JP3562921B2 - Optical fiber connector with mode switching function - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光信号伝送技術に属するものであり、特に、マルチモードステップインデックス型の光ファイバ(以下、単に「SI型光ファイバ」と略す)を用いた光信号伝送において伝送可能な情報量を増大させるために用いられるモード入替え用光ファイバコネクタに関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
SI型光ファイバは、光信号伝送の媒体として広く使用されている。SI型光ファイバを伝搬する光には多数のモードが存在する。従って、SI型光ファイバを用いた光信号伝送では、光ファイバ端面に対する入射角・出射角が大きい高次モードの光は光ファイバ端面への入射角・出射角が小さい低次モードの光より光ファイバ長手方向の伝搬速度が遅くなるので、モードによって光ファイバ長手方向の伝搬速度が異なるというモード分散の現象がある。これにより、入射端から入射した信号パルスは、出射端においては、低次モードの光と高次モードの光とが合成されることによりパルス形状が劣化する。このため、特に高い周波数の信号を伝送することができないという問題がある。
【0003】
伝送可能な信号の周波数範囲を伝送帯域といい、一般に伝送可能な上限周波数値で示す。伝送帯域が広いということは、一定時間に伝達可能な情報量を多くすることができるということである。
【0004】
SI型光ファイバを用いた光信号伝送では、既に述べた様に、モード分散による信号劣化が原因で伝送帯域が制限され、例えば100m伝送における典型的な値で数十MHz〜百数十MHzと低い。
【0005】
そこで、本発明は、SI型光ファイバを用いる光信号伝送の伝送帯域を大幅に改善し、伝達可能な情報量を増大させるのに使用される光学要素を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
ステップインデックス型の光ファイバを用いて光信号を伝送する際に光入射側の第1の光ファイバと光出射側の第2の光ファイバとの間に介在せしめられる光ファイバコネクタであって、
前記第1の光ファイバの出射端及び前記第2の光ファイバの入射端と共通の光軸を持つように配置され、
各頂点どうし対向するようにして同軸状に配置された第1の円錐形状透明部材と第2の円錐形状透明部材、その径方向外方の位置に同軸状に配置された円筒形状反射部材、及び光収束手段を備えており、
前記第1の光ファイバから発散状態で出射される光を、前記第1の円錐形状透明部材へと底面から入射させ円錐面により内面反射させた後に円錐面から前記光軸に対して斜めに径方向外方へと出射させ、前記円筒形状反射部材により径方向内方へと反射させ、前記第2の円錐形状透明部材へと円錐面から入射させ円錐面により内面反射させた後に底面から出射させ、前記第2の光ファイバへと収束状態で入射させ、しかも以上の光路中に前記光収束手段が介在しており、
前記第1の光ファイバから前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって出射された高次モード光が前記第2の光ファイバへと前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって低次モード光として入射され、且つ前記第1の光ファイバから前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって出射された低次モード光が前記第2の光ファイバへと前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって高次モード光として入射されるように構成されており、
前記第1の光ファイバの長さと前記第2の光ファイバの長さとの差が50%以下である、
ことを特徴とする、モード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ、
が提供される。
【0007】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の底面及び第2の円錐形状透明部材の底面にそれぞれ隣接して配置された凸レンズである。
【0008】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の底面及び第2の円錐形状透明部材の底面をそれぞれ凸曲面となすことにより形成されている。
【0009】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の円錐面及び第2の円錐形状透明部材の円錐面にそれぞれ膨らみを付与することで形成されている。
【0010】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記円筒形状反射部材の反射面を前記光軸を含む断面が凹曲線状をなすようにすることで形成されている。
【0011】
本発明の一態様においては、前記円筒形状反射部材は円柱形状透明部材の外周面に形成されており、該円柱形状透明部材は両端面に前記第1の円錐形状透明部材及び第2の円錐形状透明部材を受け入れるための凹円錐面が形成されている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【0013】
先ず、本発明のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタの使用される光信号伝送方法について説明する。図1はこの光信号伝送方法の一実施形態を示す模式的断面図であり、図2はその伝送路の全体を示す模式図である。
【0014】
以下において、説明の便宜上、低次モード光として光軸近傍の光を代表的に図示して説明し、高次モード光として光軸から最も遠い外周部(周辺部)近傍の光を代表的に図示して説明する。但し、本発明でいう低次モード光及び高次モード光は、これら図示されたもののみに限定されるものではないことはもちろんである。
【0015】
図1及び図2において、21は第1のSI型光ファイバであり、22は第2のSI型光ファイバであり、23はこれら2つの光ファイバ21,22を接続する光ファイバコネクタである。光ファイバ21はコア21aとクラッド21bとからなり、光ファイバ22はコア22aとクラッド22bとからなる。
【0016】
図2に示されているように、光信号は、光ファイバ21の一方の端部から入射され(IN)、光ファイバ21の他方の端部から出射して光ファイバコネクタ23の一方の端部に入射され、光ファイバコネクタ23の他方の端部から出射して光ファイバ22の一方の端部へと入射され、光ファイバ22の他方の端部から出射する(OUT)。
【0017】
図1を用いて更に詳細に説明する。光ファイバ21の一方の端面に同時に入射した低次モードの光(入射角が小さい光)Aと高次モードの光(入射角が大きい光)Bとは、光ファイバ21中を伝搬し、それぞれ光ファイバ21の他方の端面からA’,B’として出射する。この出射の際には、高次モード光B’は低次モード光A’に対して時間的遅れΔtを持つ。これらの光A’,B’は、光ファイバコネクタ23を経て光ファイバ22の一方の端面に入射する。
【0018】
本実施形態では、光ファイバコネクタ23において、入射時には低次モードであった光A’を高次モード光に変換して出射させ、入射時には高次モードであった光B’を低次モード光に変換して出射させる。かくして、光ファイバコネクタ23においてモード入替えがなされ、光ファイバ22の一方の端面には、光A’が高次モードとして且つ光B’が低次モードとして入射する。
【0019】
従って、光ファイバ22の一方の端面に時間的ずれΔtをもって入射した低次モード光B’と高次モード光A’とは、光ファイバ22中を伝搬し、光ファイバ22の他方の端面からB”,A”として出射する時には、光ファイバ22への入射時の時間的ずれΔtが解消され、低次モード光B”と高次モード光A”とはほぼ同時に出射する。これにより、モード分散が解消され、伝送帯域が改善される。
【0020】
光ファイバ21の長さと光ファイバ22の長さとは原理的には等しくとるべきであり、この場合に伝送帯域改善の効果は最大となるが、光ファイバ21の長さと光ファイバ22の長さとが若干異なっても充分な効果が認められる。例えば、光ファイバ21の長さと光ファイバ22の長さとが20%程度異なっていても、伝送帯域の低下は僅かである。また、光ファイバ21の長さと光ファイバ22の長さとの差が50%程度に拡大したとしても、本発明の伝送方法を使用しない場合の2倍程度の伝送帯域は得られ、明らかな効果が認められる。
【0021】
図3は以上のような光伝送方法に用いられる本発明の光ファイバコネクタ23の第1の実施形態を示す模式的断面図であり、図4はその概略斜視図である。
【0022】
本実施形態では、SI型光ファイバ21の出射端とSI型光ファイバ22の入射端とは同軸状に対向配置されている。これらの間において、光ファイバコネクタ23が同軸状に配置されている。光ファイバコネクタ23は2枚の凸レンズ3,4とこれらの間に配置された2つの円錐形状透明部材6,7とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された1つの円筒形状反射部材5とからなる。2つの円錐形状透明部材6,7は、頂点どうしが対向するようにして(即ち、底面どうしが外向きになるようにして)配置されている。尚、本実施態様においては、「円錐形状」とは、必ずしも幾何学的に厳密な意味での円錐形状であることは要せず、所望の光学的有効領域において円錐面と底面とが存在するものであればよい。また、円筒形状反射部材5は、例えば内面に金属反射膜を付与されたものである。
【0023】
光ファイバ21の出射端から出射した光は、凸レンズ3により円形断面で光軸方向に進行する平行光とされ、円錐形状透明部材6の底面に垂直入射する。その際、光ファイバ21の出射端から出射した高次モード光は凸レンズ3の周辺部またはその近傍を通って円錐形状透明部材6の底面周辺部またはその近傍に入射し、一方、光ファイバ21の出射端から出射した低次モード光は凸レンズ3の中心部またはその近傍を通って円錐形状透明部材6の底面中心部またはその近傍に入射する。これらの光は、円錐形状透明部材6の円錐面6aにより径方向内方へと内面反射され、図3の断面内において並進し、円錐形状透明部材6の円錐面6b(内面反射された領域とは別の領域)から出射し、円筒形状反射部材5により反射される。そして、円錐形状透明部材7に到達し、その円錐面7bから入射し、円錐面7a(入射した領域とは別の領域)により光軸方向へと内面反射され、底面から垂直出射し平行光となる。以上の円錐面による内面反射は全反射であるのが好ましい。円錐形状透明部材6,7の形状及びこれらの間隔並びに円筒形状反射部材5の内径を適宜設定することにより、図3に示されているように、円錐形状透明部材6の底面の周辺部またはその近傍に入射した高次モード光を円錐形状透明部材7の底面の中心部またはその近傍へと導き且つ円錐形状透明部材6の底面の中心部またはその近傍に入射した低次モード光を円錐形状透明部材7の底面の周辺部またはその近傍へと導き、更に、これらの光を光軸方向に進行する平行光とすることができる。円錐形状透明部材6,7の頂角を約60度とすることにより、円錐面通過(入出射)の際の屈折を避けることができ有利である。円錐形状透明部材7から出射した平行光は、凸レンズ4により収束され、光ファイバ22の入射端に入射する。光ファイバ21から円錐形状透明部材6の底面の周辺部またはその近傍に入射した高次モード光は、光ファイバ22へと入射する際には、光軸とのなす角度が小さくなっているので低次モード光として光ファイバ22へと導入され、一方、光ファイバ21から円錐形状透明部材6の底面の中心部またはその近傍に入射した低次モード光は、光ファイバ22へと入射する際には、光軸とのなす角度が大きくなっているので高次モード光として光ファイバ22へと導入される。かくして、光ファイバコネクタ23により、低次モード光と高次モード光とが変換され(入替えられ)たことなる。
【0024】
図5は本発明の光ファイバコネクタの第2の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図1〜4におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【0025】
本実施形態では、光ファイバコネクタ23は底面が凸レンズ面とされた2つの円錐形状透明部材8,9とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された1つの円筒形状反射部材5とからなる。2つの円錐形状透明部材8,9は、頂点どうしが対向するようにして配置されており、底面が凸レンズ面10,11とされている。
【0026】
本実施形態は、図3及び図4の実施形態の凸レンズ3,4の光収束機能を、円錐形状透明部材8,9の底面を凸レンズ面10,11とすることにより、実現したものである。従って、本実施形態は図3及び図4の実施形態と同等の作用効果を奏する。また、本実施形態のようにすることで、部品点数が削減される。
【0027】
図6は本発明の光ファイバコネクタの第3の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図1〜5におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【0028】
本実施形態では、光ファイバコネクタ23は2枚の凸レンズ3,4とこれらの間に配置された2つの円錐形状透明部材6,7とこれら円錐形状透明部材の円錐面に適合する形状の2つの凹円錐面を両端面に有する1つの円柱形状透明部材12とからなる。ここで、凹円錐面とは、凹部を形成する様に円柱の端部から同軸状の円錐体を除去した後に、該円錐体の円錐面に対応して形成される表面をいう。2つの円錐形状透明部材6,7は、頂点どうしが対向するようにして配置されている。また、円柱形状透明部材12の外周面13は円筒形状反射部材の機能を有する。
【0029】
本実施形態は図3及び図4の実施形態と同等の作用効果を奏する。また、本実施形態のようにすることで、円柱形状透明部材12の凹円錐面に円錐形状透明部材6,7を単に適合させるのみで自動的に光軸合わせ等の光学系調整がなされるので、組み立て調整が容易である。
【0030】
図7は本発明の光ファイバコネクタの第4の実施形態を示す模式的断面図であり、図8はその概略斜視図である。これらの図において、図1〜6におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【0031】
本実施形態では、光ファイバコネクタ23は円錐面が外方へと膨らみを持つ2つの円錐形状透明部材14,15とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された1つの円筒形状反射部材16とからなる。2つの円錐形状透明部材14,15は、頂点どうしが対向するようにして配置されており、光軸を含む断面において円錐面14a,14b,15a,15bが外方に凸の曲線(例えば円弧)とされている。
【0032】
本実施形態は、図5の実施形態で円錐形状透明部材8,9の底面を凸球面10,11とすることにより実現している光収束機能を、円錐形状透明部材14,15の円錐面に負担させたものである。尚、この光収束機能は、円錐面により内面反射される際に主として実現され、円錐面を通過する際にも補助的に実現される(図7に示されている光に関していえば、円錐面14a,15aでの内面反射の際に主たる光収束作用が実現され、円錐面14b,15bを通過する際に補助的な光収束作用が実現される)。
【0033】
本実施形態は図5の実施形態と同等の作用効果を奏する。
【0034】
図9は本発明の光ファイバコネクタの第5の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図1〜8におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【0035】
本実施形態では、光ファイバコネクタ23は2つの円錐形状透明部材17,18とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された凹曲面からなる反射面をもつ1つの円筒形状反射部材19とからなる。2つの円錐形状透明部材17,18は、頂点どうしが対向するようにして配置されている。また、円筒形状反射部材19は、光軸を含む断面での形状が凹の曲線(例えば円弧)状をなす反射面を有する。
【0036】
本実施形態は、図7及び図8の実施形態で円錐形状透明部材14,15の円錐面に膨らみを持たせることで実現している光収束機能を、円筒形状反射部材19の反射内面に負担させたものである。従って、本実施形態では、円筒形状反射部材19に至るまでは光は発散状態であり、円筒形状反射部材19により反射された後は光は収束状態である。
【0037】
本実施形態は図7及び図8の実施形態と同等の作用効果を奏する。
【0038】
尚、図6の実施形態のような円筒形状透明部材12の使用は、図5、図7〜8及び図9のいずれの実施形態とも組合せて実施することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上述べたように、光ファイバ伝送路の途中に本発明によるモード入替え機能を有する光ファイバコネクタを介在させることによって、モード分散を抑制して伝送帯域を向上させ、伝達可能な情報量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光信号伝送方法の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図2】図1の光信号伝送方法の伝送路の全体を示す模式図である。
【図3】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図4】図3の光ファイバコネクタの概略斜視図である。
【図5】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図6】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図7】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図8】図7の光ファイバコネクタの概略斜視図である。
【図9】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
3,4 凸レンズ
5 円筒形状反射部材
6,7 円錐形状透明部材
6a,6b,7a,7b 円錐面
8,9 凸レンズ面状底面を持つ円錐形状透明部材
10,11 凸レンズ面状底面
12 凹円錐面を持つ円柱形状透明部材
13 外周反射面
14,15 円錐面が膨らみを持つ円錐形状透明部材
16 円筒形状反射部材
17,18 円錐形状透明部材
19 凹面形状反射面を持つ円筒形状反射部材
21,22 光ファイバ
23 光ファイバコネクタ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical signal transmission technique using an optical fiber, and particularly to an optical signal transmission technique using an optical fiber of a multi-mode step index type (hereinafter simply referred to as “SI type optical fiber”). The present invention relates to a mode switching optical fiber connector used to increase the amount of possible information.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
SI type optical fibers are widely used as a medium for optical signal transmission. There are many modes in light propagating through an SI type optical fiber. Therefore, in the optical signal transmission using the SI type optical fiber, the light in the higher-order mode having a large incident angle and emission angle with respect to the end face of the optical fiber is more light than the light in the low-order mode having a small incident angle and emission angle with respect to the end face of the optical fiber. Since the propagation speed in the longitudinal direction of the fiber becomes slow, there is a mode dispersion phenomenon in which the propagation speed in the longitudinal direction of the optical fiber differs depending on the mode. As a result, the signal pulse incident from the incident end degrades the pulse shape at the output end by combining the low-order mode light and the high-order mode light. For this reason, there is a problem that a signal of a particularly high frequency cannot be transmitted.
[0003]
The frequency range of signals that can be transmitted is called a transmission band, and is generally indicated by an upper limit frequency value at which transmission is possible. The fact that the transmission band is wide means that the amount of information that can be transmitted in a given time can be increased.
[0004]
In the optical signal transmission using the SI type optical fiber, as described above, the transmission band is limited due to the signal degradation due to the mode dispersion. For example, a typical value in 100 m transmission is several tens MHz to one hundred and several tens MHz. Low.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical element used to significantly improve the transmission band of optical signal transmission using an SI type optical fiber and increase the amount of information that can be transmitted. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, as achieving the above objects,
An optical fiber connector interposed between a first optical fiber on a light incident side and a second optical fiber on a light emitting side when transmitting an optical signal using an optical fiber of a step index type,
It is arranged so as to have a common optical axis with the exit end of the first optical fiber and the entrance end of the second optical fiber,
A first conical-shaped transparent member and a second conical-shaped transparent member coaxially arranged so as to face each other, and a cylindrical reflecting member coaxially arranged at a position radially outward of the first and second conical-shaped transparent members; Light converging means,
Light emitted in a divergent state from the first optical fiber is incident on the first conical-shaped transparent member from the bottom surface, is internally reflected by the conical surface, and then has a diameter oblique to the optical axis from the conical surface. In the direction outward, reflected inward in the radial direction by the cylindrical reflecting member, made incident on the second cone-shaped transparent member from the conical surface, reflected internally by the conical surface, and then emitted from the bottom surface. The light is converged into the second optical fiber, and the light converging means is interposed in the above optical path;
Higher-order mode light emitted from the first optical fiber with a relatively large inclination with respect to the optical axis is converted into low-order mode light with a relatively small inclination with respect to the optical axis to the second optical fiber. Low-order mode light that is incident and emitted from the first optical fiber with a relatively small inclination with respect to the optical axis is incident on the second optical fiber with a relatively large inclination with respect to the optical axis. It is configured to be incident as the next mode light ,
A difference between the length of the first optical fiber and the length of the second optical fiber is 50% or less;
An optical fiber connector having a mode switching function,
Is provided.
[0007]
In one aspect of the present invention, the light converging means is a convex lens disposed adjacent to the bottom surface of the first conical transparent member and the bottom surface of the second conical transparent member.
[0008]
In one aspect of the present invention, the light converging means is formed by forming the bottom surface of the first conical transparent member and the bottom surface of the second conical transparent member into convex curved surfaces.
[0009]
In one aspect of the present invention, the light converging means is formed by giving bulges to the conical surface of the first conical transparent member and the conical surface of the second conical transparent member.
[0010]
In one aspect of the present invention, the light converging means is formed by making the cross section including the optical axis of the reflecting surface of the cylindrical reflecting member form a concave curve.
[0011]
In one embodiment of the present invention, the cylindrical reflecting member is formed on an outer peripheral surface of a cylindrical transparent member, and the cylindrical transparent member has the first conical transparent member and the second conical transparent member on both end surfaces. A concave conical surface for receiving the transparent member is formed.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
First, an optical signal transmission method using an optical fiber connector having a mode switching function according to the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of this optical signal transmission method, and FIG. 2 is a schematic view showing the entire transmission line.
[0014]
In the following, for convenience of explanation, light near the optical axis is typically illustrated and described as low-order mode light, and light near the outer periphery (peripheral portion) farthest from the optical axis is typically illustrated as high-order mode light. It is illustrated and described. However, the low-order mode light and the high-order mode light in the present invention are not limited to those shown in the drawings.
[0015]
1 and 2, reference numeral 21 denotes a first SI optical fiber, reference numeral 22 denotes a second SI optical fiber, and reference numeral 23 denotes an optical fiber connector for connecting the two optical fibers 21 and 22. The optical fiber 21 includes a core 21a and a clad 21b, and the optical fiber 22 includes a core 22a and a clad 22b.
[0016]
As shown in FIG. 2, the optical signal enters from one end of the optical fiber 21 (IN), exits from the other end of the optical fiber 21, and exits from one end of the optical fiber connector 23. And exits from the other end of the optical fiber connector 23, enters the one end of the optical fiber 22, and exits from the other end of the optical fiber 22 (OUT).
[0017]
This will be described in more detail with reference to FIG. The low-order mode light (light having a small incident angle) A and the high-order mode light (light having a large incident angle) B simultaneously incident on one end face of the optical fiber 21 propagate through the optical fiber 21, respectively. The light exits from the other end face of the optical fiber 21 as A ′ and B ′. At the time of this emission, the higher-order mode light B ′ has a time delay Δt with respect to the lower-order mode light A ′. These lights A ′ and B ′ enter one end face of the optical fiber 22 via the optical fiber connector 23.
[0018]
In the present embodiment, the light A ′, which was in the low-order mode at the time of incidence, is converted into high-order mode light and emitted from the optical fiber connector 23, and the light B ′, which was in the high-order mode at the time of incidence, is converted into low-order mode light. And output. Thus, the mode is switched in the optical fiber connector 23, and the light A ′ enters the one end face of the optical fiber 22 as the higher-order mode and the light B ′ enters the lower-order mode.
[0019]
Accordingly, the lower-order mode light B ′ and the higher-order mode light A ′ that have entered the one end face of the optical fiber 22 with a time shift Δt propagate through the optical fiber 22, and are transmitted from the other end face of the optical fiber 22 to B ′. When the light is emitted as “, A”, the time shift Δt at the time of entering the optical fiber 22 is eliminated, and the low-order mode light B ″ and the high-order mode light A ″ are emitted almost simultaneously. Thereby, the mode dispersion is eliminated and the transmission band is improved.
[0020]
In principle, the length of the optical fiber 21 and the length of the optical fiber 22 should be equal. In this case, the effect of improving the transmission band is maximized. Even if slightly different, a sufficient effect is recognized. For example, even if the length of the optical fiber 21 differs from the length of the optical fiber 22 by about 20%, the decrease in the transmission band is slight. Further, even if the difference between the length of the optical fiber 21 and the length of the optical fiber 22 is increased to about 50%, a transmission band about twice as large as when the transmission method of the present invention is not used can be obtained, and a clear effect can be obtained. Is recognized.
[0021]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a first embodiment of the optical fiber connector 23 of the present invention used in the above-described optical transmission method, and FIG. 4 is a schematic perspective view thereof.
[0022]
In the present embodiment, the output end of the SI optical fiber 21 and the input end of the SI optical fiber 22 are coaxially opposed to each other. The optical fiber connector 23 is coaxially arranged between them. The optical fiber connector 23 includes two convex lenses 3 and 4, two conical transparent members 6 and 7 disposed therebetween, and one cylindrical reflective member disposed radially outward of the conical transparent members. 5 The two conical transparent members 6 and 7 are arranged such that the vertices face each other (that is, the bottom surfaces face outward). In the present embodiment, the “cone shape” does not necessarily have to be a conical shape in a strictly geometrical sense, and a conical surface and a bottom surface exist in a desired optically effective area. Anything should do. The cylindrical reflecting member 5 has, for example, a metal reflecting film provided on the inner surface.
[0023]
The light emitted from the emission end of the optical fiber 21 is converted into parallel light traveling in the optical axis direction with a circular cross section by the convex lens 3, and vertically enters the bottom surface of the conical transparent member 6. At that time, the higher-order mode light emitted from the emission end of the optical fiber 21 passes through the periphery of the convex lens 3 or its vicinity and enters the periphery of the bottom surface of the conical transparent member 6 or its vicinity. The low-order mode light emitted from the emission end passes through the central part of the convex lens 3 or its vicinity, and enters the central part of the bottom surface of the conical transparent member 6 or its vicinity. These lights are internally reflected radially inward by the conical surface 6 a of the conical transparent member 6, are translated in the cross section of FIG. 3, and are conical with the conical surface 6 b of the conical transparent member 6. Is emitted from another region) and is reflected by the cylindrical reflecting member 5. Then, the light reaches the transparent member 7 having a conical shape, enters from the conical surface 7b, is internally reflected in the direction of the optical axis by the conical surface 7a (an area different from the area where the light enters), exits perpendicularly from the bottom surface, and becomes parallel light. Become. The internal reflection by the conical surface described above is preferably total reflection. By appropriately setting the shapes of the conical-shaped transparent members 6 and 7 and their intervals and the inner diameter of the cylindrical-shaped reflecting member 5, as shown in FIG. The higher-order mode light incident on the vicinity is guided to or near the center of the bottom surface of the conical transparent member 7 and the lower-order mode light incident on or near the center of the bottom surface of the conical transparent member 6 is conical transparent. The light can be guided to the peripheral portion of the bottom surface of the member 7 or the vicinity thereof, and further, these lights can be converted into parallel light traveling in the optical axis direction. By setting the apex angle of the conical transparent members 6 and 7 to about 60 degrees, refraction during passage through a conical surface (incoming and outgoing) can be advantageously avoided. The parallel light emitted from the conical transparent member 7 is converged by the convex lens 4 and is incident on the incident end of the optical fiber 22. Higher-order mode light that has entered from the optical fiber 21 to the peripheral portion of the bottom surface of the conical transparent member 6 or in the vicinity thereof has a low angle with the optical axis when entering the optical fiber 22 because it has a small angle with the optical axis. On the other hand, the low-order mode light that is introduced into the optical fiber 22 as the next mode light and enters the central portion of the bottom surface of the conical transparent member 6 or in the vicinity thereof from the optical fiber 21 when the light enters the optical fiber 22 Since the angle with the optical axis is large, the light is introduced into the optical fiber 22 as higher-order mode light. Thus, the low-order mode light and the high-order mode light are converted (replaced) by the optical fiber connector 23.
[0024]
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a second embodiment of the optical fiber connector of the present invention. In this figure, members having the same functions as those in FIGS. 1 to 4 are denoted by the same reference numerals.
[0025]
In this embodiment, the optical fiber connector 23 is composed of two conical transparent members 8 and 9 each having a convex lens surface on the bottom surface and one cylindrical reflective member 5 disposed radially outward of the conical transparent members. Become. The two conical transparent members 8 and 9 are arranged so that the vertices face each other, and the bottom surfaces are convex lens surfaces 10 and 11.
[0026]
In the present embodiment, the light converging function of the convex lenses 3 and 4 in the embodiment of FIGS. 3 and 4 is realized by making the bottom surfaces of the conical transparent members 8 and 9 convex surfaces 10 and 11. Therefore, the present embodiment has the same operation and effect as the embodiment of FIGS. In addition, the number of components can be reduced by adopting this embodiment.
[0027]
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a third embodiment of the optical fiber connector of the present invention. In this figure, members having the same functions as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals.
[0028]
In the present embodiment, the optical fiber connector 23 includes two convex lenses 3 and 4, two conical transparent members 6 and 7 disposed between the two convex lenses 3 and 4, and two conical transparent members 6 and 7 having a shape matching the conical surfaces of the conical transparent members. One cylindrical transparent member 12 having a concave conical surface on both end surfaces. Here, the concave conical surface refers to a surface formed corresponding to the conical surface of the conical body after removing the coaxial conical body from the end of the cylinder so as to form a concave portion. The two conical transparent members 6 and 7 are arranged such that the vertices face each other. The outer peripheral surface 13 of the cylindrical transparent member 12 has a function of a cylindrical reflecting member.
[0029]
This embodiment has the same functions and effects as the embodiments of FIGS. In addition, according to the present embodiment, the optical system adjustment such as the optical axis alignment is automatically performed by simply adjusting the conical transparent members 6 and 7 to the concave conical surface of the cylindrical transparent member 12. Easy to assemble and adjust.
[0030]
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a fourth embodiment of the optical fiber connector of the present invention, and FIG. 8 is a schematic perspective view thereof. In these drawings, members having the same functions as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals.
[0031]
In this embodiment, the optical fiber connector 23 includes two conical transparent members 14 and 15 having conical surfaces bulging outward, and one cylindrical reflecting member disposed radially outward of the conical transparent members. 16 The two conical transparent members 14 and 15 are arranged such that their vertices face each other, and in a cross section including the optical axis, the conical surfaces 14a, 14b, 15a and 15b have outwardly convex curves (for example, arcs). It has been.
[0032]
In the present embodiment, the light converging function realized by making the bottom surfaces of the conical transparent members 8 and 9 into convex spherical surfaces 10 and 11 in the embodiment of FIG. 5 is added to the conical surfaces of the conical transparent members 14 and 15. It was a burden. Note that this light convergence function is mainly realized when the light is internally reflected by the conical surface, and is also auxiliaryly realized when the light passes through the conical surface. The main light converging function is realized at the time of internal reflection at 14a and 15a, and the auxiliary light converging function is realized at the time of passing through the conical surfaces 14b and 15b.)
[0033]
This embodiment has the same operation and effect as the embodiment of FIG.
[0034]
FIG. 9 is a schematic sectional view showing a fifth embodiment of the optical fiber connector of the present invention. In this figure, members having the same functions as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals.
[0035]
In this embodiment, the optical fiber connector 23 includes two conical transparent members 17 and 18 and one cylindrical reflective member 19 having a concave curved surface disposed radially outward of the conical transparent members. Consists of The two conical transparent members 17 and 18 are arranged such that their vertices face each other. Further, the cylindrical reflecting member 19 has a reflecting surface whose cross section including the optical axis has a concave curve (for example, an arc) shape.
[0036]
In this embodiment, the light converging function realized by giving the conical surfaces of the conical transparent members 14 and 15 bulges in the embodiment of FIGS. 7 and 8 is loaded on the reflection inner surface of the cylindrical reflection member 19. It was made. Therefore, in the present embodiment, the light is in a divergent state up to the cylindrical reflecting member 19, and the light is in a converging state after being reflected by the cylindrical reflecting member 19.
[0037]
This embodiment has the same functions and effects as those of the embodiment shown in FIGS.
[0038]
Note that the use of the cylindrical transparent member 12 as in the embodiment of FIG. 6 can be implemented in combination with any of the embodiments of FIGS. 5, 7 to 8 and 9.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, by interposing the optical fiber connector having the mode switching function according to the present invention in the middle of the optical fiber transmission line, the mode dispersion is suppressed, the transmission band is improved, and the amount of information that can be transmitted is increased. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of an optical signal transmission method.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the entire transmission path of the optical signal transmission method of FIG.
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an embodiment of the optical fiber connector of the present invention.
FIG. 4 is a schematic perspective view of the optical fiber connector of FIG.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing an embodiment of the optical fiber connector of the present invention.
FIG. 6 is a schematic sectional view showing an embodiment of the optical fiber connector of the present invention.
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an embodiment of the optical fiber connector of the present invention.
FIG. 8 is a schematic perspective view of the optical fiber connector of FIG. 7;
FIG. 9 is a schematic sectional view showing an embodiment of the optical fiber connector of the present invention.
[Explanation of symbols]
3, 4 Convex lens 5 Cylindrical reflective member 6, 7 Conical transparent member 6a, 6b, 7a, 7b Conical surface 8, 9 Conical transparent member 10, 11 having convex lens surface bottom Surface convex lens surface bottom 12 Concave surface Cylindrical transparent member 13 having outer peripheral reflecting surfaces 14, 15 Conical transparent member 16 having a conical bulge Cylindrical reflecting member 17, 18 Conical transparent member 19 Cylindrical reflecting member 21, 22 having concave reflecting surface Optical fiber 23 Optical fiber connector

Claims (6)

ステップインデックス型の光ファイバを用いて光信号を伝送する際に光入射側の第1の光ファイバと光出射側の第2の光ファイバとの間に介在せしめられる光ファイバコネクタであって、
前記第1の光ファイバの出射端及び前記第2の光ファイバの入射端と共通の光軸を持つように配置され、
各頂点どうし対向するようにして同軸状に配置された第1の円錐形状透明部材と第2の円錐形状透明部材、その径方向外方の位置に同軸状に配置された円筒形状反射部材、及び光収束手段を備えており、
前記第1の光ファイバから発散状態で出射される光を、前記第1の円錐形状透明部材へと底面から入射させ円錐面により内面反射させた後に円錐面から前記光軸に対して斜めに径方向外方へと出射させ、前記円筒形状反射部材により径方向内方へと反射させ、前記第2の円錐形状透明部材へと円錐面から入射させ円錐面により内面反射させた後に底面から出射させ、前記第2の光ファイバへと収束状態で入射させ、しかも以上の光路中に前記光収束手段が介在しており、
前記第1の光ファイバから前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって出射された高次モード光が前記第2の光ファイバへと前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって低次モード光として入射され、且つ前記第1の光ファイバから前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって出射された低次モード光が前記第2の光ファイバへと前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって高次モード光として入射されるように構成されており、
前記第1の光ファイバの長さと前記第2の光ファイバの長さとの差が50%以下である、
ことを特徴とする、モード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
An optical fiber connector interposed between a first optical fiber on a light incident side and a second optical fiber on a light emitting side when transmitting an optical signal using an optical fiber of a step index type,
It is arranged so as to have a common optical axis with the exit end of the first optical fiber and the entrance end of the second optical fiber,
A first conical-shaped transparent member and a second conical-shaped transparent member coaxially arranged so as to face each other, and a cylindrical reflecting member coaxially arranged at a position radially outward of the first and second conical-shaped transparent members; Light converging means,
Light emitted in a divergent state from the first optical fiber is incident on the first conical-shaped transparent member from the bottom surface, is internally reflected by the conical surface, and then has a diameter oblique to the optical axis from the conical surface. In the direction outward, reflected inward in the radial direction by the cylindrical reflecting member, made incident on the second cone-shaped transparent member from the conical surface, reflected internally by the conical surface, and then emitted from the bottom surface. The light is converged into the second optical fiber, and the light converging means is interposed in the above optical path;
Higher-order mode light emitted from the first optical fiber with a relatively large inclination with respect to the optical axis is converted into low-order mode light with a relatively small inclination with respect to the optical axis to the second optical fiber. Low-order mode light that is incident and emitted from the first optical fiber with a relatively small inclination with respect to the optical axis is incident on the second optical fiber with a relatively large inclination with respect to the optical axis. It is configured to be incident as the next mode light ,
A difference between the length of the first optical fiber and the length of the second optical fiber is 50% or less;
An optical fiber connector having a mode switching function.
前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の底面及び第2の円錐形状透明部材の底面にそれぞれ隣接して配置された凸レンズであることを特徴とする、請求項1に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。The mode switching according to claim 1, wherein the light converging means is a convex lens disposed adjacent to a bottom surface of the first conical transparent member and a bottom surface of the second conical transparent member, respectively. Optical fiber connector with functions. 前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の底面及び第2の円錐形状透明部材の底面をそれぞれ凸曲面となすことにより形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。2. The mode according to claim 1, wherein the light converging means is formed by forming a bottom surface of the first conical transparent member and a bottom surface of the second conical transparent member as convex curved surfaces. Optical fiber connector with replacement function. 前記光収束手段は前記第1の円錐形状透明部材の円錐面及び第2の円錐形状透明部材の円錐面にそれぞれ膨らみを付与することで形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。The said light converging means is formed by giving a swelling to the conical surface of the said 1st conical-shaped transparent member, and the conical surface of a 2nd conical-shaped transparent member, respectively, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Optical fiber connector with mode switching function. 前記光収束手段は前記円筒形状反射部材の反射面を前記光軸を含む断面が凹曲線状をなすようにすることで形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。2. The mode switching function according to claim 1, wherein the light converging unit is formed by making a reflection surface of the cylindrical reflection member so that a cross section including the optical axis forms a concave curve. 3. With fiber optic connector. 前記円筒形状反射部材は円柱形状透明部材の外周面に形成されており、該円柱形状透明部材は両端面に前記第1の円錐形状透明部材及び第2の円錐形状透明部材を受け入れるための凹円錐面が形成されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。The cylindrical reflecting member is formed on an outer peripheral surface of a cylindrical transparent member, and the cylindrical transparent member has concave cones on both end surfaces for receiving the first and second conical transparent members. The optical fiber connector having a mode switching function according to any one of claims 1 to 5, wherein a surface is formed.
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