JP3683041B2

JP3683041B2 - Optical fiber

Info

Publication number: JP3683041B2
Application number: JP17766396A
Authority: JP
Inventors: 康博小池; 則司大石
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1996-07-08
Filing date: 1996-07-08
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-07-08
Also published as: JPH1020138A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信用の光ファイバに関し、特にマルチモード形の光ファイバにおける伝送情報量の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信に用いられる光ファイバには、モードに関してシングルモード形とマルチモード形があり、また屈折率分布の形態に関してステップインデックス形とグラディエントインデックス形があるなど種々のタイプがあり、その各々に特徴がある。中でもマルチモード・ステップインデックス形ファイバ（以下ＳＩファイバと言う）は、例えば数百μｍ〜１ｍｍ程度のコア径とすることが可能で、光源や受光器との接続やファイバ−ファイバ間の接続などにおける取扱いが容易であること、また同じく大きなコア径が可能なグラディエントインデックス形に比べ製造工程が単純であるため低コストであることなどの理由から、比較的短距離の通信や器機内でのデータ伝送手段として多用されている。
【０００３】
しかしＳＩファイバには、伝搬する光線のモードによる伝搬速度が異なる効果、いわゆるモード分散が大きく、これによって入射光パルスの時間幅が伝搬距離の増大に応じて広がり、パルス形状が崩れ易いという現象がある。このためＳＩファイバは、シングルモード・ステップインデックス形ファイバやグラディエントインデックス形ファイバに比べ、同じ伝送距離における伝送帯域が数百分の１程度と狭く、単位時間に伝送可能な情報量が格段に少ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ＳＩファイバにおける上記のような伝送帯域の問題を改善することを目的としており、特にＳＩファイバにおける上記のような製造の容易性を損なうことなく、伝送帯域を改善することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による光ファイバは、そのコアが、クラッドに内接するアウターコアと、このアウターコア内に設けられ且つアウターコアとは異なる屈折率を与えられた一つ又は複数のインナーコアとからなり、且つそのアウターコアが、伝搬途中の光線に反射角の変化を生じさせるように曲率を変化させる部分を外周面に有している。
【０００６】
曲率変化部分を有するアウターコアの外周形状の具体的態様としては様々な形状が可能である。その代表的な一つは、内側に凸である曲面部、つまり曲面的な凹部を外周面に少なくとも一つ有する形状である。他の代表的な一つは、コアの横断面における外周形状を、例えば楕円形、あるいはなめらか曲面による角部を複数有する多角形的な形状などのように、外側に凸である曲面のみからなる非円形形状とする形状である。
【０００７】
上記のような本発明による光ファイバでは、コアをアウターコアとインナーコアからなる多層構造としたことによる効果と、コアの外周面に曲率変化部分を設けたことによる効果とが協働することにより、効果的に伝送帯域を広げることができる。コアをアウターコアとインナーコアからなる多層構造としたことにより伝送帯域の改善を図れる理由は、多層構造として最も単純である図１３に示すような構造、つまり断面形状がそれぞれ真円形であるアウターコアＡとインナーコアＢを同心的に設け、且つインナーコアの屈折率をアウターコアの屈折率より高くした単純多層構造を例にして説明すると、以下の通りである。
【０００８】
光ファイバを伝搬する光線は、実質的に全てスキューレイ、つまり光ファイバの中心軸を含むメリディオナル面から外れる光線であると見なせる。図１３のような単純多層構造の光ファイバにおけるスキューレイには、光ファイバへの入射角度と入射位置とによって、屈折率の高いインナーコアに閉じ込められてインナーコアのみを伝搬する光線Ｒａのような成分、インナーコアの外側でアウターコアのみを伝搬する光線Ｒｂのような成分、それに両コアに跨がって伝搬する光線Ｒｃのような成分とがある。
【０００９】
このような形態の光ファイバの開口数は、コアの屈折率が最も高い部分、すなわちインナーコアとクラッドの屈折率によって決まるため、アウターコアの屈折率をインナーコアとクラッドとのほぼ中間の値とすると、光線Ｒａは同じ開口数のステップインデック形スファイバのほぼ１／２の開口数を持つ導波路を伝わる光線となり、光線Ｒａの成分のみによる伝送帯域は、同じ開口数のステップインデック形スファイバのほぼ２倍である。また光線Ｒｃの成分のみによる伝送帯域も光線Ｒａと同様に同じ開口数のステップインデック形スファイバのほぼ２倍である。
【００１０】
そして光線Ｒａと光線Ｒｃとについて見れば、光線Ｒｃは光線Ｒａより平均光路長が長くなるが、一方で、インナーコアの屈折率をアウターコアのそれより大きくしてあるとすれば、光線Ｒａは屈折率が大きくて伝搬速度の遅い領域のみを伝搬し、光線Ｒｃは屈折率が小さくて伝搬速度の速い領域も伝搬する。すなわち光線Ｒａは、光路長が短いという伝搬速度を相対的に速める要素と、伝搬速度の遅い領域のみを伝搬するという伝搬速度を相対的に遅くする要素を持ち、一方光線Ｒｃは、光路長が長いという伝搬速度を相対的に遅くする要素と、伝搬速度の早い領域も伝搬するという伝搬速度を相対的に速める要素を持つ。この結果、インナーコアの径と屈折率を適当に調整することで光線Ｒａと光線Ｒｃの平均伝搬速度を等しくすることができ、伝送帯域は同じ開口数のステップインデック形スファイバより大きなものとなる。
【００１１】
このようにして得られる伝送帯域の改善効果は、モデル計算から求めると、同一開口数の従来のステップインデックス形の光ファイバに比べ、図１３のようにインナーコアを単層としてコア全体を２層とする構造の場合であれば、２倍弱程度に伝送帯域を広げることであり、インナーコアを２層としてコア全体を３層とする構造の場合であれば２倍強程度に伝送帯域を広げることである。単純多層構造タイプにおける伝送帯域の改善レベルがこの程度にとどまるのには、光線Ｒｂのような成分があることが大きく影響している。すなわちアウターコアのみを伝搬する光線Ｒｂは、屈折率の小さいアウターコアのみを通過するので平均伝搬速度が速く、光線ＲａやＲｃのように平均伝搬速度を一致させることができない。また光線Ｒｂは、アウターコアＡとクラッドＣの界面付近に沿って螺旋に近い光路で伝搬する著しく伝搬速度の遅い成分を含む。この結果、光線Ｒｂがあることにより、伝搬速度の均一化が阻害される。
【００１２】
以上の説明から理解できるように、多層コア構造の光ファイバについては、光線Ｒｂのような成分をできるだけ減少させることで、伝送帯域をより一層改善することが可能となるが、本発明による光ファイバでは以下のようにしてこのことを実現している。
【００１３】
本発明による光ファイバを伝搬する光線は、伝搬途中にアウターコアとクラッドの界面で反射する際に、アウターコアにおける凹部などの曲率が変化している部分において主に不規則的に反射角を変化させる。このため図１３における光線Ｒｂのような伝搬光路をとり続けることのできる光線はほとんどなくなり、光線の多くは図１３における光線Ｒｃのように伝搬するようになる。また光線Ｒｂの内で特に伝搬速度の遅い成分、つまり光線の進行ベクトルが繊維軸となす角度が特に大きい成分はコア外に排除される。この結果、図１３における光線Ｒｂのような成分を効果的に減少させることができる。
【００１４】
本発明におけるアウターコアの外周面に曲率変化部分を設ける構造は、このようメカニズムで伝送帯域の改善に寄与するが、この他のメカニズムでも伝送帯域の改善に寄与する。すなわち図１３における光線Ｒｃのようにインナーコアとアウターコアの両方に跨がって通過する光線は、アウターコアが外周面に曲率変化部分を有するために、伝搬途中でアウターコアとクラッドとの界面における入反射のパターンを非周期的つまりランダム的に変化させる。このため伝搬途中でランダム的に速度変化を生じ、このランダム的な速度変化による平均化作用により、伝搬速度の均一化を生じる。そしてこの結果、伝送帯域をさらに改善することができる。
【００１５】
上記のような本発明による光ファイバについては、インナーコアにもアウターコアと同様に、伝搬途中の光線に反射角の変化を生じさせるように曲率を変化させる部分をその外周面に設けることができる。このようにすると、インナーコアに閉じ込められる光線にも含まれる図１３の（ａ）に示す光線Ｒｄのような成分、つまりインナーコアとアウターコアとの界面付近を螺旋的に伝搬する成分を上記と同様にして効果的に減少させることができるし、またインナーコアに閉じ込められる光線の割合を小さくすることができる。この結果、各光線についての伝搬速度の均一化の程度をより向上させることができる。
【００１６】
本発明による光ファイバは、以上のように、コアをアウターコアとインナーコアからなる多層構造としたことによる効果と、アウターコアの外周面を曲率変化部分などにより変形させて非真円形としたことによる効果とが協働することで効果的に伝送帯域を広げることができる。モデル計算によると、コアが２層である場合で、同じ開口数の従来のＳＩファイバに比べ約３倍の伝送帯域を実現可能である。
【００１７】
本発明による光ファイバは、以上のようにして広い伝送帯域を可能とするが、同時に製造の容易性も持っている。すなわち本発明による光ファイバは、基本的には従来のステップインデックス形の光ファイバで一般的に用いられているのと同様の製造方法で製造することが可能であり、したがってコアが多層であるものの、コアの多層化程度を適当な範囲、例えばインナーコアを一つか二つとすることで、一般的な近距離通信で望まれる伝送帯域を満足させ、しかも従来のステップインデックス形の光ファイバにおけるのとそれ程変わらない条件で製造することができる。
【００１８】
ここで、以上の説明では、アウターコアの屈折率がインナーコアのそれより小さく屈折率が順方向で分布することを前提にしていたが、アウターコアの屈折率をインナーコアのそれより大きくする逆方向分布も可能である。この場合には、インナーコアに閉じ込められる光線はなくせるが、その一方でアウターコアに閉じ込められる光線が生じる。そのため、伝送帯域の改善効果は、順方向分布の場合とほぼ同一である。
【００１９】
上記のような本発明による光ファイバについては、クラッドの厚みを均一にし、且つこのクラッドに外接する保護層を設けるようにするのがより好ましく、この保護層の外周形状を円形とすることで、以下のような実用上の要求を満足させることができる。
【００２０】
本発明による光ファイバは、そのコアが上記のように外周面に凹部を有する外周形状や外側に凸である曲面のみからなる非円形の外周形状を有する。このため、実用上で好ましい円形の形状を光ファイバの外周に与えると、クラッドに厚みの異なる部分を生じることになり、またクラッドの平均的な厚さも厚くなる。このことは、温度変化や湿度変化によるコアとクラッドの界面への影響を増大させる原因となる。したがってクラッドの厚みを均一にすると共にファイバの外周を円形とすることが望まれるが、上記のようにすることでこの要求を満足させることができる。
【００２１】
またこのような構造は、以下のような付加的な利点ももたらす。すなわち保護層は、屈折率や透明性についての特別な要件を必要としない。したがって保護層については自由に材料を選択することができ、特に耐熱性や撥水性あるいは難燃性などに優れた材料で保護層を形成することにより、ファイバに新たな機能を付加することが可能となる。また保護層を設けることでクラッドを全体として薄くすることができ、クラッド用の材料の使用量を少なくすることが可能となる。しかもファイバとしての物理的強度や耐久性をコアと保護層に負担させることができる、つまりクラッドに対する物理的強度や耐久性などの要件を緩和でき、このためクラッド材の選択幅を広くすることができる。
【００２２】
【実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態について説明する。図１〜図７に示す各実施形態は、何れもアウターコアが外周面に複数の凹部を有するタイプに関し、図８及び図９に示す各実施形態は、何れもアウターコアが外側に凸である曲面のみからなる外周形状を有するタイプに関し、図１０に示す実施形態は、保護層を有するタイプに関し、図１１及び図１２に示す各実施形態は、何れもインナーコアが二つである３層構造のタイプに関する。ここで図１〜図１２における符号Ｃｄ₁〜Ｃｄ₁₂は各実施形態による光ファイバのクラッドを示し、符号Ｃｒ₁〜Ｃｒ₁₂は各実施形態による光ファイバのコアを示している。
【００２３】
第１の実施形態（図１）；本実施形態による光ファイバのアウターコア１は、内側に凸な曲面部である凹部２を外周面に２個有する。２個の凹部２は、何れも同じ大きさで同じ形状とし、鏡面対称となるように配置する。またインナーコア３は、外側に凸な曲面部である凸部４を外周面に２個有する。この２個の凸部４も凹部２と同様に、何れも同じ大きさで同じ形状とし、鏡面対称となるように配置する。そしてさらにコア全体でも鏡面対称を持つような関係をアウターコア１とインナーコア３に与える。このようにすることにより、温度変化や湿度変化に対する耐久性を高めることができる。
【００２４】
第２の実施形態（図２）；本実施形態による光ファイバは、そのアウターコア１とインナーコア３の関係が９０°回転している点を除いて、基本的には第１の実施形態と同じである。
【００２５】
第３の実施形態（図３）；本実施形態は、第１の実施形態と同様の凹部２を３個有するアウターコア５に第１の実施形態と同様の凸部４を３個有するインナーコア６を組み合わせたタイプで、この場合にも凹部２や凸部４に関して鏡面対称を持つようにする。
【００２６】
第４の実施形態（図４）；本実施形態による光ファイバは、そのアウターコア５とインナーコア６の関係が６０°回転している点を除いて、基本的には第３の実施形態と同じである。
【００２７】
第５の実施形態（図５）；本実施形態による光ファイバのアウターコア７は、外周面に凹部８を１２個有しており、上記各実施形態における各アウターコアに比べ凹凸の変化周期が小さい。このためアウターコア７の断面形状は比較的真円に近い形状となる。またそのインナーコア８は、外周面に凸部９を６個有し、同様にその断面形状は比較的真円に近い形状となっている。このようにアウターコアやインナーコアの形状が真円に近いことは、ファイバ同士を接続する場合のコアの重なりロスを少なくできるという利点がある。このことは凹部の個数を選択する上で一つの要件となる。したがって凹部の個数は、この要件と例えば製造性などの他の要件とを総合的に考慮して適宜に選択するのが好ましい。
【００２８】
第６の実施形態（図６）；本実施形態による光ファイバは、第５の実施形態におけるのと同様のアウターコア７に断面形状が真円形であるインナーコア１０を組み合わせたタイプである。
【００２９】
第７の実施形態（図７）；本実施形態は、外周面に凹部１１を６個有するアウターコア１２に楕円形のインナーコア１３を組み合わせたタイプである。
【００３０】
第８の実施形態（図８）；本実施形態による光ファイバは、そのアウターコア１４の外周形状が外側に凸である曲面のみからなる楕円形をしており、そのインナーコア１５も同様に楕円形である。
【００３１】
第９の実施形態（図９）；本実施形態による光ファイバは、そのアウターコア１６がなめらかな曲面による角部を３個有する三角形的な形状の外周形状を有し、そのインナーコア１７は真円形である。
【００３２】
第１０の実施形態（図１０）；本実施形態は、クラッドＣｄ₁₀の外周に保護層１８を有するタイプである。この場合にはそのクラッドＣｄ₁₀は、厚みを均一とし、伝搬光の全反射のための機能を損なわない範囲で全体として薄くする。本実施形態では一例として凹部１９を６個有するアウターコア２０と凸部２１を６個有するインナーコア２２の組み合わせとしているが、上記及び下記各実施形態におけるアウターコアとインナーコアの組み合わせなどについても同様に保護層を設けることが可能である。
【００３３】
第１１の実施形態（図１１）；本実施形態では、第１の実施形態におけるのと同様なアウターコア１の中に第１のインナーコア２３と第２のインナーコア２４を入れ子式に設け、そのコアＣｒ₁₁を３層構造としている。そしてアウターコア２２の外周面に第１の実施形態と同様な凹部２を２個設け、第１のインナーコア２３の外周面に凹部２と凸部４を２個ずつ設け、第２のインナーコア２４の外周面に凸部４を２個設けている。
【００３４】
第１２の実施形態（図１２）；本実施形態の光ファイバは、第１１の実施形態と同様にそのコアＣｒ₁₂が３層構造で、第３の実施形態におけるのと同様なアウターコア５の中に外周面に凹部２５と凸部２６を３個ずつ有する第１のインナーコア２７と第３の実施形態におけるインナーコアと同様な第２のインナーコア２８を入れ子式に設けている。
【００３５】
以上の各実施形態による光ファイバにおいて、外周面を曲率変化部分などにより変形させてアウターコアの形状を非真円形としたことで伝送帯域が改善される理由は、第１の実施形態による光ファイバと第２の実施形態による光ファイバを例にとると、以下の通りである。クラッドとコアの界面に沿うような状態の光線Ｒｅ（図１）があっても、この光線Ｒｅは、凹部２で反射する際にその反射方向を変化させてコアの中心近辺を通過するよううな光線Ｒｆとなるか、あるいはクラッド側に透過して外部に排除される光線Ｒｇとなる。この結果、図１３における光線Ｒｂのような成分は実質的に存在しなくなり、これに応じて伝送帯域を改善できる。
【００３６】
またこのようにして本発明による光ファイバを伝搬する光線は、インナーコアの屈折率がアウターコアのそれより大きい場合であれば、インナーコアとアウターコアの両方に跨がって通過する光線とインナーコアに閉じ込められる光線の何れかとなるが、前者の光線は、図２に示す光線Ｒｈのように、伝搬途中でアウターコアとクラッドとの界面やアウターコアとインナーコアとの界面における入反射のパターンを非周期的に変化させる。この結果、各光線について伝搬速度を効果的に均一化させることができる。
【００３７】
さらに光線Ｒｅについて説明した現象は、凸部や凹部を有するインナーコアでも生じ、これによりインナーコアとアウターコアの界面付近を螺旋的な伝搬光路で伝搬する伝搬速度の遅い光線を減少させることができると共に、インナーコアに閉じ込められそうな光線が図１の光線Ｒｋのようにしてインナーコアから抜け出す機会を得ることでインナーコアに閉じ込められる光線を減少させることができ、このことも伝搬速度の均一化に寄与する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきた如く、本発明によると、実質的なコストアップ要因を伴うことなくマルチモード・ステップインデックス形ファイバの伝送帯域を改善することができ、マルチモード・ステップインデックス形ファイバの有用性をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図２】第２の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図３】第３の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図４】第４の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図５】第５の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図６】第６の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図７】第７の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図８】第８の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図９】第９の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図１０】第１０の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図１１】第１１の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図１２】第１２の実施形態による光ファイバの横断面図。
【図１３】従来のＳＩファイバの横断面図。
【符号の説明】
Ｃｄ₁〜Ｃｄ₁₂……クラッド
Ｃｒ₁〜Ｃｒ₁₂……コア
2,8,11,19 ……凹部（曲率変化部分）
4,9,21,26 ……凸部（曲率変化部分）
１８……保護層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber for communication, and more particularly to an improvement in the amount of transmission information in a multimode optical fiber.
[0002]
[Prior art]
There are various types of optical fibers used for communication, including a single mode type and a multimode type in terms of modes, and a step index type and a gradient index type in terms of the refractive index profile. . In particular, a multimode step index type fiber (hereinafter referred to as SI fiber) can have a core diameter of, for example, about several hundred μm to 1 mm, and can be used for connection with a light source or a light receiver or between fiber and fiber. Because of the ease of handling and the low cost because the manufacturing process is simple compared to the gradient index type, which can also have a large core diameter, relatively short-distance communications and data transmission within equipment Often used as a means.
[0003]
However, the effect of different propagation speeds depending on the mode of the propagating light beam, that is, so-called mode dispersion, is large in the SI fiber, and as a result, the time width of the incident light pulse is increased as the propagation distance is increased, and the pulse shape tends to collapse. is there. For this reason, the SI fiber has a narrow transmission band of about one hundredth in the same transmission distance, and the amount of information that can be transmitted per unit time is significantly smaller than that of a single mode step index type fiber or a gradient index type fiber.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to improve the transmission band problem as described above in the SI fiber, and in particular, to improve the transmission band without impairing the ease of manufacturing as described above in the SI fiber. Yes.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An optical fiber according to the present invention comprises an outer core whose core is inscribed in the cladding, and one or a plurality of inner cores provided in the outer core and having a refractive index different from that of the outer core, and The outer core has a portion on the outer peripheral surface that changes the curvature so as to cause a change in the reflection angle of the light beam during propagation.
[0006]
Various shapes are possible as specific embodiments of the outer peripheral shape of the outer core having the curvature changing portion. A typical example is a shape having at least one curved surface portion convex on the inside, that is, a curved concave portion on the outer peripheral surface. Another representative one is that the outer peripheral shape in the cross section of the core consists only of a curved surface that is convex outward, such as an elliptical shape or a polygonal shape having a plurality of smooth curved corners. This is a non-circular shape.
[0007]
In the optical fiber according to the present invention as described above, the effect of providing the core with a multi-layer structure including the outer core and the inner core and the effect of providing the curvature changing portion on the outer peripheral surface of the core cooperate. The transmission band can be effectively widened. The reason why the transmission band can be improved by making the core a multi-layer structure comprising an outer core and an inner core is the simplest multi-layer structure as shown in FIG. 13, that is, an outer core whose cross-sectional shape is a perfect circle. A simple multilayer structure in which A and the inner core B are provided concentrically and the refractive index of the inner core is higher than the refractive index of the outer core will be described as an example.
[0008]
Light rays propagating through the optical fiber can be regarded as substantially all skew rays, that is, light rays that deviate from the meridional plane including the central axis of the optical fiber. The skew ray in the optical fiber having a simple multilayer structure as shown in FIG. 13 is a light ray Ra that is confined in the inner core having a high refractive index and propagates only through the inner core depending on the incident angle and the incident position on the optical fiber. There are a component, a component such as a ray Rb that propagates only through the outer core outside the inner core, and a component such as a ray Rc that propagates across both cores.
[0009]
The numerical aperture of such an optical fiber is determined by the refractive index of the core having the highest refractive index, i.e., the inner core and the cladding, so the refractive index of the outer core is a value approximately halfway between the inner core and the cladding. Then, the light beam Ra becomes a light beam that propagates through a waveguide having a numerical aperture that is approximately ½ that of a step-index fiber having the same numerical aperture, and the transmission band of only the component of the light beam Ra is almost that of a step-index fiber having the same numerical aperture. 2 times. Also, the transmission band of only the component of the light ray Rc is almost twice that of the step index type fiber having the same numerical aperture as the light ray Ra.
[0010]
Looking at the light ray Ra and the light ray Rc, the light ray Rc has an average optical path length longer than that of the light ray Ra. On the other hand, if the refractive index of the inner core is larger than that of the outer core, the light ray Ra is The light beam Rc propagates only in a region where the refractive index is large and the propagation speed is slow, and the light ray Rc also propagates in a region where the refractive index is small and the propagation speed is fast. That is, the light ray Ra has an element that relatively increases the propagation speed that the optical path length is short, and an element that relatively slows the propagation speed that propagates only in a region where the propagation speed is slow, while the light ray Rc has an optical path length that is relatively low. There is an element that relatively slows the propagation speed, ie, a long element, and an element that relatively increases the propagation speed, such that an area where the propagation speed is fast propagates. As a result, by appropriately adjusting the diameter and refractive index of the inner core, the average propagation speeds of the light beam Ra and the light beam Rc can be made equal, and the transmission band becomes larger than that of the step index type fiber having the same numerical aperture.
[0011]
The transmission band improvement effect obtained in this way is obtained from model calculation. Compared to a conventional step index type optical fiber having the same numerical aperture, the inner core is a single layer as shown in FIG. In the case of the structure, the transmission band is widened to a little less than twice. In the case of the structure in which the inner core has two layers and the whole core has three layers, the transmission band is widened to about twice or more. That is. In order for the improvement level of the transmission band in the simple multilayer structure type to remain at this level, the presence of components such as the light ray Rb has a great influence. That is, since the light ray Rb propagating only through the outer core passes only through the outer core having a small refractive index, the average propagation velocity is high, and the average propagation velocity cannot be made to coincide with those of the light rays Ra and Rc. The light ray Rb includes a component having a remarkably low propagation speed that propagates along an optical path close to a spiral along the vicinity of the interface between the outer core A and the clad C. As a result, the presence of the light ray Rb hinders the uniformization of the propagation speed.
[0012]
As can be understood from the above description, for the optical fiber having the multilayer core structure, the transmission band can be further improved by reducing the component such as the light ray Rb as much as possible. Then, this is realized as follows.
[0013]
When the light beam propagating through the optical fiber according to the present invention is reflected at the interface between the outer core and the clad during the propagation, the reflection angle changes irregularly mainly in a portion where the curvature of the outer core is changed. Let For this reason, there are almost no light rays that can continue to take the propagation optical path like the light ray Rb in FIG. 13, and most of the light rays propagate like the light ray Rc in FIG. In addition, a component having a particularly low propagation speed in the light ray Rb, that is, a component having a particularly large angle between the light beam traveling vector and the fiber axis is excluded outside the core. As a result, components such as the light ray Rb in FIG. 13 can be effectively reduced.
[0014]
The structure in which the curvature changing portion is provided on the outer peripheral surface of the outer core in the present invention contributes to the improvement of the transmission band by such a mechanism, but this other mechanism also contributes to the improvement of the transmission band. That is, the light beam passing over both the inner core and the outer core like the light beam Rc in FIG. 13 has a curvature changing portion on the outer peripheral surface, so that the interface between the outer core and the clad during the propagation. The pattern of incident reflection at is changed aperiodically, that is, randomly. For this reason, a speed change is randomly generated during the propagation, and the propagation speed is made uniform by the averaging action by the random speed change. As a result, the transmission band can be further improved.
[0015]
As for the optical fiber according to the present invention as described above, the outer core can be provided with a portion in which the curvature is changed so that the reflection angle of the light beam during the propagation is changed in the inner core as in the outer core. . In this way, the component such as the ray Rd shown in FIG. 13A included in the ray confined in the inner core, that is, the component that spirally propagates near the interface between the inner core and the outer core is described above. Similarly, it can be effectively reduced, and the ratio of light confined in the inner core can be reduced. As a result, it is possible to further improve the degree of uniformization of the propagation speed for each light beam.
[0016]
As described above, the optical fiber according to the present invention has a non-circular shape obtained by deforming the outer peripheral surface of the outer core by a curvature changing portion or the like, as well as the effect of the core having a multilayer structure including the outer core and the inner core. By cooperating with the effect of, the transmission band can be effectively expanded. According to the model calculation, in the case where the core has two layers, it is possible to realize a transmission band approximately three times that of a conventional SI fiber having the same numerical aperture.
[0017]
The optical fiber according to the present invention enables a wide transmission band as described above, but at the same time has ease of manufacture. That is, the optical fiber according to the present invention can basically be manufactured by the same manufacturing method as that generally used in the conventional step index type optical fiber, and thus the core has a multilayer structure. By setting the number of layers of the core to an appropriate range, for example, one or two inner cores, the transmission band desired in general near field communication can be satisfied, and the conventional step index type optical fiber can be used. It can be manufactured under conditions that do not change that much.
[0018]
Here, in the above description, it was assumed that the refractive index of the outer core is smaller than that of the inner core, but the refractive index is distributed in the forward direction. However, the reverse of making the refractive index of the outer core larger than that of the inner core. Directional distribution is also possible. In this case, the light beam confined in the inner core can be eliminated, while the light beam confined in the outer core is generated. Therefore, the improvement effect of the transmission band is almost the same as in the case of the forward distribution.
[0019]
For the optical fiber according to the present invention as described above, it is more preferable to make the thickness of the clad uniform and provide a protective layer that circumscribes the clad, and by making the outer peripheral shape of the protective layer circular, The following practical requirements can be satisfied.
[0020]
The optical fiber according to the present invention has an outer peripheral shape in which the core has a concave portion on the outer peripheral surface as described above, or a non-circular outer peripheral shape consisting only of a curved surface convex outward. For this reason, when a circular shape preferable for practical use is given to the outer periphery of the optical fiber, portions having different thicknesses are generated in the cladding, and the average thickness of the cladding is also increased. This causes an increase in the influence on the interface between the core and the clad due to temperature change and humidity change. Therefore, it is desirable to make the thickness of the clad uniform and make the outer periphery of the fiber circular, but this requirement can be satisfied by doing the above.
[0021]
Such a structure also provides the following additional advantages. That is, the protective layer does not require special requirements for refractive index and transparency. Therefore, materials can be freely selected for the protective layer, and new functions can be added to the fiber by forming the protective layer with a material that excels particularly in heat resistance, water repellency, or flame retardancy. It becomes. Further, by providing the protective layer, the clad can be thinned as a whole, and the amount of the clad material used can be reduced. In addition, the physical strength and durability of the fiber can be borne by the core and the protective layer, that is, the requirements such as physical strength and durability for the cladding can be relaxed. it can.
[0022]
Embodiment
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 7 relates to a type in which the outer core has a plurality of recesses on the outer peripheral surface, and each of the embodiments shown in FIGS. 8 and 9 has the outer core protruding outward. The embodiment shown in FIG. 10 relates to the type having the outer peripheral shape consisting only of the curved surface, the embodiment shown in FIG. 11 and FIG. 12 is related to the type having the protective layer, and each of the embodiments shown in FIGS. Related to the type. Wherein reference numeral Cd ₁ ~Cd ₁₂ in FIGS. 1 to 12 show the cladding of the optical fiber according to embodiments, code Cr ₁ ~Cr ₁₂ shows the core of the optical fiber according to embodiments.
[0023]
First Embodiment (FIG. 1): The outer core 1 of the optical fiber according to the present embodiment has two concave portions 2 which are curved portions convex inward on the outer peripheral surface. The two concave portions 2 are both the same size and the same shape, and are arranged to be mirror-symmetric. Moreover, the inner core 3 has two convex parts 4 which are curved parts convex outward. As with the concave portion 2, the two convex portions 4 have the same size and the same shape, and are arranged so as to be mirror-symmetric. Further, the outer core 1 and the inner core 3 are given a relationship such that the entire core has mirror symmetry. By doing in this way, durability with respect to a temperature change and humidity change can be improved.
[0024]
Second Embodiment (FIG. 2): The optical fiber according to this embodiment is basically the same as the first embodiment except that the relationship between the outer core 1 and the inner core 3 is rotated by 90 °. The same.
[0025]
3rd Embodiment (FIG. 3); this embodiment is an inner core which has three convex parts 4 similar to 1st embodiment in the outer core 5 which has three concave parts 2 similar to 1st Embodiment. In this case, the concave portion 2 and the convex portion 4 have mirror symmetry.
[0026]
Fourth Embodiment (FIG. 4): The optical fiber according to the present embodiment is basically the same as the third embodiment except that the relationship between the outer core 5 and the inner core 6 is rotated by 60 °. The same.
[0027]
5th Embodiment (FIG. 5); The outer core 7 of the optical fiber by this embodiment has 12 recessed parts 8 in an outer peripheral surface, and the change period of an unevenness | corrugation compared with each outer core in each said embodiment. small. For this reason, the cross-sectional shape of the outer core 7 is a shape that is relatively close to a perfect circle. The inner core 8 has six convex portions 9 on the outer peripheral surface, and the cross-sectional shape thereof is relatively close to a perfect circle. Thus, when the shape of the outer core or the inner core is close to a perfect circle, there is an advantage that the core overlap loss when connecting the fibers can be reduced. This is one requirement in selecting the number of recesses. Therefore, the number of recesses is preferably selected as appropriate in consideration of this requirement and other requirements such as manufacturability.
[0028]
6th Embodiment (FIG. 6); The optical fiber by this embodiment is the type which combined the inner core 10 whose cross-sectional shape is a perfect circle in the outer core 7 similar to 5th Embodiment.
[0029]
7th Embodiment (FIG. 7); This embodiment is the type which combined the elliptical inner core 13 with the outer core 12 which has the six recessed parts 11 in an outer peripheral surface.
[0030]
Eighth Embodiment (FIG. 8): The optical fiber according to the present embodiment has an elliptical shape in which the outer peripheral shape of the outer core 14 is composed only of a curved surface convex outward, and the inner core 15 is similarly elliptical. It is a shape.
[0031]
Ninth Embodiment (FIG. 9): The optical fiber according to the present embodiment has a triangular outer peripheral shape in which the outer core 16 has three corners with smooth curved surfaces, and the inner core 17 is true. It is circular.
[0032]
Tenth Embodiment (FIG. 10); this embodiment is of the type having a protective layer 18 on the outer periphery of the clad Cd _10. In this case, the clad Cd ₁₀ has a uniform thickness and is thinned as a whole as long as the function for total reflection of propagating light is not impaired. In the present embodiment, as an example, the outer core 20 having six recesses 19 and the inner core 22 having six protrusions 21 are combined. However, the same applies to the combinations of the outer core and the inner core in the embodiments described above and below. It is possible to provide a protective layer.
[0033]
Eleventh Embodiment (FIG. 11); In this embodiment, a first inner core 23 and a second inner core 24 are provided in a nested manner in the outer core 1 similar to that in the first embodiment. The core Cr ₁₁ has a three-layer structure. Then, two concave portions 2 similar to those of the first embodiment are provided on the outer peripheral surface of the outer core 22, and two concave portions 2 and two convex portions 4 are provided on the outer peripheral surface of the first inner core 23. Two convex portions 4 are provided on the outer peripheral surface of 24.
[0034]
Twelfth embodiment (FIG. 12): The optical fiber of this embodiment has a three-layer core Cr ₁₂ as in the eleventh embodiment, and has the same outer core 5 as in the third embodiment. A first inner core 27 having three concave portions 25 and three convex portions 26 on the outer peripheral surface and a second inner core 28 similar to the inner core in the third embodiment are provided in a nested manner.
[0035]
In the optical fiber according to each of the above embodiments, the reason why the transmission band is improved by deforming the outer peripheral surface by a curvature changing portion or the like to make the shape of the outer core non-circular is the optical fiber according to the first embodiment. Taking the optical fiber according to the second embodiment as an example, it is as follows. Even if there is a light beam Re (FIG. 1) in a state along the interface between the clad and the core, the light beam Re changes its reflection direction when reflected by the recess 2 and passes near the center of the core. It becomes the light ray Rf or the light ray Rg that is transmitted to the clad side and excluded to the outside. As a result, components such as the light ray Rb in FIG. 13 are substantially absent, and the transmission band can be improved accordingly.
[0036]
In addition, the light beam propagating through the optical fiber according to the present invention in this way, when the refractive index of the inner core is larger than that of the outer core, the light beam passing through both the inner core and the outer core and the inner The former light beam is one of the light beams confined in the core, and the former light beam is a pattern of incident reflection at the interface between the outer core and the clad or the interface between the outer core and the inner core during propagation, as the light beam Rh shown in FIG. Is changed aperiodically. As a result, the propagation speed can be effectively equalized for each light beam.
[0037]
Furthermore, the phenomenon described with respect to the light beam Re also occurs in the inner core having a convex portion or a concave portion, thereby reducing a light beam having a low propagation speed that propagates in the vicinity of the interface between the inner core and the outer core through a spiral propagation optical path. At the same time, the light beam likely to be confined in the inner core can be reduced by obtaining the opportunity to escape from the inner core like the light beam Rk in FIG. 1, which also reduces the propagation speed. Contribute to.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the transmission band of the multimode step index type fiber can be improved without causing a substantial cost increase factor, and the usefulness of the multimode step index type fiber is further improved. Can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a second embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a third embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a fifth embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a sixth embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a seventh embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of an optical fiber according to an eighth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a ninth embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a tenth embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an optical fiber according to an eleventh embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical fiber according to a twelfth embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a conventional SI fiber.
[Explanation of symbols]
Cd _{1 to} Cd ₁₂ …… Clad Cr _{1 to} Cr ₁₂ …… Core
2,8,11,19 ...... Concavity (curvature changing part)
4,9,21,26 ...... Convex part (curvature changing part)
18 …… Protective layer

Claims

In an optical fiber having a core and a cladding circumscribing the core,
The core includes an outer core inscribed in the cladding, and one or more inner cores provided in the outer core and having a different refractive index from the outer core, and the outer core is in the middle of propagation. The outer peripheral surface has a portion whose curvature is changed so as to cause a change in the reflection angle of the light beam , the thickness of the clad is made uniform and circumscribes the outer core, and the clathrate protects the clad An optical fiber comprising a layer .

The optical fiber according to claim 1, wherein the inner core also has a portion on the outer peripheral surface where the curvature is changed so as to cause a change in the reflection angle of the light beam that is being propagated.