JPH01129207A

JPH01129207A - ブリュアン散乱光抑圧光ファイバ

Info

Publication number: JPH01129207A
Application number: JP62287062A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tsubokawa; 坪川　信; Yutaka Sasaki; 豊佐々木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-11-13
Filing date: 1987-11-13
Publication date: 1989-05-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、光波を伝搬さ仕る光ファイバに関し、特に、
光ファイバ中で生じるブリユアン散乱光を抑圧する構造
を有する、ブリユアン散乱光抑圧光ファイバに関するも
のである。

〔従来の技術〕

光ファイバ中を光波が伝搬する際、その伝搬光に誘起さ
れて音響波が生じる。その結果、光ファイバ中において
、音響波と光の相互作用によりブリユアン散乱光が生じ
、伝搬光に対する雑音となっていた。

従来、この種のブリユアン散乱光の抑圧法としては、光
ファイバへ入射する光を高速変調する方法、あるいは、
光ファイバを極低温状態に設定する方法などの手段がと
られていた（文献、Ｄ、Ｃｏｔｔｅｒ。

Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｂｒ１ｌｌｏｕｉｎ　Ｓｃａｔ
ｔｅｒｉｎｇ　ｉｎ　ＭｏｎｏｍｏｄｅＯｐｔｉｃａｌ
　Ｆｉｂｅｒ’、　Ｊ、Ｏｐｔ、Ｃｏｍｍｕｎ、、ｖｏ
ｌ、４．ｐｐ、１０−１．９，１９８，３．）〔発明が解決しようとする問題点〕しかし、上記の方法では、光コアイノ（入射光にたけブ
リユアン散乱光抑圧の作用を付与してし）るにすぎず、
例えば、光ファイバ構造によるブリユアン散乱光抑圧効
果等には言及していな０゜本発明の目的は、上記のよう
な変調を伴わなシｚ入射光に対しても、光ファイアく中
で生じるブリユアン散乱光全抑圧することのできるブリ
ユアン散乱光抑圧光ファイバを提供することにある。

すなわち、本発明は、通常の光コアイノ（と同様なコア
及びクラッド構造を有しながら、光ｈ（主１こ導波する
コア内部において、光波と音響波との相互作用領域を狭
めることにより、音響波の伝搬モードが存在しない状態
を作り、その結果ブリユアン散乱光を抑圧する光コアイ
ノ（構造を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明は、コアと該コ
アを内包する、前記コアよりわずかに小さい屈折率から
なるクラッドを有する光コアイノく構造において、前記
コアでの縦波音波の音速値がクラッドでの縦波音波の音
速値より大きく、かつコアでの横波音波の音速値がクラ
ッドでの横波音波の音速値より大きい構造としたことを
特徴とする。

すなわち、コア部分（クラッドが２あるいは３層よりな
る場合は、コアと内層クラッドを含めた部分）における
音波の縦波及び横波の音速値が、コア部分をとりまくク
ラッド部、あるいは外層クラッド部における音速値より
も大きくなるような、剛性率、ポアソン比、密度の構成
をもつことを最も主要な特徴とする。

［作用コ本発明は、光ファイバ自体に、ブリユアン散乱光抑圧作
用を持たせるという点において、従来の技術とは本質的
に作用が異なる。すなわち、コア部分を伝搬する音響波
の損失を増大させるため、音響波の安定な伝搬モードが
生じないようにした。

さらに説明する。光ファイバのコアとクラッドの密度を
それぞれρ１．ρ、とし、また、音波の縦波（Ｌｏｎｇ
ｉｔｕｄｉｎａｌ　ｗａｖｅ）、横波（Ｓｈｅａｒ　Ｗ
ａｖｅ）の音速値を各々Ｖ　Ｑ＋、Ｖ　ｓｌ（コア内）
、　ＶＣ，、ＶＳ２（クラッド内）、添字ｉ＝１．２と
すると、Ｖ　ｆ２ｉ−（（λｉ＋２μｉ）／ρｔ　）　ｌ　／　
＊。

Ｖ　ｓｉ＝　（μｉ／ρｉ）　Ｉ　／ｆ　　　　　・・
・・・・　（１）であり、λｉ、μｉはラメの定数であ
る。μｉは剛性率に等しく、λｉはポアソン比νｉを用
いて、λｉ＝μｉ／（（１／２νｉ）　−１）と表わさ
れろ。

通常、コア中を伝搬する音波の位相速度■が、Ｖｓ、＜
Ｖ＜Ｖｓｔを満足する場合は横波に対して、Ｖ　Ｑ　＋
　＜　Ｖ　＜　Ｖ　Ｑ　２を満足する場合は縦波に対し
て、弱導波条件が成立し、いくつかの音波モードが安定
に伝搬ずろ。（文献：　Ａ、５ａｆａａｉ−Ｊａｚｉ　
ｅｔ　ａｌ、。

’へｎａｌｙｓｉｓ　　ｏｆ　　Ｗｅａｋｌｙ　　Ｇｕ
ｉｄｉｎｇ　　Ｆｉｂｅｒ　　ＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖ
ｅｇｕｉｄｅ”、ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、５ｏｎｉｃｓ
　Ｕｌｔｒａｓｏｎ、、　ｖｏｌ。

ＵＰＦＣ−３３，ｐｐ、　５９−６８．１９８６．）。

この弱導波の場合、クラッド部では、音響波の伝搬モー
ドは急激な減衰を伴う波となり、音響波の損失が大きく
なる。

これに対して、前記コア部における音速値Ｖｓ＋及びＶ
ａＩが、クラッド部における音速値Ｖｓｔ及びＶＱ、よ
り大きくなると（つまりＶｓ＋＞Ｖｓｔ、ＶＬ＞ＶＱ２
となると）°、前記弱導波条件を満足する音波モードは
存在しなくなり、コア内における音響波の伝搬モードは
、急激な減衰を伴う波となる。この場合、音響波はクラ
ッド部へ発散する波動となる。

以上より、光がコア中を伝搬するための条件（コアの屈
折率ｒｌｌがクラッドの屈折率ｎ２よりわずかに大きい
）を満足する通常の光ファイバ構造を持ち、かつ、上記
音響波に対する条件で、Ｖｓ、＞Ｖｓ＝、かつＶｃＩ＞
ｖ１２ｆｆｉが成立する場合、伝搬光はその電界がほぼ
コア内部に集中するにもかかわらず、コア内部の音響波
の伝搬損失が大きい。言い換えると、本発明の光ファイ
バでは、伝搬光と音響波の相互作用領域が小さくなる。

その結果、音響波に誘起されるブリユアン散乱光の利得
が小さくなり、散乱光の抑圧が行われる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明の一実施例を説明する
。なお、以下の説明においては、上と同様に、光ファイ
バのコアとクラッドにおける音波の縦波（Ｌｏｎｇｉｔ
ｕｄｉｎａｌ　ｗａｖｅ）、横波（Ｓｈｅａｒ　Ｗａｖ
ｅ）の音速値を各ｋ　Ｖ　（！＋、Ｖ　ｓ＋（：）　７
内）、　Ｖ１２ｔ、ｖｓ、（クラッド内）とする。また
、コアの半径をｒｃとし、音速値がコア部分の音速値と
等しい部分の半径（以下、音響コア径という）をＲＣと
する。

第１図は、本発明の各実施例を説明するための光ファイ
バ構造を示すものである。

第１図（ａ）の光ファイバ１０は、コア１１とクラッド
１２における音速値に対し、Ｖｓ、＞Ｖｓ、。

Ｖ　Ｑ＋　＞　Ｖ　１２ｔを満足する構造である。この
構造では、コアＩＩの半径ｒｃは、音響コア径ＲＣと一
致し、ｒｃ＝ＲＣとなる。

第１図（ｂ）の光ファイバ２０は、クラッド２２が内層
クラッド２２ａと外層クラッド２２ｂの２層よりなり、
コア２１及び内層クラッド２２ａにおける音速値Ｖｓｌ
、ＶＬが、外層クラッド２２ｂにおける音速値Ｖ　Ｓｔ
＋　Ｖ　（ｂより大きい構造例である。

この場合、音響コア径ＲＣは、コア２１を含む内層クラ
ッド２２ａの径と一致し、Ｒｃ　＞　ｒ　ｃとなる。

第１図（ｃ）の光ファイバ３０は、クラッド３２が内層
クラツド３２ａ１中層クラッド３２ｂ１及び外周クラッ
ド３２ｃの３層からなり、コア３１と内層及び外層クラ
ッド３２ａ、３２ｃにおける音速値が、中層クラッド３
２ｂにおける値より大きい構造例である。この場合、音
響コア径ＲＣは、コア３１を含む内層クラッド３２ａの
径と一致し、Ｒｃ≧ｒｅとなる。

光ファイバでは、通常、動作させる光の波長、屈折率差
（＋ｔｔ−ｎｌ）、及び光ファイバ断面方向の屈折率分
布の差異により、コアの径方向の電界分布が変化し、°
電界がコアの外部にしみ出すことがある。この結果、伝
搬光のフィールド径が変化して、コア内部に閉じこめら
れる電界の割合が変わる（文献；大越孝敬「光ファイバ
の基礎」オーム社）。

このように、光ファイバのフィールド径がクラッド部へ
大きくしみ出している場合、すなわち、規格化周波数Ｖ
＜＜２．４の場合は、コアの外周近傍のクラッド部にも
光波が伝搬するから、その部分の音響波の伝搬損失を増
大させた、第１図（ｂ）に示す構造の方が、音響波と光
波のフィールドの重なり部分（相互作用領域）を、同図
（ａ）のものに比べて、より小さくでき、ブリユアン散
乱光の抑圧効果を高めることができる。

第１図（ｃ）に示す構造では、クラッド３２に中間。層
３２ｂを設けることにより、この中間層３２ｂに音響波
を導くことにより、コア３！の近傍において音響波の損
失を増大させる、同図（ｂ）と同様な効果が得られる。

ところで、上記のような音速値に対する条件の設定は、
コア及びクラッド材料の密度ρ、剛性率Ｇ（＝μ）、ポ
アソン比νの構成によって（１）式で決定される。

コア及びクラッドの密度ρ、剛性率Ｇ、ポアソン比νは
、ＧｅＯ＊＋　Ｐ　ｇｏｓ、　ＢａＯ２，Ｆ　等の成分
をシリカガラスに添加することにより、屈折率と同様に
調整することができる。例えば、クラッド部の構成を８
５％　Ｓ　＋Ｏｔ、　１５％　Ｂ、０３とし、コア部を
１００％　５ｉＯｚとすると、上記音速値は、それぞれ
Ｖ　ｓ、　＝　３．７５０、Ｖｓｔ＝３．０９８、ＶＣ
，＝５．９４５、Ｖ　Ｑ、＝　５．１６５（ただし、単
位はいずれら（×１０５（ｄｙｎ−ｃｍ／ｇ）””）と
なり、屈折率ｎ、＝１゜４５８、ｎｔ＝１．４５４７と
計算される。

（文献　Ｎ、Ｌａｇａｋｏｓ、　Ｊ、Ａ、Ｂｕｃａｒｏ
、　ａｎｄ　Ｒ，Ｈｕｇｈｅｓ。

”Ａｃｏｕｓｔｉｃ　　５ｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ　　ｐ
ｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ　　ｏｒ　　ｓｉｎｇｌｅ−１Ｉ
ｌｏｄｅ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒｓ　ｕｓｉｎｇ
　　Ｂｒ１ｌｌｏｕｉｎ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ”　　
Ａｐ−１）１．０１）ｔ、、ｖｏｌ、１９．ｐｐ、３６
６８−３６７０．１９８０．）このような条件下では、
ｎｌ　＞　ｎｔ＋　Ｖ　８１　＞　Ｖ　Ｓ２＋Ｖ　Ｑ　
＋　＞　Ｖ　Ｑ　＊となり、光はコア中に閉じこめられ
るが、音響波はコア中における損失が大きくなり、その
結果、ブリユアン散乱光利得が減衰する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、光ファイバ中に生
じるブリユアン散乱光を抑圧するために、コア及びクラ
ッドの剛性率と密度を適当に設定することにより、光が
主に導波するコア近傍において、音響波の伝搬損失を増
大させ、音響波と伝搬光の相互作用で生じるブリユアン
散乱光を抑圧するようにした。

したがって、ブリユアン散乱光の比較的生じやすい、周
波数幅が狭く電力の大きい光を用いるような光伝送方式
、あるいは光ファイバセンサに対し、ブリユアン散乱光
による光ファイバの伝送損失を縮小し、伝送光に混在す
る散乱光による雑音を抑制できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の各実施例である光ファイバ構造を示す
もので、同図（ａ）は、コアにおける音速値がクラッド
における値より大きくなる、密度、剛性率、ポアソン比
の構造を有する光ファイバ、同図（ｂ）は、クラッドが
２層で、コア及び内層クラッドにおける音速値が、外層
クラッドにおける値より大きくなる構造を有する光ファ
イバ、同図（Ｃ）は、クラッドが３層で、コア及び内外
層クラブトにおける音速値が、中間層クラッドにおける
値より大きくなる構造を有する光ファイバを示すもので
ある。１０．２０．３０・・・・・・光ファイバ、１１．２１
．３１・・・・・コア、１２．２２．３２・・・・・・クラッド、２２ａ、３２
ａ・・・・・・内層クラッド、２２ｂ、３２ｃ・・・・
・・外層クラッド、３２ｂ・・・・・・中間層クラッド
。出願人　　日本電信電話株式会社「（ａンｒｃ曙Ｒｃ二１図（ｂ）　　　　　　　　　（ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）コアと該コアを内包する、前記コアよりわずかに
小さい屈折率からなるクラッドを有する光ファイバ構造
において、前記コアでの縦波音波の音速値がクラッドでの縦波音波
の音速値より大きく、かつコアでの横波音波の音速値が
クラッドでの横波音波の音速値より大きい構造としたこ
とを特徴とするブリュアン散乱光抑圧光ファイバ。
（２）上記クラッドが内外の２層からなり前記コアと内
層クラッドにおける縦波音波および横波音波の音速値が
外層クラッドにおける縦波音波および横波音波の音速値
より大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のブリュアン散乱光抑圧光ファイバ。
（３）上記クラッドが内、中、外の３層からなり該コア
と内層及び外層クラッドにおける縦波音波および横波音
波の音速値が中層クラッドにおける縦波音波および横波
音波の音速値より大きいことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のブリュアン散乱光抑圧光ファイバ。