JP3151053B2 - 光ファイバ伝送装置 - Google Patents

光ファイバ伝送装置

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JP3151053B2 JP15795292A JP15795292A JP3151053B2 JP 3151053 B2 JP3151053 B2 JP 3151053B2 JP 15795292 A JP15795292 A JP 15795292A JP 15795292 A JP15795292 A JP 15795292A JP 3151053 B2 JP3151053 B2 JP 3151053B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ伝送装置に関
し、より詳細には開口数の大きなプラスチック光ファイ
バを用いても高速で信号を伝送することのできる光ファ
イバ伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、石英ファイバで信号を伝送する場
合には、シングルモードあるいはGI型マルチモードフ
ァイバであるため、モード分散が小さく高速で信号を伝
送するのに適していた、しかし、石英ファイバは細径で
あり、折れやすく、接続施工を含めた全体としての経費
がかさむため、100m程度までの短距離の信号伝送す
る場合においては、コア、クラッドのいずれもプラスチ
ックで構成されたステップインデックス型のプラスチッ
ク光ファイバがよく使用されるようになってきた。
【0003】プラスチック光ファイバは開口数NA(n
umerical aperture)が大きいので、
石英ファイバと比較してモード分散が大きいため伝送帯
域が狭くなる。プラスチック光ファイバは現在6〜10
Mbpsの伝送速度で使用されており、短い距離では数
10Mbpsで使用されることが検討されている。この
程度の伝送速度であれば、伝送速度的にはプラスチック
光ファイバは充分であり、発光素子あるいは電子回路に
制限されるところが大きいが、これから情報化がさらに
進んだ時の課題として、プラスチック光ファイバのよう
に開口数NAの大きい光ファイバの場合、帯域幅を広く
する必要がある。
【0004】コア径1mmφのPMMAファイバを選択
し励振NAと帯域との関係を測定すると、励振NAが大
きいと高次モードパワーが増加してパルス幅が拡大し帯
域は狭くなる。また、励振NAが小さいほど帯域幅は広
いことが示されている(第10回繊維連合研究発表会、
1984、10、11〜12、第70頁、IEC3、プ
ラスチック光ファイバの帯域特性、山下克也、羽田野吉
紀、小山田弥平)。
【0005】さて、励振NAを制限する方法としては、
通常複数のレンズを組み合せた光学系を構成することに
よって行われている。
【0006】また、信号を伝送する場合とは異なるが、
伝送損失の測定系では、光源と被測定系ファイバとの間
に励振器を配置して、光ファイバに定常モード分布で光
を入射させる。そのためには、励振器の構成として、マ
ンドレルを2本用いて光ファイバを8の字形に巻き付け
る方式が提案されている(JIS C 6863、全プ
ラスチックマルチモード光ファイバ損失試験方法)。
【0007】励振器の光ファイバとしては、被測定光フ
ァイバと同等の光ファイバを用いて、その光ファイバの
定常モード分布を達成する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の励振NAを制限する方法として、レンズを組み合せた
光学系を構成すると、レンズの光軸合わせなどの操作性
に問題があり、コスト的にも問題となる。さらにまた、
8の字形に励振器を構成すると、定常モード分布を達成
することができるが、信号伝送には不用の10m以上の
光ファイバを幾重にも丸めて重ねるため、曲げ損失など
の挿入損失が大きいという問題がある。
【0009】そこで、本発明の目的は上述した問題点を
解消し、帯域幅が広く、構成が簡略化された光ファイバ
伝送装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の光ファイバ伝送装置は、発光素子と
信号伝送用光ファイバとの間に励振用光ファイバが配置
され、前記発光素子を出射した光が前記励振用光ファイ
バを経由して前記信号伝送用光ファイバに入射される光
ファイバ伝送装置であって、前記信号伝送用光ファイバ
の開口数がNAsであり、前記励振用光ファイバの開口
数および長さが、それぞれ、NAlおよびLであり、か
つ、コアの屈折率およびコアの直径が、それぞれ、n1
およびDである時、
【0011】
【数3】 NAs−NAl≧0.05 (3) および
【0012】
【数4】
【0013】である関係式が満たされていることを特徴
とする。
【0014】本発明において用いる信号伝送用光ファイ
バおよび励振用光ファイバの種類には特に制限はない。
【0015】信号伝送用光ファイバの開口数NAsは大
きい程本発明の効果は大きい。このNAsは0.47以
上であることが好ましくNAsは0.6以上であること
がさらに好ましい。励振用光ファイバの機能は、発光素
子を出射した光が、複数のレンズを組み合せることなど
により複雑な系にならず、極めて簡略化された構成とな
り、発光素子を出射した光が信号伝送用光ファイバへ入
射する時、励振NAlを絞り込むことが必要である。こ
のことを実現するためには、NAs−NAl≧0.05
であることが必要である。NAs−NAl<0.05で
あると励振NAlを絞り込むことができない。この差の
大きさは要求される光の伝送速度によって決定される。
図1を参照しつつ、
【0016】
【数5】 L2 ≧D2 ×(n1 2−NAl2 )/NAl2 (5) の導出方法について説明する。
【0017】励振用光ファイバのコアの屈折率をn1
励振用光ファイバのクラッドの屈折率をn2 とすれば最
大受光角θ0 である開口数NAlは、
【0018】
【数6】 NAl=sinθ0 =√(n1 2−n2 2) (6) となる。励振用光ファイバの屈折角をθ1 とする時、
【0019】
【数7】
【0020】である。励振用光ファイバのコア径をD、
レーザ光が1回全反射するための光ファイバの最小の長
さをLmin とすると、
【0021】
【数8】
【0022】となる。従って、(6)式、(7)式、お
よび(8)式より、
【0023】
【数9】
【0024】となる。従って、
【0025】
【数10】
【0026】である。(10)式をL2 min について解
くと次のようになる。
【0027】
【数11】
【0028】よって、長さLの励振用光ファイバを通過
するためには、
【0029】
【数12】
【0030】であることが必要である。
【0031】本発明の伝送装置は、例えば、図2に示す
ように構成する。送信用モジュール1に組み込まれた発
光素子2から出射した光はコネクタ3を介して励振用光
ファイバ4に送られる。このように送られた光は、アダ
プタ5によって接続されたコネクタ3を介して信号伝送
用光ファイバ6に送られる。次に、光はコネクタ3を介
して発信モジュール7に送られる。
【0032】また、本発明の光ファイバの伝送装置は図
3に示すように構成してもよい。
【0033】図3に示す構成によれば、送信用モジュー
ル1に組み込まれた発光素子2を出射した光は励振用光
ファイバ加工品8に送られる。この加工品8を通過した
光は、コネクタ3を介して信号伝送用光ファイバ6に送
られる。この光ファイバ6を通過した光はコネクタ3を
介して受信モジュール7に到達する。図3に示した励振
用光ファイバ加工品8は、図4に示すように、励振用光
ファイバ9を樹脂または金属のような保持体10に挿入
して加工して製造する。
【0034】
【作用】本発明によれば、開口数の大きなプラスチック
光ファイバを信号伝送用光ファイバとして用いても、こ
の信号伝送用光ファイバが本来有している伝送帯域より
も、はるかに広い伝送帯域において信号を伝送すること
ができる。また、本発明によれば、励振開口数を制限す
るのに、複数のレンズを組み合わせた光学系を用いるこ
とがないので、構成が簡略化される。
【0035】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0036】各実施例において求められる伝送帯域を測
定するための1方法としてパルス法を用いた。このパル
ス法の測定系の構成図を図5に示す。
【0037】パルス発生器11において発生したパルス
はドライバ12を介してLD(Laser Diod
e)13に送信される。このLDとしては応答速度の速
いものを用いた。実際の信号伝送時には、必要に応じて
LEDなど取り扱いやすい光源を用いることがある。L
D13から出射する光は励振用光ファイバ14および信
号伝送用プラスチック光ファイバ15を通過して、Si
−APD(avalanche photo diod
e)16に到達して、光は光強度から電気信号に変換さ
れる。この電気信号は増幅器17を介してサンプリング
オシロスコープ18に送られる。
【0038】一方、パルス発生器11からのパルスは遅
延発生器19を介してトリガ信号としてサンプリングオ
シロスコープ18に送られる。
【0039】サンプリングオシロスコープ18に送られ
た入射光のパルス波形と出射光のパルス波形は、コンピ
ュータ20により高速フーリエ変換され、それぞれの周
波数スペクトルを求め、その比から伝達関数をさらに求
めて、光パワーが1/2となる値から伝達帯域を求め
た。
【0040】実施例1 信号伝送用光ファイバとして、開口数NA=0.5、フ
ァイバの直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφ
であるPMMA系プラスチック光ファイバ(旭化成工業
株式会社製 FC1000)を、長さ10mで使用し
た。
【0041】励振用光ファイバは、開口数NA=0.2
8、直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφ、長
さが1mであるPMMA系プラスチック光ファイバを使
用した。
【0042】発光素子として、発振波長780nmのL
Dを使用した。
【0043】発光素子と励振用光ファイバとの端面は光
軸を合わせて軽く接触させた。励振用光ファバの他の端
面と信号伝送用光ファイバの端面はFCコネクタを使用
してファイバツーファイバ用アダプタにより接続した。
【0044】上記のパルス法により測定した伝送帯域は
600MHzであった。
【0045】実施例2 信号伝送用光ファイバとして、開口数NA=0.5、フ
ァイバの直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφ
であるPMMA系プラスチック光ファイバ(旭化成工業
株式会社製 FC1000)を、長さ10mで使用し
た。
【0046】励振用光ファイバは、開口数NA=0.3
7、直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφ、長
さが1mであるPMMA系プラスチック光ファイバを使
用した。
【0047】発光素子として、発振波長780nmのL
Dを使用した。
【0048】発光素子と励振用光ファイバとの端面は光
軸を合わせて軽く接触させた。励振用光ファイバの他の
端面と信号伝送用光ファイバの端面はFCコネクタを使
用してファイバツーファイバ用アダプタにより接続し
た。
【0049】上記のパルス法により測定した伝送帯域は
450MHzであった。
【0050】実施例3 信号伝送用光ファイバとして、開口数NA=0.5、フ
ァイバの直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφ
であるPMMA系プラスチック光ファイバ(旭化成工業
株式会社製 FC1000)を、長さ10mで使用し
た。
【0051】励振用光ファイバは、次の光ファイバ加工
品を使用した。その構成は開口数NA=0.28、直径
が1.0mmφであるPMMA系プラスチック光ファイ
バを、直径が1.05mmで長さが6mmである中空部
を有するPBT製の保持体に充填したものである。発光
素子として、780nmのLDを使用した。
【0052】発光素子と導光体用光ファイバとの端面は
光軸を合わせて軽く接触させた。励振用光ファイバの他
の端面と信号伝送用光ファイバの端面も同様に光軸を合
わせて軽く接触した。
【0053】上記のパルス法により測定した伝送帯域は
580MHzであった。
【0054】比較例1 実施例1とは違って、励振用光ファイバを取り除いて、
直接発光素子と信号伝送用光ファイバの端面を光軸を合
わせて軽く接触させた点を除いて、同じ条件で伝送帯域
の測定を行った。
【0055】伝送帯域は310MHzであり、実施例1
の伝送帯域と比較して狭った。
【0056】実施例4 信号伝送用光ファイバとして、開口数NA=0.78、
ファイバの直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mm
φであるポリカーボネイト系プラスチック光ファイバ
を、長さ10mで使用した。
【0057】励振用光ファイバは、開口数NA=0.
5、直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mmφおよ
び長さが0.5mであるPMMA系プラスチック光ファ
イバを使用した。
【0058】発光素子として、発振波長780nmのL
Dを使用した。
【0059】発光素子と導光体用光ファイバとの端面は
光軸を合わせて軽く接触させた。導光体用光ファイバの
他の端面と信号伝送用光ファイバとの端面はFCコネク
タを使用してファイバツーファイバ用アダプタにより接
続した。
【0060】上記のパルス法により測定した伝送帯域は
320MHzであった。
【0061】実施例5 信号伝送用光ファイバとして、開口数NA=0.78、
ファイバの直径が1.0mmφ、被覆外径が2.2mm
φであるポリカーボネイト系プラスチック光ファイバ
を、長さ10mで使用した。
【0062】励振用光ファイバは、次の光ファイバ加工
品を使用した。その構成は開口数NA=0.5、直径が
1.0mmφであるPMMA系プラスチック光ファイバ
を、直径が1.05mmで長さが4mmである真鍮製の
中空部を有する保持体に充填したものである。
【0063】発光素子として、発振波長780nmのL
Dを使用した。
【0064】発光素子と導光体用光ファイバとの端面は
光軸を合わせて軽く接触させた。励振用光ファイバの他
の端面と信号伝送用光ファイバの端面も同様に光軸を合
わせて軽く接触させて接続した。
【0065】上記のパルス法により測定した伝送帯域は
310MHzであった。
【0066】比較例2 実施例4とは違って、励振用光ファイバを取り除いて、
直接発光素子と信号伝送用光ファイバの端面を光軸を合
わせて軽く接触させた点を除いて、同じ条件で伝送帯域
の測定を行った。
【0067】伝送帯域は200MHzであり、実施例4
の伝送帯域と比較して狭った。
【0068】
【発明の効果】以上説明したように、開口数の大きなプ
ラスチック光ファイバを信号伝送用光ファイバとして用
いても、この信号伝送用光ファイバが本来有している伝
送帯域よりも、はるかに広い伝送帯域において信号を伝
送することができる。また、本発明によれば、励振開口
数を制限するのに、複数のレンズを組み合わせた光学系
を用いることがないので、構成が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】光を励振用光ファイバ内に絞り込むための条件
を導出するための説明図である。
【図2】本発明に係わる光ファイバの伝送装置の一実施
例を示す構成図である。
【図3】本発明に係る光ファイバの伝送装置の他の実施
例を示す構成図である。
【図4】励振用光ファイバの加工品を示す模式図であ
る。
【図5】伝送帯域を求めるためのパルス法の測定系を示
す構成図である。
【符号の説明】
1 送信用モジュール 2 発光素子 3 コネクタ 4 励振用光ファイバ 5 アダプタ 6 信号伝送用光ファイバ 7 受信モジュール 8 励振用光ファイバ加工品 9 励振用光ファイバ 10 保持体 11 パルス発生器 12 ドライバ 13 LD 14 励振用光ファイバ 15 信号伝送用光ファイバ 16 Si−APD 17 増幅器 18 サンプリングオシロスコープ 19 遅延発生器 20 コンピュータ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と信号伝送用光ファイバとの間
    に励振用光ファイバが配置され、前記発光素子を出射し
    た光が前記励振用光ファイバを経由して前記信号伝送用
    光ファイバに入射される光ファイバ伝送装置であって、 前記信号伝送用光ファイバの開口数がNAsであり、 前記励振用光ファイバの開口数および長さが、それぞ
    れ、NAlおよびLであり、かつ、コアの屈折率および
    コアの直径が、それぞれ、n1 およびDである時、 【数1】 NAs−NAl≧0.05 (1) および 【数2】 である関係式が満たされていることを特徴とする光ファ
    イバ伝送装置。
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