JPH01297602A - モード変換型光ファイバ - Google Patents

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〕 この発明は、マルチモード光ファイバとシングルモード
光ファイバを結合するモード変換型光ファイバに関する
ものである。

〔従来の技術〕

光ファイバをその伝送特性により分類すると、シングル
モード光ファイバとマルチモード光ファイバに大別され
る。さらに、マルチモード光ファイバは屈折率の形から
、ステップインデックス型とグレーデッドインデックス
型に分類される。

第５図は、光ファイバの種類を示すものである。

同図（ａ）で示すように、シングルモード光ファイバは
光ファイバの中を通る光の伝播モードが単一であり、伝
送帯域が広く高速大容量伝送方式に最適であるが、コア
径が数μｍと小さいので光フアイバ相互を接続する際の
接続特性が悪い。

一方、同図（ｂ）、（Ｃ）で示すように、マルチ光ファ
イバは先ファイバの中を通る光の伝播モードが複数であ
り、コア径が数１０μｍなので光ファイバ相互を接続す
る際の接続特性はシングルモード光ファイバより良いが
、伝送帯域、高速性及び容量は劣る。

従来の光伝送路においては、中継距離が数１０ｋｍ以上
で、信号の伝送速度が数１００Ｍｂｉｔ／　ｓ　ｅ　ｃ
以上の長距離大容量光伝送媒体には、数１０ＧＨｚの広
い帯域を有するシングルモード光ファイバが使用されて
いた。一方、中継間隔が数１０　ｋ　ｍ以下であり、信
号の伝送速度が数１００Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ以下の短距離
小容量光伝送媒体には、数１００ＭＨｚの狭い帯域を有
するマルチモード光ファイバが使用されていた。

これは、幹線系等の長距離大容量光伝送路では、光伝送
媒体の広帯域性が要求されるが、接続点数は少ない。そ
の為、接続特性は悪いがシングルモード光ファイバが使
用される。一方、加入者系等の短距離小容量光伝送路で
は、接続点数が多いので極めて高い接続特性が要求され
るが、光伝送媒体の帯域特性に対する要求は少ない。そ
の為、帯域特性は悪いがマルチモード光ファイバが使用
される。

ところで、近年の加入者系では従来の電話サービスだけ
ではなく、高品位テレビによる画像情報サービスや、テ
レビ会議等が導入されつつあり、加入者系でも光伝送媒
体に広帯域性が要求される。

また、シングルモード光ファイバとシングルモード光フ
ァイバとの接続特性は大幅に向上し、現在ではシングル
モード光ファイバ間の接続特性は、マルチモード光ファ
イバ間の接続特性とほぼ同等にまで高められてきた。

その為、加入者系における光伝送媒体として、従来のマ
ルチモード光ファイバにシングルモード光ファイバを導
入することが可能になった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来のマルチモード光ファイバにシング
ルモード光ファイバが導入されると、−時的にマルチモ
ード光ファイバとシングルモード光ファイバとが混在し
、マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバ
を相互に接続しなければならない。

このように、異なる種類の光ファイバを相互に接続する
場合、接続損失特性は光信号の伝播方向に依存する。例
えば、融着接続法によりマルチモード光ファイバとシン
グルモード光ファイバを相互に接続する場合、接続損失
は光信号の入射経路により異なる。すなわち、光信号を
シングルモード光ファイバからマルチモード光ファイバ
へ入射する場合には１０分の数ｄＢと測定精度に近い低
損失であるが、逆の場合には２０ｄＢ程度と非常に大き
くなる。

その為、同一光伝送路内にマルチモード光ファイバとシ
ングルモード光ファイバが混在する場合、光信号の伝播
方向は一方向のみに限定され、例えばテレビ会議やコン
ピュータ通信等の双方向通信ができなくなるという欠点
があった。

そこで、この発明はシングルモード光ファイバとマルチ
モード光ファイバとの間に接続されるモード変換型光フ
ァイバを提供することにより、異種モード光ファイバ間
の損失を２方向において低減し、異種モード光ファイバ
が混在する伝送路における双方向通信を可能にすること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を達成するため、この発明はコア部とコア部よ
り屈折率が低いクラッド部より成り、−端にマルチモー
ド光ファイバを接続し他端にシングルモード光ファイバ
を接続するモード変換型光ファイバにおいて、一端にお
けるコア径及び比屈折率差がマルチモード光ファイバの
コア径及び比屈折率差とほぼ等しくなるように形成され
、他端におけるコア径及び比屈折率差がシングルモード
光ファイバのコア径及び比屈折率差とほぼ等しくなるよ
うに形成され、一端から他端におけるコア径及び比屈折
率差が当該光軸方向へ直線的に変化するように構成され
ていることを特徴とする。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されているので、一端に
マルチモード光ファイバを接続し他端にシングルモード
光ファイバを接続した場合、接続損失特性は光信号の伝
播方向に依存せず、異種モード光ファイバが混在する光
伝送路で双方向通信が可能になる。

〔実施例〕

以下、この発明に係るモード変換型光ファイバの一実施
例を添付図面に基づき説明する。なお、説明において同
一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

第１図は、この発明に係るモード変換型光ファイバの基
本構成を示す斜視図である。モード変換型光ファイバ１
の一端１ａには、従来から布設されていた光ケーブル２
に収納されたマルチモード光ファイバ３がマルチモード
光ファイバコネクタ（以下、ｒＭＭコネクタ」という。

）４を介して接続されている。他端１ｂには、今後布設
される光ケーブル５に収納されたシングルモード光ファ
イバ６がシングルモード光ファイバコネクタ（以下、「
８Ｍコネクタ」という。）７を介して接続されている。

マルチモード光ファイバ３．３は、コア径が５０ｕｍ、
比屈折率差が１％で形成されており、シングルモード光
ファイバ６．６は、コア径が８μｍ、比屈折率差が０．
３％で形成されている。

ＭＭコネクタ４は、マルチモード光ファイバ同志を結合
するもので、調心型フェルール方式や無調心型フェルー
ル方式のものを使用することができる。

また、８Ｍコネクタ７はシングルモード光ファイバ同志
を結合するもので、やはり調心型フェルール方式や無調
心型フェルール方式のものを使用することができる。

モード変換型光ファイバ１は、その一端１ａにおけるコ
ア径及び比屈折率差が、コア径が５０μｍ１比屈折率差
が１％で形成されており、マルチモード光ファイバのコ
ア径及び比屈折率差と等しくなっている。また、他端１
ｂにおけるコア径及び比屈折率差は、コア径が８μｍ１
比屈折率差が０．３％で形成されており、シングルモー
ド光ファイバのコア径及び比屈折率差と等しくなってい
る。

さらに、一端から他端に至るコア径及び比屈折率差は、
当該光軸方向において直線的に変化するように構成され
ている。

第２図は、モード変換型光ファイバ１の光軸方向におけ
るコア径の変化（同図（ａ））及び比屈折率差の変化（
同図（ｂ））を示したものである。

光軸方向におけるＭ　Ｍコネクタからの距離りを横軸、
コア径を縦軸とした場合、コア径はＭＭコネクタと接続
される一端１ａでは５０μｍであるが、他端に近付くに
つれて直線状に減少（変化）し、他端では８μｍになっ
ている（同図（ａ））。

また、比屈折率差は、光軸方向におけるＭＭコネクタか
らの距離りを横軸、コア径を縦軸とした場合、ＭＭコネ
クタと接続される一端１ａでは１％であるが、他端に近
付くにつれて直線状に減少（変化）シ、他端では０．３
％になっている（同図（ａ））。

マルチモード光ファイバからシングルモード光ファイバ
に光信号を直接入射する場合、マルチモード光ファイバ
の中には複数の伝播モードが存在し、かつ各モードの電
磁界分布が広がる幅がシングルモード光ファイバのコア
径に対して充分太きいので、シングルモード光ファイバ
に入射後に高次モード光が遮断され基底モード光の大部
分も放射される。その為、実際シングルモード光ファイ
バ中に伝播できる光のパワーは、マルチモード光ファイ
バ中の光のパワーの１％程度になる。

ところが、上記実施例に係るモード変換型光ファイバに
よると、コア径をＤ１比屈折率差Δ、このモード変換型
光ファイバの全長をＬ、光軸方向におけるＭＭコネクタ
からの距離を２とすれば、Ｄ−５０−（５０−８）Ｚ゛
／Ｌ −５０−４２Ｚ／Ｌ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１）Δ−１，０−（１，０−０，３
）Ｚ／Ｌ−１，０−０，７Ｚ／Ｌ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（２）で示される。すなわち、コア径
り及び比屈折率差Δは光軸方向で直線的に変化しており
、一端（Ｚ−０）ではコア径、比屈折率差はマルチモー
ド光ファイバのコア径（−５０μｍ）、比屈折率差（−
１，０％）と同一になっており、他端（Ｚ−Ｌ）ではコ
ア径、比屈折率差はシングルモード光ファイ、バのコア
径（−８μｍ）、比屈折率差（−０．３％）と同一にな
っている。

従って、マルチモード光ファイバから本発明に係るモー
ド変換型光ファイバを介してシングルモード光ファイバ
に光信号を入射する場合、マルチモード光ファイバから
本発明に係るモード変換型光ファイバに入射された信号
光の高次モードは、距離りを伝播するうちに徐々に低次
モードへと結合され、最終的には大部分の高次モードが
基底モードへ結合される。

さらに、電磁界分布の広がった信号光は距離りを伝播す
るうちに、シングルモード光ファイバのコア径まで集光
されるので、結果として、当該信号光は電磁界分布の広
がりの小さく良く集光された基底モード光になる。

なお、上記実施例におけるコア径（５０μｍ１８μｍ）
、比屈折率差（１，０％、０．３％）の具体的な数値は
任意的なものであり、両端に接続される光ファイバの形
状、材質等に依存するものである。例えば、一端にコア
径が４５〜５５μｍ１比屈折率差が０．８〜１．１％の
マルチモード光ファイバが接続され、他端にコア径が７
〜１１μｍ１比屈折率差が０．２９〜０．３３％のシン
グルモード光ファイバが接続される場合には、モード変
換型光ファイバにおける一端のコア径は４５〜５５μｍ
になり、比屈折率差は０．８〜１．１％になる。また、
他端のコア径は７〜１１μｍになり、比屈折率差は０．
２９〜０．３３％になる。

重要なことは、一端及び他端において接続される光ファ
イバのコア径及び比屈折率差になるように形成されてお
り、コア径及び比屈折率差が光軸方向において直線状に
変化（減少あるいは増加）している点である。

第３図は、本発明に係るモード変換型光ファイバを使用
した実験装置を示すものである。モード変換型光ファイ
バ１の全長は１００ｍ、マルチモード光ファイバ３及び
シングルモード光ファイバ６はそれぞれ５００ｍのもの
が使用され、それぞれリール８．８．８に巻き付けられ
ている。モード変換型光ファイバ１は、一端１ａでＭＭ
コネクタ４を介してマルチモード光ファイバ３に接続さ
れており、他端１ｂでＳＭコネクタ７を介してシングル
モード光ファイバ６に接続されている。このマルチモー
ド光ファイバ１のコア部はＳ　ｉＯ２、Ｇ　ｅ　Ｏ２を
含んで組成され、クラッド部は、Ｓ　１０２で組成され
ている。なお、マルチモード光ファイバ３に光を入射す
る為、波長１．３μｍのＬＥＤ９が使用されており、シ
ングルモード光ファイバ６から出射される光パワーを測
定する為、パワーメータ１０が使用されている。

この実験装置を用いて、マルチモード光ファイバ３から
シングルモード光ファイバ６への挿入ｔｉ失及び結合損
失を測定した。従来、マルチモード光ファイバ３とシン
グル、モード光ファイバを直接接続した場合の接続損失
は約２０ｄＢであったが、本発明に係るモード変換型光
ファイバ１を使用した結果、挿入損失及び結合損失の和
は０．９ｄＢと一段と向上した。

第４図は、上記実験装置に使用されたモード変換型光フ
ァイバ１のコア径及び比屈折率差に関する実験データを
示すものである。この実験データは、光軸方向における
コア径及び比屈折率差の依存性を２０ｍ毎に測定したも
のであり、この実験データにより、コア径及び比屈折率
差の実測値は、前述した第（１）式及び第（２）式で表
される設計値と良く一致していることが確認された。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したように構成されているので、
本発明に係るモード変換型光ファイバを介して異種モー
ドを有する光ファイバ（マルチモード、シングルモード
光ファイバ等）を結合することにより、異種モード光フ
ァイバ間の損失を２方向において低減することができる
。

従って、異種モード光ファイバが混在する伝送路におけ
る双方向通信を実現することができる。

特に、マルチモード光ファイバからシングルモード光フ
ァイバへの信号光の挿入損失及び結合損失を含めた損失
を、およそ１ｄＢ以下に抑えることができる。その為、
同一光伝送線路内にマルチモード光ファイバとシングル
モード光ファイバが一部に混在する場合でも、光信号の
伝播方向に制限がなくなり、テレビ会議やコンピュータ
通信等の双方向通信が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るモード変換型光ファイバの一
実施例を示す斜視図、第２図は、第１図の実施例の光軸
方向におけるコア径及び比屈折率差の変化を示す図、第
３図は、この発明に係るモード変換型光ファイバを使用
した実験装置を示す図、第４図は、第３図の実験装置に
使用したモード変換型光ファイバのコア径及び比屈折率
差に係る実験データを示す図、第５図は、光ファイバの
種類を説明する為の図である。 １・・・モード変換型光ファイバ ２．５・・・光ケーブル ３・・・マルチモード光ファイバ ４・・・マルチモード光ファイバコネクタ６・・・シン
グルモード光ファイバ ７・・・シングルモード光ファイバコネクタ８・・・リ
ール ９　・・・　ＬＥＤ １０・・・パワーメータ 特許出願人　　住友電気工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 コア部とコア部より屈折率が低いクラッド部より成り、
   一端にマルチモード光ファイバを接続し他端にシングル
   モード光ファイバを接続するモード変換型光ファイバに
   おいて、 前記一端におけるコア径及び比屈折率差が、前記マルチ
   モード光ファイバのコア径及び比屈折率差とほぼ等しく
   なるように形成され、 前記他端におけるコア径及び比屈折率差が、前記シング
   ルモード光ファイバのコア径及び比屈折率差とほぼ等し
   くなるように形成され、 前記一端から前記他端におけるコア径及び比屈折率差が
   、当該光軸方向へ直線的に変化するように構成されてい
   ることを特徴とするモード変換型光ファイバ。