対する水平リンク にも利用することが可能である。従って、マルチモードファイバが設置される大 きい根拠が存在することになり、このことは、かなりの投資になることを表して いる。 近年になって、例えば、１Ｇビット／秒以上といった、ＬＡＮの高データ転送 速度に対する要求が急激に高まってきた。必要とされるデータ転送速度は、光フ ァイバの長さが比較的短い（５００メートル）場合でも、かなりのマルチモード ファイバを含むＬＡＮに関する従来の技法を利用して実現することができない。 多年の間に認識されるようになった、マルチモード光ファイバ通信リンクの帯 域幅を決定する上での重要な態様は、励起される、従って、光 エネルギを伝送するマルチモードファイバ内におけるモードの数及び分布である 。例えば、１９７９年にJohn Wiley & Sonsによって出版された、John E.Midwin terによる「Optical Fibres for Transmission」の第７章を参照されたい。純粋 な低次単一モードが、マルチモードファイバに送り込まれ、モード混合が生じな い場合、光通信リンクの帯域幅及び他の特性は、単一モードファイバのものにな る、すなわち、リンクは、広い帯域幅を備えている。例えば、ファイバの断面の 不規則性、またはファイバの機械的摂動のために、モード混合が生じると、エネ ルギが、単一最低次モードから高群速度の高次モードに結合されることになり、 追加のパルス分散が不可避的に生じ、通信システムの帯域幅全体が小さくなる。 代わりに、ある意味では、マルチモードファイバの全モードを均一に励起するた めに、光が同じマルチモードファイバに送り込まれ、モード混合が生じない場合 、最大パルス拡散が見られ、通信システムの帯域幅は、最小限になる。この状況 にモード混合を導入すると、個々の光子が、多くの異なるモードにおいていくら かの時間を費やし、異なる群速度で多くの短い距離を伝わるので、パルス拡散が 少なくなる。光通信リンクの距離に比例してパルス拡散が増大するのではなく、 理想的な場合では、パルス拡散は、光通信リンクの距離の平方根に比例して増大 するだけである。従って、１９８０年代初期には、さまざまな代替方式が研究さ れたが（例えば、米国特許第４，０５０，７８２号及び米国特許第４，０６７， ６４２号を参照されたい）、一般に認められたように、光通信リンクにとって合 理的かつ予測可能な帯域幅を実現するためには、多くのモードをマルチモード光 ファイバに送り込み、十分なモード混合の発生を保証するのが望ましかった。 しかし、この実際的なアプローチにもかかわらず、理論的には、マルチモード ファイバ内で励起されるモードの数及び分布を正確に制御することができれば、 通信リンクの帯域幅を改善することが可能であることが予測された。例えば、制 御されたモード結合を利用して、ファイバの最高次モードへの結合を防止するこ とによって、損失の犠牲を被るこ となく、ファイバ帯域幅を増すことが可能であることを示唆した、Midwinterの 本の１２６ページ、セクション７．６を参照されたい。それにもかかわらず、こ れには、「しかしながら、経験上、こうした正確に制御されたファイバ環境を実 現するのは極めて困難であるように思えると言わなければならないし、執筆の時 点において、実験テストの報告はない。」と述べられている。 近年になって、ＬＥＤ（発光ダイオード）の代わりに、レーザが、マルチモー ド光ファイバ通信システムに利用されるようになってきた。これにはいくつかの 理由があるが、そのうちの主たる理由は、レーザが、ＬＥＤよりも高速度で直接 変調可能という点にある。ＬＥＤとは対照的に、レーザは、マルチモード光ファ イバのほんの少数の低次モードを励起するために簡単に利用することが可能であ る。上述のように、マルチモードファイバのほんの少数モードだけしか励起しな いで、モード混合の発生がほとんどない場合、マルチモード光ファイバ通信シス テムの帯域幅は、原則的に、多少増すことが可能である。例えば、７８０μｍの レーザダイオード及び６２．５μｍのマルチモードファイバを利用して、最大２ ００メートルにわたり、１Ｇビット／秒までのデータ転送速度が実現された。 マルチモードファイバへの信号の送り込みに関して、ＬＥＤの利用とレーザの 利用との間には、かなりの相違がある。ＬＥＤの送り込みは、過剰充填（overfi lled）送り込みであり、従って、マルチモードファイバのモードが満杯になる。 マルチモードファイバの帯域幅は、こうした送り込みに関する性能に従って特徴 づけられる。しかし、上述のように、レーザは、過剰充填送り込みは行わず、代 わりに、ほんのいくつかのファイバモードが、部分的に分布するか、または大規 模に分布しない、制限された送り込みが行われる。送り込みの制限の性質は、マ ルチモードファイバより少ないレーザの開口数、コア直径より小さいスポットサ イズ、レーザ光源の性質、及び結合装置（レンズ、ファイバスタブ等のような結 合機構の構成要素）などのいくつかの要素によって決まる。 本発明者は、ファイバの帯域幅が、過剰充填送り込みの帯域幅に従って公称で 指定されている場合でも、マルチモードファイバへの制限された送り込みが、フ ァイバで実現可能な帯域幅に重大な影響を及ぼす可能性があることを発見した。 発見された特に困った点は、ファイバが示す帯域幅が、制限された送り込みの細 部によって強く左右されるということである。実現される実際の帯域幅は、過剰 充填送り込みの帯域幅よりもかなり大きくなる可能性があり、かなり小さくなる 可能性もある。これは、従って、どんな最小帯域幅に遭遇することになるか保証 できないという、システム設計者にとって重大な問題を生じることになる。 発明の概要 従って、本発明の第１の態様において、光トランシーバをマルチモード光ファ イバ通信システムにおけるマルチモード光ファイバに接続するための装置が提供 されるが、この装置には、放射線入力において光トランシーバの光源から装置に 入ることを許された出射光を送信部分の単一モード光ファイバへ受け入れるよう に適合しており、単一モード光ファイバの通過後、マルチモード光ファイバ通信 システムの第１のマルチモード光ファイバ内に前記出射光を送り出すように適合 している送信部分と、通信システムの第２のマルチモード光ファイバから装置に 入ることを許された入射光を受信部分のマルチモード光ファイバに受け入れるよ うに適合しており、前記入射光を光トランシーバの受信器に送り込むように適合 している受信部分とが含まれる。 この構成は、マルチモードファイバに光を送り込んで、満足のゆく帯域幅の結 果が提供されるために、極めて有効に利用することが可能である。この構成には 、いくつかの有利な可能性がある。とりわけ有利な構成は、単一モードファイバ の全長が、ファイバから放出される光がほぼ単一モードの光になるのに十分な長 さを備えているという点である。単一モードファイバからマルチモードファイバ への単一モードの放射の送り込みは、十分に理解されており、少なくとも、マル チモードファイ バの過剰充填送り込み帯域幅が不変に実現されるという保証が得られるので、こ のアプローチによって、上述の信頼できる帯域幅の評価の問題が解決する。マル チモードファイバへの単一モードの送り込みに関する実験結果については、１９ ９３年７月のJournal of Lightwave Technology,Vol.11,No.7におけるHass,Z.及 びSantoro,M.A.による「A Mode-Filtering Scheme for Improvement of the Ban dwidth-Distance Product in Multimode Fiber Systems」に論じられている。し かし、光学的放射線は、ほぼ単一モードで供給されることが必要である。レーザ の後に、単一モードとすることが可能な「ファイバスタブ」をなすファイバを組 み込んだ従来技術による送信機構成が、既知である（例えば、米国特許第５，３ １５，６８０号）。これらによれば、他のモードからの多量の光が、ファイバス タブのクラッディングによって除去され、その結果、構成から放射される光が安 全レベルまで低減されるので、レーザの動作中に、コネクタがはずれた場合の目 の安全性が提供される。しかし、これらの構成は、他のモードからかなりの量の 光を除去する働きをするが、与えられるファイバの長さがあまりに短すぎるので 、放出される光をほぼ単一モードの光学的放射線に限定できない。従って、これ らの構成では、本発明によって解決される帯域幅の問題が解決されない。 いくつかの実施態様において、該装置は、光をマルチモードファイバシステム に送り込むための単一モードファイバだけから構成される。これは、通常の中心 送り込みによって実施可能であるが、送信部分に、モード調整手段を設けて、マ ルチモードファイバの選択されるモードが、出射光によって優先的に励起され、 通信システムの第１のマルチモード光ファイバの動作帯域幅を増すようにするの が有利である。これは、単一モードファイバからの出射光が、マルチモードファ イバの軸から離れたマルチモードファイバの端面を照射するように、出射光をマ ルチモードファイバに送り込むことにより、光をマルチモードファイバシステム に送り込むための単一モードファイバだけを装置が備えている場合に実現可能で ある。 代替実施態様では、モード調整手段は、単一モードファイバと共に、装置内に おいてもう１つのマルチモードファイバを利用し、光が単一モードファイバに送 り込まれ、接続手段を介してもう１つのマルチモードファイバに送り込まれ、そ こを出て、マルチモードファイバ通信システムの第１のマルチモードファイバに 送り込まれるようにすることによって実施される。従って、マルチモードファイ バへの信頼できる有効な送り込みを実現することが可能になる。 装置のマルチモードファイバ（光を受信器に送るための）が、マルチモードフ ァイバシステムの第２のマルチモードファイバのコアサイズ以上の大きいコアサ イズを備える場合が望ましい。この構成の場合、第２のマルチモードファイバか らの光は、損失とモーダル雑音の両方を生じることになる、直径の小さいファイ バへの移行を行う必要がない。 この装置は、パッチコードにおいて実施するのが有利であるが、ドングル（コ イル状ファイバを備えた）が代替手段である。光源または受信器と対応するマル チモードファイバの間で適正なファイバ長にわたる正しい接続を保証するため、 適合するキー止め手段または他の手段を設けるのが望ましい。後述するように、 該装置が、単一モードファイバとマルチモードファイバを備える二重パッチコー ドの形態をとる場合、かなりの技術的及び実用的利点が提供される。実際のシス テムでは、いずれにせよ、光トランシーバと光ファイバ通信システムの設置され たファイバとの間の接続に、何らかの形態のパッチコードが必要になる場合が多 くなる。このために、本発明に従ってパッチコードを用いても、実際には、ユー ザにとって変化は生じないが、上述の最小帯域幅保証問題に対する１つの解決策 が得られる。 本発明のもう１つの態様では、光トランシーバと上述の装置を含むマルチモー ドファイバ光通信システムに用いられる、通信装置が提供される。本発明のさら にもう１つの態様では、光トランシーバと、それぞれ、光トランシーバから出射 光を受け、光トランシーバに入射光を供給するための第１と第２のマルチモード 光ファイバを備え、光トランシーバと、 第１と第２のマルチモード光ファイバが、上述の接続装置によって接続されてい る、通信システムが提供される。 本発明のさらにもう１つの態様では、第１のフェルール内に終端させられる１ 本の単一モードファイバを設けるステップと、第２のフェルール内に終端させら れる１本のマルチモードファイバを設けるステップとが含まれており、第２のフ ェルールと第１のフェルールが同軸であることと、単一モードファイバとマルチ モードファイバのそれぞれが、各ファイバの軸がフェルールの軸からオフセット するように、それぞれ、第１のフェルール内と第２のフェルール内に取り付けら れることを特徴とし；さらに、単一モードファイバが送り込みマルチモードファ イバからオフセットするように、第２のフェルールに対して第１のフェルールを 回転させ、マルチモードファイバからの光の出力特性を測定し、出力特性の満足 のゆく値が得られる場合、第１のフェルールを第２のフェルールに対して固定す るステップと；もう１つのマルチモードファイバを設け、ファイバにコネクタを 追加して、１本の単一モードファイバと１本のマルチモードファイバを含む第１ のファイバ経路が、光トランシーバの光源とマルチモードファイバネットワーク の第１のファイバとの間を接続するために形成されるようにし、もう１つのマル チモードファイバを含む第２のファイバ経路が、光トランシーバの受信器とマル チモードファイバネットワークの第２のファイバとの間を接続するために形成さ れるようにするステップとが含まれている、光トランシーバをマルチモード光フ ァイバシステムにおけるマルチモード光ファイバに接続するための接続装置を構 成する方法が提供される。 本発明のさらにもう１つの態様では、放射線入力において光トランシーバの光 源から装置に入ることを許された出射光を送信部分の単一モード光ファイバへ受 け入れるように適合しており、単一モード光ファイバの通過後、マルチモード光 ファイバ通信システムの第１のマルチモード光ファイバ内に前記出射光を送り出 すように適合している送信部分と、通信システムの第２のマルチモード光ファイ バから装置に入ること を許された入射光を受信部分のマルチモード光ファイバに受け入れるように適合 しており、前記入射光を光トランシーバの受信器に送り込むように適合している 受信部分とを含む接続装置を用いて、マルチモード光ファイバ通信システムの第 １と第２のマルチモード光ファイバに光トランシーバを接続するステップが含ま れており、出射光が、光トランシーバの光源から接続装置の送信部分を介してマ ルチモード光ファイバ通信システムの第１のマルチモードファイバに伝送される ことと、入射光が、マルチモード光ファイバ通信システムの第２のマルチモード 光ファイバから接続装置の受信部分を介して光トランシーバの光受信器に伝送さ れることを特徴とする、マルチモード光ファイバ通信システムにおけるマルチモ ード光ファイバに光トランシーバを接続するための方法が提供される。 図面の簡単な説明 以下では、例えば、添付の図面に関連して、本発明の特定の実施態様について 説明を行うことにするが、図面中： 図１には、全て、本発明の実施態様による構成に従って、トランシーバを光通 信システムの設置されたファイバに接続する光学アセンブリを示す略ブロック図 が示されている。 図２には、図１の構成に関するトランシーバから光学アセンブリまでの接続の 略図が示されている。 図３には、オフセット送り込みを実現するためにマルチモードファイバコアを 照射するスポットが示されている。 図４は、過剰充填送り込みによって励起された場合の、マルチモードファイバ に関する正規化モード励起スペクトルの理論図である。 図５には、それぞれ、オフセット送り込み（ａ）及び角度をつけた送り込み（ ｂ）によって励起された場合の、マルチモードファイバに関する正規化モード励 起スペクトルの理論図が示されている。 図６には、過剰充填送り込みと比較した、それぞれ、さまざまなオフ セット及び角度に関するオフセット送り込み（ａ）及び角度をつけた送り込み（ ｂ）の帯域幅利得の理論図が示されている。 図７ａ〜図７ｅには、単一モードファイバからマルチモードファイバへのオフ セット送り込みに関する実験結果が示されている。 図８には、全て、本発明の第３の実施態様による構成に従って、トランシーバ を光通信システムの設置されたファイバに接続するための光学アセンブリを示す 略ブロック図が示されている。 図９には、図８の光学アセンブリに用いるために適合したフェルールが示され ている。 図１０には、図８の光学アセンブリのコンポーネントが示されている。 図１１には、組み立てられた場合の図８の光学アセンブリが示されている。 図１２には、それぞれ、さまざまなオフセット及び角度に関して、オフセット 送り込み（ａ）及び角度をつけた送り込み（ｂ）によるマルチモードファイバへ のパワー結合の理論図が示されている。 詳細な説明 図１には、本発明の第１の実施態様が示されている。この実施態様には、トラ ンシーバ１０２と既存の（設置された）マルチモードファイバ１０３の間に接続 を提供するためのパッチコードの形態をとる光学アセンブリ１０１が含まれてい る。パッチコードは、２つの部分、すなわち、トランシーバから放射を受けて、 マルチモード光ファイバ通信システム（一般に、マルチモードファイバの設置さ れたベース）に送るように適合した送信部分と、マルチモード光ファイバ通信シ ステムから光学的放射線を受ける受信部分を備えた二重構成である。送信部分及 び受信部分は、それぞれ、それ自体の光ファイバ、すなわち、トランシーバ１０ ２の光源と第１の設置されたマルチモードファイバ１０８との間を接続するため の単一モードファイバ１１１、及びトランシーバ１０２の光受信器と第２の設置 されたマルチモードファイバ１０９との間を接 続するためのマルチモードファイバ１１２を備えている。この実施態様の場合、 パッチコードにおけるファイバの全長は、ファイバの単一モード以外の本質的に 全ての信号がクラッディングによって除去されるほど、十分に長いので、実質的 に単一モードの光学的放射線が、第１のマルチモードファイバ１０８への送り込 みのために提供されることになる。他のモードの放射の痕跡が残る可能性の程度 は、技術者が容易に求めることができる問題であり、実現される重要な基準は、 少なくとも過剰充填送り込み帯域幅が確実に得られることである。 パッチコードの第２の光ファイバは、第２の設置されたマルチモードファイバ １０９から光学的放射線を受信し、光トランシーバ１０２の受信器に伝送するマ ルチモードファイバ１１２である。このマルチモードファイバ１１２は、設置さ れたファイバ１０９と同様のタイプが望ましい（例えば、両方とも、５０μｍの コアまたは６２．５μｍのコアを備えたグレーデッドインデックスファイバにな る）。しかし、これは不可欠ではない。しかし、パッチコードにおけるマルチモ ードファイバ１１２のコアは、少なくとも設置されたマルチモードファイバ１０ ９の直径であることが重要であり、そうでなければ、結合時における信号の損失 、及びモーダル雑音も生じることになる。パッチコードにおけるマルチモードフ ァイバ１１２のコアは、受信器のサイズを超えてはならない、さもなければ、や はり、信号が損失する。 パッチコードは、キー止めコネクタ１０４、１０５を備えるどちらのの端部で も終端する。コネクタは、ファイバ間接続のための任意の従来の形態とすること が可能である。二重ＳＣコネクタは、この目的に適した形態のコネクタであるが 、ＭＴのような代替コネクタタイプを利用することも可能である。光が、パッチ コードの正しいファイバを通って、光源１３１から第１の設置されたファイバに 、第２の設置されたファイバから光受信器１３２に送られることを確実にするた めに、キー止めが施される。従って、例えば、光源１３１からの光は、単一モー ドファイバ１１１の放射線入力１３３に入射する。図２に示されるように、２つ のキー溝１２２に差し込まれる２つのキー１２１を備えたキー止め構造によって 、パッチコードとトランシーバの間において、１つの正しい接続だけしかできな いようにすることを確実にする。同様の接続が（不図示）が、パッチコードと設 置されたファイバの間で行われる。この場合、パッチコードと設置されたファイ バの両方とも本質的に同様のキー止めコネクタ内で終端させるのが最も好都合な ので、適合するアダプタ１０６を設けるのが有利である。アダプタ１０６には、 パッチコードファイバとそれぞれの設置されたファイバとのアライメントをとる ための手段だけしか含まれておらず、光路素子自体は含まれていない。 トランシーバの光源１３１及び光受信器１３２は、この形態の通信システムに 適した任意のタイプとすることが可能である。一般に、所望の極めて高いビット 転送速度を実現するために、送信器は半導体ダイオードレーザである。受信器は 、一般に、pinフォトダイオードである。このタイプの通信システムで用いるの に適したレーザ及びフォトダイオードについては、この分野の文献において広範 囲にわたって論じられているが、ここではこれ以上の説明を控えることにする。 当該技術者であれば、この用途に適した光源及び光受信器を容易に選択すること が可能である。 トランシーバと設置されたマルチモードファイバとを接続するための光学アセ ンブリが、ここでは、パッチコードとして設けられているが、他の形態も全く同 様に可能であり、特定の状況において好都合な可能性もある。光学アセンブリは 、単一モードとマルチモードのファイバの全長がその内部でコイル状をなすドン グルとして設けることも可能である。他の適切な形態の光学アセンブリについて は、当該技術者には容易に構想することが可能であろう。 第１の実施態様の場合、過剰充填送り込み状態を実現するためのモードの除去 は、十分な長さの単一モードファイバを備えることによって実現される。帯域幅 の崩壊の防止を助けることが可能な単一モードファイバからマルチモードファイ バへの光の送り込みに対する特定のアプロ ーチは、既知のところである。本発明の第２の実施態様では、単一モードファイ バから設置されたマルチモードファイバへの送り込みを適正に制御することによ り、この知識を利用する。この第２の実施態様の場合、米国を指定し、その米国 国内部分が１９９７年１１月６日に０８／９４５，９９３の出願番号で提出され 、その出願の内容が参照によって本明細書に組み込まれている、国際特許出願Ｐ ＣＴ／ＧＢ９７／００６４７（公告９７／３３３９０）に解説のアプローチを利 用して、単一モードファイバから設置されたマルチモードファイバへのオフセッ ト送り込みが用いられる。このアプローチの基礎については、以下で簡単に述べ ることにするが、前述の出願にはさらに詳細に記載されている。 図３には、オフセット送り込み構成の形状寸法が示されている。照射スポット ２０は、マルチモード光ファイバ６の光軸２２から距離Ｘだけオフセットしてい る。照射スポット２０は、半径がｒであり、マルチモード・ファイバ６は、半径 Ｒのコア２１を備えている。 図４及び図５は、マルチモードファイバへの過剰充填送り込み(図４)、オフセ ット送り込み（図５：ａ）、及び角度つき送り込み（図５：ｂ）に関する正規化 モード励起スペクトルの理論図である。角度つき送り込み（米国特許第５，４１ ６，８６２号に記載されている）は、ファイバの高次モードを励起するため、マ ルチモードファイバが、ファイバの軸に対してある角度をなす光ビームで照射さ れるものである。マルチモードファイバは、直径が６２．５μｍのコアと、直径 が１２５μｍのクラッディングを備えるようにモデル化されており、動作波長は 、１３００ｎｍである。オフセット送り込みの場合、照射スポットは、半径が５ μｍ（１３００ｎｍの単一モードファイバに関する標準）であり、マルチモード ファイバの軸２２から距離Ｘ＝１８μｍだけオフセットしている。角度つき送り 込みは、できる限り最適化された。これらの図から明らかなように、これら３タ イプの送り込みのモード励起スペクトルは、極めて異なっている。ＯＦＬは、低 次モードの強い励起を含む多数のモード予測励起を示している。角度つき送り込 みは、高次モードの強い励 起及び低次モードの極めてわずかな励起を示している。さらに、モード励起のグ ラフが、比較的フラットである。オフセット送り込みは、対照的に、帯域幅が広 くなり、モーダル雑音の性能が良くなると思われる、小さい中次モードグループ の強い励起を示している。中心送り込みは、一次モードだけ、または、おそらく 、一次及び二次モードを励起する。 図６には、図５の角度つき送り込み（図６：ｂ）及びオフセット送り込み（図 ６：ａ）に関する帯域幅利得が示されている。帯域幅利得は、ＯＦＬに関する帯 域幅の倍数として計算される。両方の送り込みとも、ＯＦＬに比べて帯域幅の拡 大を示すが、オフセット送り込みは、帯域幅が大幅に改善される。 図１２は、角度つき送り込み（図１２：ｂ）及びオフセット送り込み（図１２ ：ａ）に関する、単一モード送り込みファイバからマルチモード・ファイバに結 合されるパワーのグラフである。図６及び図１２から明らかなように、これらの 特定の動作条件の場合に、オフセット送り込みに関して広い帯域幅利得と少ない 損失の両方をもたらす１５μｍ〜２５μｍのオフセット範囲が存在する。しかし 、角度つき送り込みがかなりの帯域幅利得を実現するためには、結合損失の大き い動作範囲に入らなければならない。２つの送り込み技法を比較するため、図６ 及び図１２の角度つき送り込みに関して、角度が同等のオフセットに変換されて いる。図６及び図１２から明らかなように、これらの利点を実現する広範囲にわ たるオフセットが存在し、従って中心送り込みと比較して、大幅に小さい許容差 が必要とされる。 図７ａ〜図７ｅには、オフセット送り込みに関する実験結果が示されている。 発生したデータパターンに従って、単一モードで、直径９μｍのファイバのピグ テールに結合された、１３００ｎｍのファブリペローレーザから光が送り出され た。単一モードファイバのピグテールは、長さ２．２ｋｍで直径６２．５／１２ ５μｍのマルチモードファイバに突き合わせ結合された。マルチモード光ファイ バの遠隔端は、光受信器に接続され、光受信器の出力は、データパターンの回復 のためにクロック 及びデータ回復回路に送られ、さらに、サンプリングオシロスコープに渡された 。単一モードファイバのコアの中心は、マルチモードファイバのコアの中心から 軸方向に距離ｘだけオフセットさせられた。マルチモード光ファイバは、放物線 屈折率を備え、ＩＳＯ／ＩＥＣ７９３−２に従う標準的なグレーデッドインデッ クスファイバであった。このファイバの帯域幅に関するメーカのデータ（ＬＥＤ によって測定された）は、１．３μｍ及び２０℃で５００ＭＨｚ．ｋｍである。 従って、これによれば、従来の送り込み技法を用いる場合、伝送は、１Ｇビット ／秒で、せいぜい長さ１ｋｍまで、おそらくは７００ｍまでに制限されるはずで ある。図７ａ〜図７ｅには、単一モードファイバ軸とマルチモードファイバ軸の 間におけるさまざまなオフセットｘに関して、サンプリングオシロスコープに記 録されたデータパターン及びアイダイヤグラムが示されている。図７ａから明ら かなように、従来の軸上送り込みの場合、アイダイヤグラムは、実際、ほとんど 閉じており、２．２ｋｍのマルチモードファイバによる伝送後、データパターン には、かなりの歪みが示されている。単一モードファイバがマルチモードファイ バ６の軸から６．３５μｍ（オフセットｘとマルチモードファイバのコア半径Ｒ との比率０．２に対応する）だけオフセットすると、図７ｂから明らかなように 、アイダイヤグラムが開き、データパターンの示す歪みが減少する。図７ｃから 明らかなように、ｘ／Ｒの比率が０．４になると、アイダイヤグラムはほぼ完全 に開いている。ｘ／Ｒの比率が０．６になると、アイダイヤグラムは、まだ開い ているが、光受信器に到達する光パワーが大幅に減衰するので、かなりのノイズ が見受けられる。図７ｅには、ｘ／Ｒの比率が０．８の場合のデータパターンが 示されている。それでも、データパターンを回復することが可能ではあるが、こ の場合、光受信器７における光信号のレベルは、極めて低く、かなりのノイズが 生じている。コア直径が６２．５μｍのマルチモードファイバに１．３μｍの放 射を送り込むコア直径が９μｍの単一モードファイバにとって最適なｘ／Ｒの比 率は、約０．５である。 オフセットｘ／Ｒ 平均送り込みパワー アイの高さ （ｄＢｍ） （Ｖ） 0 -8.69 2.5 0.2 -870 2.5 0.4 -8.71 2.4 0.6 -8.86 ^〜0.85 0.8 -15.15 ^〜0.05 表１：異なる送り込みオフセットに関する送り込みパワーとアイの高さ 表１には、ｘ／Ｒ比率のそれぞれに関する平均送り込みパワーとアイの高さが 示されている。このことから、ｘ／Ｒの比率０．６及び０．８において、大幅な 損失を被ることが明らかである。これは、マルチモードファイバ６の端面を照射 する単一モードファイバ２からのスポットが、マルチモードファイバ６のコアの エッジに近すぎると、マルチモードファイバ６において損失の多い高次モードま たはクラッディングモードが励起されることになるためであると考えられる。し かし、ｘ／Ｒの比率が０．４の場合、極めて良好なアイダイヤグラムが、２．２ ｋｍのマルチモードファイバによって１．０６２５Ｇビット／秒で認められるが 、従来の中心送り込み（ｘ／Ｒ＝０）と比べて、ごくわずかな追加損失しか被ら ない。 第２の実施態様の場合、送り込みオフセットは、二重アダプタ１０６によって 実現されるが、パッチコード内の単一モードファイバ１１１と設置されたマルチ モードファイバ１０８の間でアライメントをとることによって、上述のオフセッ ト条件下において、光がマルチモードファイバに送り込まれる。これは、国際特 許出願公開９７／３３３９０に示されているような帯域幅の崩壊を防止するのに 役立つ。しかし、製造公差のため、現在のところ、必要なアライメントの程度を 確実に達成するアダプタを製作することが困難である。従って、アライメントプ ロセスの能動制御によって、オフセット送り込み条件が確実に実現されるように する、本発明の第３の実施態様が提供される。この実施態様について は、図８〜図１１に関して述べることにする。 図８には、全体構成が示されている。図８の構成は、送信側の単一モードファ イバの全長が、送信器から光を受けるための１本の単一モードファイバ１４１、 設置されたマルチモードファイバに接続を施すための１本のマルチモードファイ バ１４２、及び単一モードファイバとマルチモードファイバとの間の接続手段１ ４３からなる複合構成に置き換えられている点において、図１とは異なっている 。接続手段は、上述の基準に従って、単一モードファイバ１４１からマルチモー ドファイバ１４２へのオフセット送り込みを実現するために利用される。 留意すべきは、本発明のこの実施態様の望ましいバージョンにおいて、単一モ ードファイバ１４１の全長は、接続手段１４３において、マルチモードファイバ １４２の端部を照射するためにほぼ単一モードの光が供給されるのに十分である 。ほぼ単一モードの光が、この構成で生じるようにするのに必要な単一モードフ ァイバの全長は（従来の単一モードレーザを光源とした場合）、約１０ｍｍであ る。この第３の実施態様のバージョンには、この長さより短い単一モードファイ バを設けることが可能であるが、そうしたバージョンは、製作がより困難であり 、十分に理解されたマルチモードファイバへの送り込みを提供する有利な特性を 備えることもないので、好適ではない。 図９及び図１０には、単一モードファイバからマルチモードファイバへのオフ セット送り込みの能動制御を実現することが可能な方法が例示されている。それ ぞれのファイバは、フェルール１５１で終端するが、ファイバ端部は、このフェ ルール内でオフセットしている。図９には、オフセットホール１５５が示されて いる。ファイバの中心は、所定の量だけ、フェルール１５１の中心からオフセッ トしている。この量は、後述するようにクリティカルではないが、典型的な５０ μｍまたは６２．５μｍのマルチモードファイバへの送り込みに適した量は、約 １５μｍである。オフセットホールにおける光ファイバ面に対する垂線は、フェ ルールの軸に対して平行である。ファイバがオフセットするこうしたフ ェルールの構成は、容易であり、ファイバ面が、研磨によってフェルール面と平 行に形成される。 図１０に示すように、フェルール１５１は、分割スリーブ１５２によって互い にアライメントがとられる。各フェルール１５１のオフセットホール１５５が、 フェルール軸の中心から等しくオフセットして設けられているので、所望の場合 、２つのファイバ１４１、１４２は正確にアライメントをとることが可能である 。一方、ファイバの制御された回転によって、２つのファイバ間における制御さ れたオフセットを実現することも可能である。ファイバをフェルール軸からオフ セットさせるのに必要な距離は、従って、どれだけ精密にファイバの相対回転を 制御することができるかによって決まる。従って、正確なアライメントは、ファ イバフェルールの相対回転、及び同時に、マルチモードファイバから結果として の出力を測定することによって実現する。 正確なオフセットを確保するため、マルチモードファイバ１４２の出力におい て結合パワー比（ＣＰＲ）を測定することが可能である（当該技術者には明らか なように、近接場の観測によって、定性的測定値を得ることが可能である）。結 合パワー比は、現在草案の形で入手可能なＴＩＡ／ＥＩＡ規格TIA／EIA OFSTP− 14A「Optical power loss measurements of installed multimode fiber cable plant」に定義されている。この結合パワー比については、ギガビットイーサネ ット規格ＩＥＥＥ８０２．３ｚにおいても言及されている。本質的に、ＣＰＲは 、どれだけの量の光が、マルチモードファイバのコア全体に対して、ファイバの コアの中心を満たすかの測度である。マルチモードファイバから単一モードファ イバに結合されたパワーが測定され、これが、マルチモードファイバから同様の マルチモードファイバに結合されたパワーと比較される。パワー間の差が、ＣＰ Ｒである。高ＣＰＲは、ファイバの中心にほとんど光がないことを表し、一方、 低ＣＰＲは、ファイバの中心にはかなりの光が存在することを表している。この 測度は、適切な測度であり、帯域幅の崩壊を防止するには、ファイバの中心にあ る低次モ ードの励起を回避し、むしろ、ファイバの中心に存在する量がはるかに少ない中 次モードを励起することが所望される。下記の表２には、特定のマルチモードフ ァイバに関する適正な値が、一般にこれらのＣＰＲ値の実現に必要なファイバ間 のオフセットと共に示されている。これらの測定値は、パッチコードファイバで 得られたものであるが、モード分布は、コネクタを横切って、一方のマルチモー ドファイバからもう一方のマルチモードファイバに比較的むらなく伝搬するので 、ＣＰＲ値は、やはり、全体としてシステムの性能の有用な測度である。これら の値は、通信システムの使用波長によっても左右される。１３００ｎｍについて は、下記の値が決定される（しかし、８５０ｎｍといった、関心となる他の波長 に関する値を決定することも全く可能である）。 波長／ファイバのタイプ オフセット（μｍ） ＣＰＲ（ｄＢ） 1300nm/62MMF 17〜23dB 28〜40dB 1300nm/50MMF 10〜16dB 12〜20dB 表２：マルチモードファイバの実装に必要なオフセット ひとたび、上記ＣＰＲを測定することによって、ファイバ間において適正なオ フセットが実現されるものと判定されると、フェルールの相対位置が固定される 。これは、エポキシ樹脂でフェルール１５１と分割スリーブ１５２を互いに１つ のユニットへと結合することによって可能である。次に、フェルールアセンブリ 全体が、その保護のためにカプセル封じされる。さらに、単一モードファイバと マルチモードファイバ間の接続に対する歪みの影響を防止して、オフセット送り 込みの完全性を保持するために、適合する従来の歪み除去素子が設けられている 。 留意すべきは、図９〜図１１に示すアプローチを利用して、図８に示すタイプ の本発明の実施態様を実現することは不可欠ではないという点である。代替手段 を用いて、単一モードファイバ１４１とマルチモードファイバ１４２の間に有効 なオフセット送り込み接続１４３を形成 することも可能である。適合する代替解決法の１つは、単一モードファイバ１４ １とマルチモードファイバ１４２を互いに融着接続することである。 やはり留意すべきは、接続１４３においてオフセット送り込みが実現されない 場合でも、図８の構成を施すことが有利である可能性があるという点である。単 一モードファイバ１４１が、接続１４３においてほぼ単一モードの放射を提供す るのに十分な長さを有している場合、第１の実施態様の利点（十分に理解されて いるマルチモードファイバへの送り込み）は、送り込み接続の両端における単一 モードファイバとマルチモードファイバの相対位置が、パッチコードの製作中に 設定され、その後の変化から保護されるので、極めて正確に固定することができ るという付加利点によって実現される。 留意すべきは、本発明は、図示の二重構成に制限されるものではないという点 である。本発明は、さらに多くのファイバ接続が必要とされる複合構成の状況に おいて利用することが可能である。 本発明による実施態様の重要な特徴は、エンドユーザによる使いやすさである 。エンドユーザはファイバの接続において必要とされる考慮すべき事項について 、あるいは、それどころか、彼らのＬＡＮに設けられたファイバのタイプについ てさえ分かっていない可能性がある。ユーザに必要とされるのは、識別されたコ ンポーネントを互いに接続することだけであり、キー止めによって、ただ１つの 接続定位置だけが可能になるように保証される。 本発明の第１の実施態様は、設置された光ファイバが誤認された場合でも機能 し、マルチモードファイバではなく、単一モードファイバである。この場合、パ ッチコードから第１の設置されたファイバへの送り込みは、単一モード間であり 、第２の設置ファイバからの結合は単一モードとマルチモードの間である。適正 に設計すると、この構成との第１の接続に関して、満足のゆく帯域幅が提供され ることが可能であり、この構成と第２の接続については、損失を減らすことが可 能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マスク，ロバート，ウィリアム イギリス国サフォーク・アイピー６・９ジ ェイティー，アッシュボッキング，メイ ン・ロード，フィールディングス（番地表 示なし) (72)発明者 コールス，アリスティアー，ニール イギリス国バス・ビーエイ１・３アールピ ー，イースト・リー・ロード・17

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． マルチモード光ファイバ通信システムにおいて光トランシーバ（102）を マルチモード光ファイバ（108、109）に接続するための装置（101）であって、 放射線入力(133)において前記光トランシーバ(102)の光源(131)から前記 装置に入ることを許された出射光を送信部分の単一モード光ファイバ（111）へ 受け入れるように適合しており、前記単一モード光ファイバ（111）の通過後、 前記マルチモード光ファイバ通信システムの第１のマルチモード光ファイバ（10 8）内に前記出射光を送り出すように適合している前記送信部分と、及び 前記マルチモード光ファイバ通信システムの第２のマルチモード光ファイ バ（109）から前記装置に入ることを許された入射光を受信部分のマルチモード 光ファイバ（112）へ受け入れるように適合しており、前記入射光を前記光トラ ンシーバ（102）の受信器に送り込むように適合している前記受信部分と を含む、装置。 ２． 前記光トランシーバの光源（131）がレーザである、請求項１の装置。 ３． 出射光が、前記単一モード光ファイバ（111）から前記マルチモード光フ ァイバ通信システムの前記第１のマルチモード光ファイバ（108）に直接送り込 まれる、請求項１または２の装置。 ４． 前記受信部分のマルチモード光ファイバ（112）が前記第２のマルチモー ド光ファイバ（109）のコアサイズ以上の大きいコアサイズを備えている、請求 項１〜３の何れかの装置。 ５． 前記送信部分に対する接続と前記受信部分に対する接続を区別し、それに より前記送信部が、前記光源（131）と前記第１のマルチモード光ファイバ（108 ）との間の接続だけを提供することができ、 前記受信部が、前記受信器と前記第２のマルチモード光ファイバ（109）と の間の接続だけを提供することができるようにする区別手段（121、122）を更に 含む、請求項１〜５の何れかの装置。 ６． 前記区別手段（121、122）が、前記送信部分と前記受信部分の各端部にあ るキー止め機構によって提供される、請求項５の装置。 ７． 前記装置が、パッチコードの形態で提供される、請求項１〜６の何れかの 装置。 ８． 前記装置が、ドングルの形態で提供される、請求項１〜６の何れかの装置 。 ９． 前記送信部分が、該送信部分の単一モード光ファイバ（111）による伝送 後、前記放射線入力において前記装置に入ることを許された光がほぼ単一モード の光として供給されるように適合している、請求項１〜８の何れかの装置。 10． 光トランシーバ（102）と、請求項１〜９の何れかの装置を含む、マルチ モードファイバ光通信システムで用いるための通信装置。 11． 光トランシーバ（102）と、それぞれ、該光トランシーバから出力光を受 光し、該光トランシーバに入射光を供給するための第１と第２のマルチモード光 ファイバ（108、109）が含まれている通信システムであって、前記光トランシー バと前記第１と第２のマルチモード光ファイバが接続装置によって接続されてお り、該接続装置に、請求項１〜９の何れかの装置が含まれる、通信システム。 12． 前記接続装置が、請求項７に記載の装置、または請求項８に記載の装置、 または請求項７によって決まる請求項９に記載の装置であり、前記区別手段が、 それぞれ、接続における前記光トランシーバと前記装置、及び前記装置と前記第 １及び第２のマルチモード光ファイバの相対的空間配向を決定するためのキーで ある、請求項１１の通信システム。 13． マルチモード光ファイバ通信システムにおけるマルチモード光ファイバ（ 108、109）に光トランシーバ（102）を接続するための方 法であって、放射線入力（133）において前記光トランシーバ（102）の光源（13 1）から装置に入ることを許された出射光を送信部分の単一モード光ファイバ（1 11）へ受け入れるように適合しており、前記単一モード光ファイバ（111）の通 過後、前記マルチモード光ファイバ通信システムの第１のマルチモード光ファイ バ（108）内に前記出射光を送り出すように適合している前記送信部分と、前記 マルチモード光ファイバ通信システムの第２のマルチモード光ファイバ（109） から前記装置に入ることを許された入射光を受信部分のマルチモード光ファイバ （112）へ受け入れるように適合しており、前記入射光を前記光トランシーバの 受信器（132）に送り込むように適合している前記受信部分が含まれている接続 装置(101)を用いて、前記マルチモード光ファイバ通信システムの第１と第２の マルチモード光ファイバに前記光トランシーバ（102）を接続するステップを含 み、 出射光が、前記光トランシーバ（102）の光源（131）から前記接続装置の送信 部分を介して前記マルチモード光ファイバ通信システムの第１のマルチモード光 ファイバ（108）に伝送され、入射光が、前記マルチモード光ファイバ通信シス テムの第２のマルチモード光ファイバ（109）から前記接続装置の受信部分を介 して前記光トランシーバの光受信器（132）に伝送される、 方法。