JP4344678B2

JP4344678B2 - モードコンディショナ及び２連モードコンディショナ

Info

Publication number: JP4344678B2
Application number: JP2004340344A
Authority: JP
Inventors: 善宏小林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-11-25
Also published as: JP2006153941A

Description

本発明は、光通信等に使用される、パッチコード型のモードコンディショナに関する。

従来より、データコム通信では、コンピュータ間をつなぐシステムとして１０メガビットイーサネット(登録商標)、１００メガビットファーストイーサネット(登録商標)が普及しており、更に伝送容量の大きいギガビットイーサネット(登録商標)への移行が開始されており、更には将来の超高速大容量伝送にためには１０ギガビットイーサネット(登録商標)の開発も開始されている。

ギガビットイーサネット(登録商標)及び１０ギガビットイーサネット(登録商標)の最大の特徴としては、普及しているイーサネット(登録商標)のシステムを周到しており、システム自体が既に量産状態にあるので、他の方式に比べて安価であることと、高速大容量のギガビットであることである。

つまり、ギガビットイーサネット(登録商標)及び１０ギガビットイーサネット(登録商標)は１０メガビットイーサネット(登録商標)、１００メガビットファーストイーサネット(登録商標)と同一フレーム形式を使用して、単純に伝送速度を高めたイーサネット(登録商標)である。

そのため１０メガ、１００メガ、１ギガ、１０ギガのシームレスな通信ネットワーク拡張を行うことが可能となる。

この様に伝送容量を１０メガビット、１００メガビット、１ギガビット、１０ギガビットと大きくしていくと、伝送方式としては電気信号の次に発光ダイオード発光の光信号、更にその次にはレーザダイオード（以降ＬＤ）発光の光信号へと変わり、又通信ケーブルとしては銅線、マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバへと変えていかなくてはならない。

しかしながら、通信ケーブルは、特に北米においてはマルチモード光ファイバのネットワークが張り巡らされており、容易に取り替えるのは困難な状況になっている。

その為、既存のマルチモード光ファイバのケーブル網を使用し高速大容量伝送が可能なギガビットイーサネット(登録商標)そして将来的には１０ギガビットイーサネット(登録商標)を推進していく動きが高まっている。

しかし、ＬＤ光がマルチモード光ファイバに入射されると、マルチモード光ファイバのコア径に対してＬＤ光のスポットサイズが小さいために、コアに光が充填されず、うまく励起されなかった。

その為にＬＤ光をシングルモード光ファイバに直接入射し、これを既存のマルチモ−ド光ファイバに接合する方法がとられた。

ところが、上記ＬＤ光を受けたシングルモード光ファイバとマルチモード光ファイバを接続すると、モードの幾つかが分散され、様々な信号は互いに干渉しあい、受光器にて正確な信号を受光出来なくなり、その為伝送距離が極端に短くなるという問題があった。

マルチモード光ファイバはグレーデッドインデックス型というタイプであり、図５（ａ）に示すように、各モードの到達時間をそろえる目的でコアの屈折率を放射線形にする工夫をこらしたものであり、モードの違いによる分散はない様に設計されている。

しかし、現実のマルチモード光ファイバは製造工程上、図５（ｂ）に示すように中央部分に屈折率の低い「くぼみ」のような部分が出来るため、入射された光のモードの幾つかが分散され、様々な信号が互いに干渉しあい上記のような現象が生じるのでことになる。

そのため、折角発光源としてＬＤ光を使用しても長い伝送距離を得ることが出来ないという課題があった。

そこで、従来の光コネクタ４０は、図６に示すように、一例としてＦＣ形光コネクタにて説明するが、これは一対の光ファイバ固定具３３、３３’同士を当接させたものであり、この光ファイバ固定具３３、３３’は、光ファイバ４１、４１’を挿通固定する軸孔３１ａ、３１ａ’を有するフェルール３１、３１’と、該フェルール３１、３１’が嵌合する凹部３２ａを備え、上記凹部３２ａと連動しかつ前記フェルール３１、３１’の軸孔３１ａ、３１ａ’と同軸の貫通孔３２ｂを有するフェルール支持体３２とからなり、上記フェルール３１、３１’の軸孔３１ａ、３１ａ’には光ファイバ４１、４１’を挿入し、上記フェルール支持体３２の貫通孔３２ｂに接着剤４３を充填する事により、上記光ファイバ４１、４１’を固着してなるものであった。

上記一対のフェルール３１、３１’はスリーブ４４で保持され、該スリーブ４４の外周には両端にネジ部を設けたアダプタカプリング４５を配設すると共に、該アダプタカプリング４５のネジ部にカプリングナット４６を螺合して各カプリングナット４６とフェルール支持体３２との間に配設したバネ４７の押圧力により光ファイバ固定具３３、３３’のフェルール３１、３１’の先端面同士を当接させることにより光ファイバ４１、４１’の先端面同士を光学的に接続するようにしてあった。

スリーブ４４は外径に概ね平行して内径が配置されており、開放端の一方から他方まで一直線でつながった円筒形状である。

又入射側のフェルール３１はその外周部のほぼ中心位置に軸孔３１ａを有し、該軸孔３１ａにはシングルモード光ファイバ４１を接着固定しており、出射側フェルール３１’はその外周部の中心から偏心した位置に軸孔３１’を有し、該軸孔３１ａ’にはマルチモード光ファイバ４１’を接着固定しており、互いのフェルール３１、３１’の先端面がスリーブ４４の内径の中で固定されていた。

その為シングルモード光ファイバ４１の中心位置とマルチモード光ファイバ４２の中心位置が偏心しており、シングルモード光ファイバ４１を通ってきた光は図５（ｂ）に示すようなマルチモード光ファイバ４１’の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生せず、信号は干渉せず効率よく伝送することが可能となった（特許文献１）。

次に、従来の第二例を説明するが、図７は従来のパッチコード形のモードコンディショナを示す構成図である。

パッチコードとはＬＡＮ機器１等の伝送機器から光ファイバ成端パネル（パッチパネル）４までの短い距離を結ぶジャンパコードのことである。

図８は図７に示したモードコンディショナの略中間点にある光ファイバ接合部の内部（送信側のみ）の拡大図である。

上述した従来のモードコンディショナは二つの２連光コネクタ５４、５５の間を光ファイバコードで結合した構成であり、途中に光ファイバコードの接合部５６を有する。光送受信器２の送信側に結合される光ファイバのみシングルモード光ファイバ５１であり、他の光ファイバはマルチモード光ファイバ５２である。接合部５６の送信側ではシングルモード光ファイバ５１とマルチモード光ファイバ５２とがコア５１ａ、５２ａ同士の中心がずれるように融着接続されている。光送受信器２からシングルモード光ファイバ５１に入力された光は、マルチモード光ファイバ５２に入射するときはコア中心を避けて、つまりモードを高次モードのみに条件付けされて入射される。一旦中心からずれて入力された光は伝搬中にコア１６の中心の低屈折率部に入ることはほとんどないので、モードの異常な分散は発生せず、信号は干渉せず効率よく伝送することが可能となった（特許文献２）。
特開２００１−１３３７５号公報特開２０００−２３１０２７号公報

しかし、図６、図７、図８に示したいずれの従来例においても、一対の光ファイバのコアの中心位置を相対的に偏心させて接続し、特に上記一対の光ファイバの一方にシングルモード光ファイバ４１を配し、他方にマルチモードファイバ４１’を配置した従来の光コネクタ４０では、１０メガビット、１００メガビットファーストイーサネット(登録商標)、１ギガビットイーサネット(登録商標)までの伝送速度を有するイーサネット(登録商標)であれば、シングルモード光ファイバ４１を通ってきた光はマルチモード光ファイバ４１’の中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送することができたが、近年５５０ｍまでの伝送距離の要求が出てきており、１０ギガビットイーサネット(登録商標)においては、５５０ｍの伝送距離では、入射された光のモードの幾つかが分散されてしまい、様々な信号は互いに干渉しあい受光器にて正確な信号を受光出来なくなるという問題がやはり発生してしまっている。

上記に問題点に鑑みて本発明は、シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバの一端側に位置するマルチモード光ファイバと、前記シングルモード光ファイバの一端と前記マルチモード光ファイバの一端とが融着接合された接合部と、前記シングルモード光ファイバ及び前記マルチモード光ファイバの他端にそれぞれ接続固定された光コネクタと、を有し、上記接合部における光ファイバの各コアの中心位置を相互に偏心させ、かつ各コアの中心軸を傾けて融着接合し、上記コアの中心位置の偏心方向をＸ軸、上記光ファイバの軸方向をＺ軸とし、上記Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸としたとき、上記コアの中心位置のＸ軸方向への偏心量分だけ上記Ｙ軸とＺ軸をずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ’軸としたときに、入射ビームはＹ’軸とＺ’軸のなす面内にあることを特徴とする。

さらに、上記各コアの中心位置が１０〜２５μｍの範囲内で相互に偏心し、かつ中心軸を３〜２５°で傾けて入射させることで、両者を光学的に接続することが好ましい。

さらに、上記接合部の外周に補強部材を配置し、接続スリーブで前記補強部材を覆い、前記接続スリーブ内部の隙間には接着剤を充填することが好ましい。

このように本発明によれば、シングルモード光ファイバを通ってきた光は、マルチモード光ファイバの中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射するとともにマルチモード光ファイバの中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して伝送されるので、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送することができる。

以下本発明実施形態を図によって説明する。

図１（ａ）は本発明のモードコンディショナを示す構成図であり、レーザ光源を有する光送受信器２に着脱自在に接続される光コネクタ１４と、該光コネクタ１４に一端が接続固定されたシングルモード光ファイバ１１が接合部にてマルチモード光ファイバ１２と融着接合され、該マルチモード光ファイバ１２の他端に他の光コネクタ１５を接続固定した、伝送用光ファイバコード５に着脱自在に接続可能な、パッチコード形のモードコンディショナ１０において、前記接合部１６にて、前記シングルモード光ファイバ１１と前記マルチモード光ファイバ１２の各コア１１ａ、１２ａの中心位置を相互に偏心させ、かつ各コア１１ａ、１２ａの中心軸を傾けて融着接合している。

また、本発明は光送受信器２に着脱自在に接続される、２連のモードコンディショナ１０であって、光受信器側パッチコードの光ファイバがマルチモード光ファイバ１３であり、かつ光送信器側パッチコードが請求項１記載のパッチコードであることを特徴とするモードコンディショナ１０である。

また、上記接合部１６内でシングルモード光ファイバ１１とマルチモード光ファイバ１２とが融着接合され、該融着接合部の外周に補強部材１６ｂを固定し、接続スリーブ１６ａで更に少なくとも上記補強部材１６ｂを覆い、上記接続スリーブ１６ａの内部に生じた隙間に充填剤１６ｃを封入している。

本発明のモードコンディショナ１０は、一体型の光送受信器２に結合させるためのパッチコード形のモードコンディショナ１０である。

図２はマルチモード光ファイバ１２に光が入射される場合の、入射方向を示した概念図である。

入射ビーム入射位置２０ａのコア１２ａの中心位置１２ｂの偏心方向をＸ軸、光ファイバの軸方向をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸とし、Ｙ軸とＺ軸をコアの中心位置が相互に偏心した偏心量δの分ずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ‘軸としたときに、Ｙ’軸とＺ’軸のなす面内に入射ビーム２０を光ファイバの軸心に対して角度をψ傾けて入射する。

本発明のモードコンディショナ１０では、コア１２ａの中心位置１２ｂの相対的な偏心δを１０〜２５μｍの範囲内で偏心させ、かつＹ’軸とＺ’軸のなす面内に光ファイバの入射ビーム１８を光ファイバの軸心に対しての角度ψを３〜２５°の範囲内で傾けて接続したことを特徴とする。

ここで、コア１２ａの中心位置１２ｂの相対的な偏心量δを１０〜２５μｍの範囲内としているのは、１０μｍ未満であれば、偏心効果が発揮できずに、マルチモード光ファイバ１２の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分に光が入射してしまい、モードの異常な分散が発生してしまい、２５μｍを超えるとマルチモード光ファイバのコア直径が５０μｍもしくは６２．５μｍのために、入射する光がコア部分を外れるので適正に光が伝搬されなくなるために１０〜２５μｍの範囲内としている。この範囲内で偏心量δを１５〜２０μｍに調整するとより望ましい効果が得られる。

また、角度ψを３〜２５°の範囲内としているのは、３°未満であれば、角度ずらし効果が発揮できずに、マルチモード光ファイバ１２の中央部分の屈折率の低い「くぼみ」のような部分に光が入射してしまい、モードの異常な分散が発生してしまい、また、２５°を超えると、入射角度が大きすぎて、せっかくコア部に入射した光がクラッド部へ逃げてしまい適正に光が伝搬されなくなるために３〜２５°の範囲内としている。この範囲内で角度ψを５〜１５°に調整すると更に好ましい効果が得られる。

このように、本発明のモードコンディショナ１０において、シングルモード光ファイバ１１のコア１１ａの中心位置１１ｂを相対的に偏心量δの距離分を偏心させ、かつ上記一対の光ファイバの入射ビーム２０を角度ψ分傾けて入射させて接続したことにより、図３に示すようにグレーデッドインデックス形マルチモード光ファイバのコア１２ａ内をらせん状に光信号を伝搬することができ、これにより、マルチモード光ファイバ１２の中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して伝送されるために、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず、高速度な信号を規定されている５５０ｍ以上の距離の光伝送が可能となる。

なお、上記説明の構成に限ることなく、シングルモード光ファイバ１１、マルチモード光ファイバ１２の各コア１１ａ、１２ａの中心位置を相互に偏心させ、かつ各コア１１ａ、１２ａの中心軸を傾けて融着接合していればいかなる構成でも本発明の効果を奏することが出来る。

ここで、本発明のモードコンディショナ１０の接合部１６に収容されている、接続スリーブ１６ａはアルミナ、ジルコニア等のセラミックスもしくはステンレス等の金属もしくは結晶化ガラス等のガラスを用いることができるが、剛性の高い材料であればいかなるものでかまわない。また、形状はいかなる形状でも良いが、好ましくは円筒パイプ状であれば、加工が楽なのでコスト低減につながる。

次に、補強部材１６ｂは、融着接合部を保護する目的なので、剛性が高いほうが好ましいが、組み立て時に融着接合部に接触して、破損させてしまう可能性が高いので、光ファイバの被覆部材であるナイロン６６やポリエステルエラストマー等の樹脂をコーティングすることが望ましい。この方法は、融着器用のリコーターとして、市販されているので、安価に容易にしかも信頼性高く製作が可能となる。

次に、充填剤１６ｃは接続スリーブ１６ａの内周面と補強部材１６ｂとの外周面を固定するものであり、エポキシ接着剤、紫外線硬化型接着剤、光効果型接着剤等の接着剤を用いることができるが、シリコン接着剤を用いることが望ましい。

なお、本モードコンディショナ１０は、使用する伝送用ファイバが図７に示すような異常な屈折率分布のないマルチモード光ファイバ１２であっても何等差し支えは生じない。また、受信側はモードコンディショナは必要ないため、接合部１６においてはマルチモード光ファイバ１２をずらさずに融着するか、あるいは通常の光ジャンパのように１本のマルチモード光ファイバ１３の両端に光コネクタ１４、１５を接続するようにすることでもよい。

ここで、以下に示す方法で実験を行った。

モードコンディショナ１０を、光コネクタ１４、１５をＳＣ型コネクタ、接合部１６の接続スリーブ１６ａをステンレス製で円筒形、補強部材１６ｂをポリエステルエラストマーにてコーティング、充填剤１６ｃをシリコン樹脂で封入して、シングルモード光ファイバ１１とマルチモード光ファイバ１２を接着固定し、光ファイバの中心位置１１ｂ、１２ｂを偏心させ、かつ角度ずれを生じさせサンプルを作成した。

偏心量δは実施例として５、９、１０、１５、２０、２５、３０μｍとし、比較例としては０μｍとした。

また、角度ψは実施例として２、３，１０、２０、２５、２６°とし、比較例としては０°と設定して、各組み合わせで光ファイバの長さを５０ｍおきに長くして伝送距離を測定した。

ここで使用したマルチモード光ファイバはコア径６２．５μｍ、クラッド径１２５μｍである。

測定方法は、図４に示すように、ＬＡＮ機器１の光送受信器２から波長が１３１０ｎｍ、伝送速度が１０Ｇｂｉｔ／秒としてとなるように光信号を出射し、シングルモード光ファイバ１１に接続し、本発明のモードコンディショナ１０を介して被測定用のマルチモード光ファイバ１２に接続した。マルチモード光ファイバ１２を伝送してきた光は光コネクタ２３を介してレシーバ２４のＯ／Ｅ変換器２５に受光させて、電気信号に変換して、正しい信号が伝わったかを確認した。

正しい信号が伝送された最大長さを記載した結果を表１に示す。

比較例の偏心量δが０μｍではいずれの角度ψでも伝送距離が０ｍとなった。

また、比較例の角度ψが０°においても伝送距離が１００ｍまでは達しなかった。

それに比べ本発明の実施例では、１００ｍ以上の伝送距離を得ることができ、更には偏心量δが１０〜２５μｍの範囲内かつ角度ψが３〜２５°の範囲内では伝送距離が５５０ｍ以上となり良い値となっている。

特に偏心量δが１５〜２０μｍ、角度が５〜１５°の範囲内では７５０ｍとより高伝送距離を得ることが出来た。

以上より、モードコンディショナにおいて、上記一対の光ファイバのコアの中心位置を相対的に偏心させ、かつ上記一対の光ファイバの入射ビーム波を傾けて入射させて接続したことにより、シングルモード光ファイバを通ってきた光はマルチモード光ファイバの中央部分の屈折率の低いくぼみのような部分を外して入射し、モードの異常な分散は発生することがなくなり、信号は干渉せず効率よく伝送される事となったことがわかる。

（ａ）は本発明のパッチコード型のモードコンディショナを示す構成図であり、（ｂ）はその部分拡大図である。本発明のマルチモード光ファイバに光が入射される場合の入射方向を示す概念図である。本発明のマルチモード光ファイバのコア内の光信号の伝搬状態を示す概念図である。実施例における測定方法を示す概念図である。（ａ）は理想的なマルチモード光ファイバの屈折率分布を表すグラフ、（ｂ）は実際のマルチモード光ファイバの屈折率分布を表すグラフである。従来の光コネクタを示す断面図である。従来のパッチコード型のモードコンディショナを示す構成図である。図７に示したモードコンディショナの略中間点にある光ファイバ接合部の送信側の内部の拡大図である。

符号の説明

１：ＬＡＮ機器
２：光送受信器
３：光コネクタ結合用アダプタ
４：パッチパネル
５：伝送用光ファイバコード
１０：モードコンディショナ（パッチコード）
１１：シングルモード光ファイバ
１２：マルチモード光ファイバ
１２ａ（１１ａ）：コア
１２ｂ（１１ｂ）：中心位置
１３：マルチモード光ファイバ
１４、１５：光コネクタ
１６：接合部
１６ａ：接続スリーブ
１６ｂ：補強部材
１６ｃ：充填剤
２０：入射ビーム
２０ａ：入射ビーム入射位置
３１、３１’：フェルール
３１ａ、３１ａ’：軸孔
３２：フェルール支持体
３２ａ：凹部
３２ｂ：貫通孔
３３：光ファイバ固定具
４０：光コネクタ
４１、４１’：シングルモード光ファイバ
４３：接着剤
４４：スリーブ
４５：アダプタカプリング
４６：アダプタカプリングナット
４７：バネ
５０：モードコンディショナ
５１：シングルモード光ファイバ
５１ａ：コア
５２、５３：マルチモード光ファイバ
５２ａ：コア
５４：光コネクタ
５６：接合部

Claims

シングルモード光ファイバと、該シングルモード光ファイバの一端側に位置するマルチモード光ファイバと、前記シングルモード光ファイバの一端と前記マルチモード光ファイバの一端とが融着接合された接合部と、前記シングルモード光ファイバ及び前記マルチモード光ファイバの他端にそれぞれ接続固定された光コネクタと、を有してなるモードコンディショナにおいて、
上記接合部における光ファイバの各コアの中心位置を相互に偏心させ、かつ各コアの中心軸を傾けて融着接合し、
上記コアの中心位置の偏心方向をＸ軸、上記光ファイバの軸方向をＺ軸とし、上記Ｘ軸とＺ軸に直角な方向をＹ軸としたとき、上記コアの中心位置のＸ軸方向への偏心量分だけ上記Ｙ軸とＺ軸をずらした軸をそれぞれＹ’軸、Ｚ’軸としたときに、入射ビームはＹ’軸とＺ’軸のなす面内にあることを特徴とするモードコンディショナ。
上記各コアの中心位置が１０〜２５μｍの範囲内で相互に偏心し、かつ中心軸を３〜２５°で傾けて入射させることで、両者を光学的に接続したことを特徴とする請求項１に記載のモードコンディショナ。
上記接合部の外周に補強部材を配置し、接続スリーブで前記補強部材を覆い、前記接続スリーブ内部の隙間には接着剤を充填したことを特徴とする請求項１または２に記載のモードコンディショナ。
請求項１に記載のモードコンディショナと、該モードコンディショナに併設されたマルチモード光ファイバと、を備え、
前記モードコンディショナが光送信器側光ファイバであって、前記モードコンディショナに併設された前記マルチモード光ファイバが光受信器側光ファイバであることを特徴とする２連モードコンディショナ。