JP4226497B2 - マルチステップインデックス光ファイバ - Google Patents

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Description

本発明は光ファイバ、特に詳細には、互いに屈折率が異なる複数のコア部を有するマルチステップインデックス光ファイバに関するものである。
従来、例えば特許文献１に示されているように、各々一定の屈折率を有して同心円状に配置された２つ以上のコア部を有し、それらのコア部の屈折率が外側のコア部ほどより小さくなるように段階的に変化しているマルチステップインデックス光ファイバが公知となっている。
このマルチステップインデックス光ファイバにおいては、一般に複数のコア部の屈折率が、いわゆるＧ乗分布に沿って変化するように設定されている。このＧ乗分布は、Ｎcをコア中心の屈折率、δＮをコア中心とコア最外周部との屈折率差、Ｒcore をコア半径として、コア中心から半径Ｒの位置の屈折率Ｎが次式
Figure 0004226497
で近似される値となる分布である。なお一般に、高帯域を実現する上で、Ｇの値は２近辺に設定される。また従来のマルチステップインデックス光ファイバにおいては、隣接するコア間の半径差が均等となるよう（いわゆるコア径均等ピッチで）に各コアが形成されている。
特開平10-111414号公報
上述したマルチステップインデックス光ファイバにおいては、屈折率のステップ数をより多くして屈折率勾配をより滑らかにすることにより、グレーデッドインデックス光ファイバに近いような高帯域を実現できると考えられている。しかしそれでも、従来のマルチステップインデックス光ファイバにおいては、通常最大でも１ＧＨｚ／100ｍ程度の帯域しか得ることができず、数１ＧＨｚ／100ｍを超える帯域を得るのは困難となっている。
本発明は上記の事情に鑑みて、１ＧＨｚ／100ｍを超えて数ＧＨｚ／100ｍ程度の帯域も得ることができるマルチステップインデックス光ファイバを提供することを目的とする。
本発明によるマルチステップインデックス光ファイバは、
前述したように各々一定の屈折率を有して同心円状に配置された２つ以上のコア部を有し、それらのコア部の屈折率が外側のコア部ほどより小さくなるように段階的に変化しているマルチステップインデックス光ファイバにおいて、
コア部全ての屈折率が、隣接するコア間の屈折率差が均等で、かつＧ乗分布に近似したものとなっていることを特徴とするものである。
なおこのようなマルチステップインデックス光ファイバは、例えばプラスチックからなるコアを有する、いわゆるプラスチック光ファイバとして形成することができる。
図１の（１）は、一例として５ステップの、本発明によるマルチステップインデックス光ファイバのコア部の基本的な屈折率分布特性を示すものであり、また同図の（２）はその光ファイバの断面形状を概略的に示すものである。同図（２）において、11、12、13、14、15がそれぞれコア中心から第１、２、３、４、５番目のコアであり、20はそれらのコア15の外側に配されたクラッドである。また、ここでは省略してあるが、通常はクラッド15のさらに外側に被覆層が設けられる。
なお比較のために図２の（１）に、同様に５ステップの従来のマルチステップインデックス光ファイバのコア部の基本的な屈折率分布特性を、そして同図の（２）にはその光ファイバの断面形状を概略的に示す。このマルチステップインデックス光ファイバでは、コア11〜15の屈折率が前述したＧ乗分布の近似曲線に沿って変化し、また隣接するコア間の半径差ΔＲが均等になっている。
それに対して図１の本発明によるマルチステップインデックス光ファイバにおいては、コア11〜15の屈折率が、前述したＧ乗分布の近似曲線に沿って変化し、また隣接するコア間の屈折率差ΔＮが均等となるように設定される。このような構成においては、後に実施形態に沿って詳しく説明する通り、１ＧＨｚ／100ｍを超えて数ＧＨｚ／100ｍ程度の帯域も得ることが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
先に図１を参照して説明した基本構成を有するマルチステップインデックス光ファイバについて、計算機によるシミュレーションで帯域を求めた結果を説明する。図１に示したマルチステップインデックス光ファイバはコアの屈折率が５ステップとされたものであるが、ここではそれに加えて、ステップ数が３、１０の構成についてもシミュレーションを行った。この場合、入射系のＮ．Ａ．（開口数）は０．３とし、入射光の強度分布はガウス分布であるとし、そして光ファイバの全長は１００ｍとした。
ステップ数が３，５，１０の構成についてのシミュレーション結果を、それぞれ図３，４，５に示す。ここでは各構成について、既述の（数１）に示したＧ乗分布におけるコア中心とコア最外周部との屈折率差δＮ（＝Ｂ）を０．００７５，０．００５，０．００２５，０．００１２５としたときの帯域を、横軸に示すＧの値毎に求めた。なお、隣接するコア間の屈折率差ΔＮは、上記コア中心とコア最外周部との屈折率差δＮを、ステップ数によって除した値である。また各図には、比較のために、従来なされているようにコア径均等ピッチとしたマルチステップインデックス光ファイバについて、同様のシミュレーションを行った結果を併せて示してある。図中、Ｂ（ＩＰ）と表して各プロット点を実線で結んであるのが本発明によるマルチステップインデックス光ファイバに関するシミュレーション結果であり、他方、Ｂ（ＤＰ）と表して各プロット点を破線で結んであるのが従来のコアピッチ均等としたマルチステップインデックス光ファイバに関するシミュレーション結果である。
これらの図３〜５に示される通り、帯域の最大値は、ステップ数３，５，１０の構成において各々約３ＧＨｚ／100ｍ、約５ＧＨｚ／100ｍ、約７ＧＨｚ／100ｍとなった。また、Ｇの値が変化しても、帯域はさほど変化しないことが分かる。
また屈折率均等ピッチとする本発明によるマルチステップインデックス光ファイバは、コア径均等ピッチとする従来のマルチステップインデックス光ファイバと同条件のもの同士で比較すれば、いずれもより広い帯域が得られることが裏付けられている。
さらに図６には、上記コア中心とコア最外周部との屈折率差δＮと帯域との関係を、ステップ数毎に分けて示す。ここに示される通り、コア中心とコア最外周部との屈折率差δＮを小さくするほど、帯域は広くなる傾向がある。そしてここでも、ステップ数が多くなるほど広帯域化することが明らかである。
以上詳しく説明した通り、本発明によれば、１ＧＨｚ／100ｍを超えて数ＧＨｚ／100ｍ程度の帯域を得ることが可能となる。
本発明によるマルチステップインデックス光ファイバのコア部の基本的な屈折率分布特性（１）と、その光ファイバの断面形状（２）を示す概略図 従来のマルチステップインデックス光ファイバのコア部の基本的な屈折率分布特性（１）と、その光ファイバの断面形状（２）を示す概略図 本発明によるマルチステップインデックス光ファイバおよび従来のマルチステップインデックス光ファイバの帯域を、コア屈折率のステップ数が３の場合について計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ 本発明によるマルチステップインデックス光ファイバおよび従来のマルチステップインデックス光ファイバの帯域を、コア屈折率のステップ数が５の場合について計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ 本発明によるマルチステップインデックス光ファイバおよび従来のマルチステップインデックス光ファイバの帯域を、コア屈折率のステップ数が１０の場合について計算機シミュレーションで求めた結果を示すグラフ コア中心とコア最外周部との屈折率差δＮと帯域との関係を、ステップ数毎に分けて示すグラフ
符号の説明
11、12、13、14、15 コア
20 クラッド

Claims (1)

  1. 各々一定の屈折率を有して同心円状に配置された２つ以上のコア部を有し、それらのコア部の屈折率が外側のコア部ほどより小さくなるように段階的に変化しているマルチステップインデックス光ファイバにおいて、
    前記コア部全ての屈折率が、隣接するコア間の屈折率差が均等で、かつＧ乗分布に近似したものとなっていることを特徴とするマルチステップインデックス光ファイバ。
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