JPH0140321B2 - - Google Patents
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- JPH0140321B2 JPH0140321B2 JP55083394A JP8339480A JPH0140321B2 JP H0140321 B2 JPH0140321 B2 JP H0140321B2 JP 55083394 A JP55083394 A JP 55083394A JP 8339480 A JP8339480 A JP 8339480A JP H0140321 B2 JPH0140321 B2 JP H0140321B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は波長が可視スペクトル範囲内にある
か、又は通信システムの光学的信号に適用される
帯域幅内にある光学繊維導波管などの誘電体導波
管(dielectric waveguide)に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to dielectric waveguides, such as fiber optic waveguides, whose wavelengths are within the visible spectral range or within the bandwidth applied to optical signals in communication systems. waveguide).
よく知られているように、横断面が楕円形のコ
アをもつ光学繊維は繊維コアと被覆の屈折率n1と
n2との差Δoが比較的大きいと、すぐれた偏波維
持特性をもつ。このようにΔoが大きくなると、
楕円形横断面の長軸及び短軸に沿つて伝搬する信
号の2つの基本モードの伝搬定数βLとβSとの差Δ〓
が最大になり、従つて2つの基本モード間の結合
(coupling)が最少化する。この結果、楕円の長
軸にほぼ平行な電場をもつ基本モードで前記の光
学繊維内に発射された光学波は光学繊維の他端で
偏波検知器によつて高い信頼性をもつて捕捉でき
る。 As is well known, an optical fiber with a core having an elliptical cross section has a refractive index of n 1 of the fiber core and coating.
When the difference Δ o from n 2 is relatively large, excellent polarization maintaining characteristics are achieved. As Δ o increases in this way,
The difference Δ〓 between the propagation constants β L and β S of the two fundamental modes of the signal propagating along the long and short axes of the elliptical cross section
is maximized, thus minimizing the coupling between the two fundamental modes. As a result, optical waves launched into said optical fiber in a fundamental mode with an electric field approximately parallel to the long axis of the ellipse can be reliably captured by a polarization detector at the other end of the optical fiber. .
理論的には、このような光学波は楕円の長軸に
そつて単一モードで伝搬するが、光学波源と楕円
の長軸を完全に整合(alignment)させることは
実際には困難である。この結果、光学波は楕円の
長軸と短軸の両方に整合する直交する2つの基本
偏波モードで伝搬する。光学繊維コアが楕円形で
あると、光学繊維の全長に沿つて2つの基本偏波
モードを楕円の各軸に整合させる傾向がある。 In theory, such an optical wave propagates in a single mode along the long axis of the ellipse, but in practice it is difficult to achieve perfect alignment between the optical wave source and the long axis of the ellipse. As a result, the optical wave propagates in two orthogonal fundamental polarization modes aligned with both the major and minor axes of the ellipse. The elliptical shape of the optical fiber core tends to align the two fundamental polarization modes along each axis of the ellipse along the length of the optical fiber.
コアが楕円形の光学繊維の別な公知特性は、直
交する2つの基本偏波モードの伝搬定数βLとβSと
の差Δ〓が最大になる領域が、望ましくない高次
モードをカツト・オフする領域になる点にある。
(高次モードとは違つて、基本モードは低周波数
カツト・オフをもたない。)前述したように、Δ〓
の最大時における動作は2つの基本モード間の結
合を最小化するので、信号の偏波を良好に保つこ
とができるが、この場合でもなお依然として2つ
の基本モードが偶発的に結合する傾向があり、従
つて導波管の帯域幅が縮少する。 Another well-known property of optical fibers with elliptical cores is that the region where the difference Δ〓 between the propagation constants β L and β S of two orthogonal fundamental polarization modes is maximum cuts out undesirable higher-order modes. It's at the point where it becomes a turn-off area.
(Unlike higher-order modes, fundamental modes do not have a low-frequency cutoff.) As mentioned earlier, ∆〓
Although operation at its maximum minimizes the coupling between the two fundamental modes and thus preserves the polarization of the signal well, there is still a tendency for the two fundamental modes to couple inadvertently. , thus reducing the waveguide bandwidth.
従つて、本発明の主な目的は高次モードがカツ
ト・オフされている領域で動作する場合に直交す
る2つの基本偏波モードの望ましくない結合の悪
影響をほとんど受けないようにしたコアの横断面
が楕円形の光学繊維導波管か、あるいは同横断面
が長方形の他の誘電体からなる導波管を提供する
ことにある。すなわち、本発明の目的は2つの基
本モードの望ましくない結合によつて導波管帯域
幅が縮小することがないようにした上記誘電体導
波管を提供することにあるのである。 Therefore, the main object of the invention is to create a core traverse that is hardly affected by the undesired coupling of the two orthogonal fundamental polarization modes when operating in the region where the higher-order modes are cut off. The object of the present invention is to provide a waveguide made of an optical fiber waveguide having an elliptical surface or another dielectric material having a rectangular cross section. That is, an object of the present invention is to provide the above dielectric waveguide in which the waveguide bandwidth is not reduced due to undesirable coupling of two fundamental modes.
本発明の別な重要な目的は高い生産速度で効率
的かつ経済的に製造できるコアが楕円形の光学繊
維導波管を提供することにあるのある。 Another important object of the present invention is to provide an optical fiber waveguide with an elliptical core that can be manufactured efficiently and economically at high production rates.
本発明の他の目的及び長所は以下の詳細な説明
から明らかになるはずである。 Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description below.
本発明によれば、上記目的は高次モードがカツ
ト・オフされている領域で動作しながら、この領
域を伝搬する信号の直交する2つの基本偏波モー
ドの群速度を等速化する、コアの横断面が楕円形
の光学繊維導波管か、あるいは同横断面が長方形
の他の誘電体からなる導波管を提供することによ
り達成できる。上記群速度が等しい限り、2つの
基本モードが偶発的に結合しても問題にはならな
い。というのは、2つの基本モードによつて搬送
される信号は光学繊維導波管あるいは誘電体導波
管の端末に同時に到達するからである。 According to the present invention, the above object is to operate in a region where higher-order modes are cut off, while equalizing the group velocities of two orthogonal fundamental polarization modes of a signal propagating in this region. This can be achieved by providing an optical fiber waveguide with an elliptical cross section or a waveguide made of another dielectric material with a rectangular cross section. As long as the group velocities are equal, there is no problem even if the two fundamental modes accidentally combine. This is because the signals carried by the two fundamental modes arrive at the end of the optical fiber or dielectric waveguide simultaneously.
本発明の着想の一部はコアが楕円形の光学繊維
は高次モードがカツト・オフされている領域で動
作できると同時に、直交する2つの基本偏波モー
ドの群速度を等速化できるという知見に基づいて
いる。高次モードがカツト・オフされている領域
では2つの基本モードの伝搬速度と位相速度の差
を最大化できることは以前から知られていたが、
基本モードの伝搬定数や位相速度と同様に、基本
モードの群速度は同領域では一致しないと考えら
れていた。短軸に対する長軸のあらゆる比からみ
て、2つの基本モードの群速度が等しくなる点が
あるのは事実であるが、この点が高次モードがカ
ツト・オフされている領域、すなわち2つの基本
モードだけが伝搬できる領域で表われるのは上記
の比が所定値を越えたときだけである。従つて、
2つの基本モードの結合を(位相速度差を大きく
取ることによつて)抑制すると同時に、(群速度
の等速化によつて)基本モードの偶発的な結合を
無意味なものにするように動作点を選択すること
は可能である。 Part of the idea of the present invention is that an optical fiber with an elliptical core can operate in a region where higher-order modes are cut off, while at the same time making the group velocities of two orthogonal fundamental polarization modes constant. Based on knowledge. It has long been known that the difference between the propagation velocity and phase velocity of the two fundamental modes can be maximized in the region where higher-order modes are cut off.
Like the propagation constant and phase velocity of the fundamental mode, the group velocity of the fundamental mode was thought to be inconsistent in the same region. It is true that there is a point where the group velocities of the two fundamental modes are equal for any ratio of the major axis to the minor axis, but this point is the region where the higher modes are cut off, i.e. the two fundamental modes are equal. It is only when the above ratio exceeds a predetermined value that a mode appears in a region where only the mode can propagate. Therefore,
In order to suppress the coupling of the two fundamental modes (by increasing the phase velocity difference), and at the same time to make the accidental coupling of the fundamental modes meaningless (by making the group velocity constant). It is possible to choose the operating point.
本発明の結果、コアが楕円形の光学繊維は高次
モードの信号がカツト・オフされる動作領域にお
いて伝送信号の偏波を良好に維持できるばかりで
なく、伝送信号の群速度を等速化できるようにな
つた。上記特性をこのように組合せると、広い帯
域幅内の光学的信号を長い光学繊維を用いて伝送
でき、偏波検知器によつて捕捉できる。すなわ
ち、本発明によつて提供される光学繊維は長距離
伝送システムに特に好適であり、あるいは高偏波
信号を容易に検出でき、しかも必要に応じて再伝
送する(re―transmit)ことが重要である用途に
特に好適である。 As a result of the present invention, the optical fiber with an elliptical core can not only maintain the polarization of the transmitted signal well in the operating region where higher-order mode signals are cut off, but also make the group velocity of the transmitted signal constant. Now I can do it. This combination of the above properties allows optical signals within a wide bandwidth to be transmitted over long optical fibers and captured by polarization detectors. That is, the optical fiber provided by the present invention is particularly suitable for long-distance transmission systems, or it is important that highly polarized signals can be easily detected and, if necessary, re-transmitted. It is particularly suitable for applications such as
以下本発明の実施態様を添付図面について説明
する。 Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
さて第1図及び第2図について説明すると、図
示の通信システムは波長が可視スペクトル内にあ
る偏波発射源2と偏波検知器3との間に延設した
光学繊維導波管1から成つている。第2図に示す
ように、光学繊維導波管1は誘電体被覆5で被覆
した、横断面が楕円形の導波部材すなわちコア4
から成る。コア4の楕円形横断面の長軸aの長さ
は短軸bのほぼ2.5倍である。換言すれば、a/
b=2.5である。 1 and 2, the illustrated communication system consists of an optical fiber waveguide 1 extending between a polarization emission source 2 whose wavelength is within the visible spectrum and a polarization detector 3. It's on. As shown in FIG. 2, the optical fiber waveguide 1 includes a waveguide member, that is, a core 4 having an elliptical cross section and covered with a dielectric coating 5.
Consists of. The length of the major axis a of the elliptical cross section of the core 4 is approximately 2.5 times the length of the minor axis b. In other words, a/
b=2.5.
コア4は蒸着法によつて作るのが好ましく、こ
の方法では、例えばゲルマニウム及びリンの酸化
物等の適当なドーピング物質をシリカチユーブの
内面に蒸着した後、このチユーブをつぶして、充
実体のロツドを形成し、このロツドをシリカ被覆
5内のコア4とする。この場合、コア4と被覆5
の寸法が所望通りに減少するまでシリカロツドを
延伸する。楕円形コアはシリカチユーブをつぶし
て延伸する前に、これの外面の正反対側部分を研
磨し、シリカチユーブのほぼ全長に沿つて連続的
に延長するとともに、正反対側に位置する一対の
平坦領域を形成してつくることもできる。 The core 4 is preferably made by a vapor deposition method, in which suitable doping substances, such as germanium and phosphorus oxides, are vapor deposited on the inner surface of a silica tube and then the tube is collapsed to form a solid rod. is formed, and this rod is used as the core 4 within the silica coating 5. In this case, core 4 and coating 5
Stretch the silica rod until the dimensions of the silica rod are reduced as desired. Before the silica tube is crushed and stretched, the oval core has diametrically opposed portions of its outer surface polished so that it extends continuously along almost the entire length of the silica tube and has a pair of diametrically opposed flat regions. It can also be formed and created.
第3図に示した別な構成のコア4は横断面がほ
ぼ長円形(oval)であつて、長軸aと短軸bの長
さの比a/bが2.5である。第4図に示したさら
に別の構成のコア4は横断面がほぼ長方形であつ
て、長軸aと短軸bの長さの比a/bが3.0であ
る。第5図に示したさらに別の構成のコア4で
は、横断面が楕円形であるが、この構成における
長軸aと短軸bの長さの比a/bは3.5である。 The core 4 of another configuration shown in FIG. 3 has a substantially oval cross section and a ratio a/b of the lengths of the major axis a and the minor axis b of 2.5. A core 4 of still another configuration shown in FIG. 4 has a substantially rectangular cross section and a ratio a/b of the lengths of the major axis a and the minor axis b of 3.0. In the core 4 of still another configuration shown in FIG. 5, the cross section is elliptical, and the ratio a/b of the lengths of the major axis a and the minor axis b in this configuration is 3.5.
第1図の通信システムを使用する場合は、光学
繊維導波管1への入力として偏波発射源2から偏
波を供給するため、偏波の方向が長軸aと整合す
る。この偏波は導波管1を伝搬して、検知器3に
よつて捕捉されるが、長軸a及び短軸bに対する
偏波の方向はほとんど変化しない。このように伝
搬電波の偏波方向を維持できることが導波部材す
なわちコア4のひとつの特性である。 When using the communication system of FIG. 1, the polarized wave is supplied from the polarized wave emission source 2 as an input to the optical fiber waveguide 1, so that the direction of the polarized wave is aligned with the long axis a. This polarized wave propagates through the waveguide 1 and is captured by the detector 3, but the direction of the polarized wave with respect to the long axis a and the short axis b hardly changes. One of the characteristics of the waveguide member, that is, the core 4, is that the polarization direction of the propagating radio waves can be maintained in this manner.
信号波長及びコアと被覆に屈折率の値を設定し
たならば、コア4の横断面の寸法を定めて高次モ
ードの光信号がカツト・オフされるようにしなけ
ればならない。これは導波管の帯域幅を最大に保
つために不可欠なことである。所定の特性が高次
モードをカツト・オフするかどうかを求めるため
に通常用いられているパラメータは次式で定義さ
れるVである。 Once the signal wavelength and refractive index values for the core and coating have been set, the cross-sectional dimensions of the core 4 must be determined so that the optical signals in higher modes are cut off. This is essential in order to maintain maximum waveguide bandwidth. A commonly used parameter to determine whether a given characteristic cuts off higher order modes is V, which is defined by the following equation.
V=2πb/λ0〔n2 1−n2 2〕1/2
ただし、n1=コアの屈折率
n2=被覆の屈折率
λ0=自由空間波長(free space
wavelength)である。 V=2πb/λ 0 [n 2 1 −n 2 2 ] 1/2 where n 1 = refractive index of the core n 2 = refractive index of the coating λ 0 = free space wavelength
wavelength).
第8図はコア(n1=1.535)が楕円形で、n2が
1.47の光学繊維についてb/a比の値を種々変え
て求めたパラメータVの高次モードカツト・オフ
(HMCO)値を示すグラフである。比b/aが所
定値のときにVがVHMCO曲線以下の値をとるなら
ば、上記光学繊維には2つの基本モードの信号の
みが伝搬される。 In Figure 8, the core (n 1 = 1.535) is elliptical, and n 2 is
2 is a graph showing higher-order mode cut-off (HMCO) values of parameter V obtained with various b/a ratio values for optical fibers having a diameter of 1.47. If V takes a value below the V HMCO curve when the ratio b/a is a predetermined value, only two fundamental mode signals are propagated through the optical fiber.
本発明によれば、コアの楕円横断面の寸法にお
けるb/a比はVが高次モードカツト・オフ値
(VHMCO)以下で、しかも2つの基本モードの群速
度(V〓vg=0)を等速化する値をとるように選択す
る。上記光学繊維の異なるb/a値における群速
度の等速化パラメータVの値は第8図の曲線
V〓vg=0によつて求められる。従つて、b/a値が
約0.67(a/b=1.54)以上ならば、Vの値が高
次モードカツト・オフ値以上のとき、すなわち
V〓vg=0曲線がVHMCO曲線の上方にあるときにのみ
群速度を等速化できる。ところが、b/a値が
0.67以下のときには、V〓vg=0曲線がVHMCO曲線の
下方にくるため高次モードカツト・オフと共に等
しい群速度を得ることができる。従つて、b/a
及びVの値を適正に設定すると、誘電体導波管に
より2つの基本モードの高次モードカツト・オフ
化と等群速化の両者を達成できる。例えば、第8
図について説明すると、b/aが0.40(a/b=
2.5)の値をとるように選択するときには、群速
度を等速化するためにVは1.74でなければならな
い。この場合、高次モードカツト・オフのVはよ
り大きくて1.81である。このようにしてVの値を
求めてから、次式によつてbの値を求めることが
できる。 According to the present invention, the b/a ratio in the dimension of the elliptical cross section of the core is such that V is below the higher mode cutoff value (V HMCO ) and the group velocity of the two fundamental modes (V〓 vg=0 ) is Select a value that makes the speed constant. The value of the constant velocity parameter V of the group velocity at different b/a values of the above optical fiber is shown by the curve in Figure 8.
V〓 is determined by vg=0 . Therefore, if the b/a value is about 0.67 (a/b = 1.54) or more, then the V value is more than the higher-order mode cut-off value, that is,
The group velocity can be made constant only when the V〓 vg=0 curve is above the V HMCO curve. However, the b/a value
When it is less than 0.67, the V〓 vg=0 curve is below the V HMCO curve, so it is possible to obtain equal group velocities with high-order mode cut-off. Therefore, b/a
By appropriately setting the values of and V, the dielectric waveguide can achieve both high-order mode cut-off of the two fundamental modes and constant group velocity. For example, the 8th
To explain the figure, b/a is 0.40 (a/b=
2.5), V must be 1.74 to make the group velocity constant. In this case, the higher mode cutoff V is larger, 1.81. After determining the value of V in this manner, the value of b can be determined using the following equation.
V=2πb/λ0〔n2 1−n2 2〕1/2
すなわち、この式にn1とn2の前記値及び波長
λ1500ナノメータを代入する。 V=2πb/λ 0 [n 2 1 −n 2 2 ] 1/2 That is, the above values of n 1 and n 2 and the wavelength λ 1500 nanometers are substituted into this equation.
1.74=2πb/1500×10-9〔(1.535)2−(1.47)2〕1
/2
b=(1.74)(1500×10-9)/π〔(1.535)2−(1.
47)2〕1/2=1.88×10-6 n
a/bは2.5に選択してあるので、
a=2.5b
=(2.5)(9.40×10-7)
=2.35×10-6 nである。 1.74=2πb/1500×10 -9 [(1.535) 2 − (1.47) 2 ] 1
/2 b=(1.74)(1500×10 -9 )/π [(1.535) 2 −(1.
47) 2 ] 1/2 = 1.88×10 -6 n Since a/b is selected to be 2.5, a=2.5b = (2.5) (9.40×10 -7 ) = 2.35×10 -6 n .
第8図のV〓vg=0曲線の作図に使用した値はコア
が楕円形の光学繊維の超越方程式を適用すると求
めることができる。楕円形誘電体導波管の特性方
程式は横断面が円形の導波管を示すために一般に
使用されている特性方程式と全く同じ形で表わす
ことができる。偶数モード(つまり軸方向のHフ
イールドが半径の偶数マシユー関数(even
radial mathieu function)によつて示されるモ
ード)は次のように表わすことができる。 The values used to draw the V〓 vg=0 curve in Figure 8 can be obtained by applying the transcendental equation for an optical fiber with an elliptical core. The characteristic equation for an elliptical dielectric waveguide can be expressed in exactly the same form as the characteristic equation commonly used to represent a waveguide with a circular cross section. even mode (that is, the axial H field is an even Mathieu function of radius)
radial mathieu function) can be expressed as follows.
((ε1/ε2)w2/u S′en(u)/Sen(u)+wG
′ekn(w)/Gekn(w))
×(w2/u C′en(u)/Cen(u)+wF′ekn(w)
/Fekn(w))
=〔βnk2b2/4u2(ε1/ε2−1)〕2
ただし、ε1はコアの誘電率、ε2は被覆の誘電
率、βは形式伝搬定数、k2は被覆内における基本
偏波モードの波数であり、Sen,Cen,Gekn,
Feknはマシユー関数であり、Sen,Cenはu
(coshξ/sinhξ0)の関数であつて、Sen,Cenは
w(coshξ/sinhξ0)の関数である。(ξは楕円筒
座標における1つの成分であり、楕円の共焦点が
決まると、ξの値により1つの楕円が特定され
る。ただし、ξ0=coth-1(a/b)である。)又、
u及びwは、等価半径として半短軸b/2を適用
して円形導波管について定義したものであつて、
それぞれコア内及び被覆内の正規化横方向伝搬定
数であり、次式で与えられる。 ((ε 1 /ε 2 )w 2 /u S′e n (u) / Se n (u) + wG
′ek n (w)/Gek n (w)) ×(w 2 /u C′e n (u)/Ce n (u)+wF′ek n (w)
/Fek n (w)) = [β n k 2 b 2 /4u 2 (ε 1 /ε 2 −1)] 2Where , ε 1 is the dielectric constant of the core, ε 2 is the dielectric constant of the coating, and β is the format The propagation constant, k 2 is the wave number of the fundamental polarization mode within the coating, and Se n , Ce n , Gek n ,
Fek n is the Mathieu function, and Se n and Ce n are u
(coshξ/sinhξ 0 ), and Sen and Cen are functions of w(coshξ/sinhξ 0 ). (ξ is one component in the elliptical cylindrical coordinates, and when the confocal point of the ellipse is determined, one ellipse is specified by the value of ξ. However, ξ 0 = coth -1 (a/b).) or,
u and w are defined for a circular waveguide by applying the semi-minor axis b/2 as the equivalent radius, and
The normalized lateral propagation constants in the core and in the covering, respectively, are given by:
u=(k2n2 1−β2)1/2b/2
w=(β2−k2n2 2)1/2b/2
ただし、ここで、k2=ω2ε0μ0(ωはラジアン周
波数2π=2πc/λ0)であるから、
u=(ω2ε0μ0n2 1−β2)1/2b/2
w=(β2−ω2ε0μ0n2 2)1/2b/2
である。 u=(k 2 n 2 1 −β 2 ) 1/2 b/2 w=(β 2 −k 2 n 2 2 ) 1/2 b/2 However, here, k 2 =ω 2 ε 0 μ 0 (ω is the radian frequency 2π=2πc/λ 0 ), so u=(ω 2 ε 0 μ 0 n 2 1 −β 2 ) 1/2 b/2 w=(β 2 −ω 2 ε 0 μ 0 n 2 2 ) 1/2 b/2.
SenとCen、そしてGeknとFeknを単に置き換え
るだけで奇数モードの特性方程式を求めることが
できる。微分dω/dβ(ただしωはラジアン周波数
2π=2πc/λ0である)は前記特性方程式の他の値を
代入すると得られる特定モードの群速度vgであ
る。従つて、2つの基本モードの群速度vgL及び
vgSが等しいと、2つの微分dω/dβL及びdω/dβS
も互いに等しい。次に、dω/dβL=dω/dβSをb
について解くが、求めたbの値は前記のVに関す
る標準方程式を適用してVの値を求めるために使
用できる。 The characteristic equation for the odd mode can be found by simply replacing Sen n and Ce n and Gek n and Fek n . The differential dω/dβ (where ω is the radian frequency 2π=2πc/λ 0 ) is the group velocity vg of the specific mode obtained by substituting other values in the characteristic equation. Therefore, the group velocities of the two fundamental modes vg L and
If v gS are equal, the two derivatives dω/dβ L and dω/dβ S
are also equal to each other. Next, let dω/dβ L = dω/dβ S be
The obtained value of b can be used to obtain the value of V by applying the standard equation regarding V mentioned above.
又第7図及び第8図から理解できるように、
Δβが最大になるVの値は常に群速度が等速化す
るVの値より小さい。従つて、所定の光学繊維で
は群速度の等速化及びΔβの最大化の両者は同時
には達成できない。しかし、Δβの最大化は達成
できないけれども、2つの基本モードの結合は依
然として大きく抑制できる。これは異なるa/b
比についてのΔ/(Δo)2の変化をVの関数と
して示した第7図からより明らかに理解できるは
ずである。以上説明してきた繊維の場合、群速度
を等速化するVは1.74で、そしてa/bは2.5で
あるが、第7図から分かるように、Δ/(Δo)
2はそのピーク値0.255に達しないが、0.215(最大
値の84%)という比較的大きな値をとる。上記繊
維を直径が2mmのロツドに完全にひと巻した場
合、633ナノメータの動作波長でこの繊維におけ
る2つの基本モードの結合は―40dB未満である。
基本モードの群速度が等速化されている場合、群
伝搬に関する限り、基本モードの小さな結合は問
題にならない。換言すれば、2つの基本モードの
伝送信号が信号受信機に同時に到達するので、誘
電体導波管の帯域幅が縮小しない。 Also, as can be understood from Figures 7 and 8,
The value of V at which Δβ becomes maximum is always smaller than the value of V at which the group velocity becomes constant. Therefore, with a given optical fiber, it is not possible to both make the group velocity constant and maximize Δβ at the same time. However, although the maximization of Δβ cannot be achieved, the coupling of the two fundamental modes can still be greatly suppressed. This is different a/b
It can be seen more clearly from FIG. 7, which shows the variation of the ratio Δ/(Δ o ) 2 as a function of V. In the case of the fibers explained above, V, which makes the group velocity constant, is 1.74, and a/b is 2.5, but as can be seen from Fig. 7, Δ/(Δ o )
2 does not reach its peak value of 0.255, but takes a relatively large value of 0.215 (84% of the maximum value). When the fiber is completely wound into a 2 mm diameter rod, the coupling of the two fundamental modes in the fiber is less than -40 dB at an operating wavelength of 633 nanometers.
If the group velocities of the fundamental modes are made constant, small couplings of the fundamental modes are not a problem as far as group propagation is concerned. In other words, the bandwidth of the dielectric waveguide is not reduced because the transmission signals of the two fundamental modes reach the signal receiver simultaneously.
第1図は本発明による誘電体導波管を適用した
単信システムの概略図であり、第2図は第1図の
システムに誘電体導波管として使用するのに好適
な光学繊維の横断面図であり、第3〜5図は第1
図のシステムに誘電体導波管として使用する光学
繊維の異なる3つの構成を示す横断面図であり、
第6図は円形偏光が第2図の光学繊維に入射した
とき同繊維から散乱(scatter)される光のモー
ド干渉じま(水平な破線で示す)を示す概略図で
あり、第7図は第2図の光学繊維における種々な
楕円形横断面のコアについてΔ/(Δo)2をパ
ラメータVに対してプロツトして作図したグラフ
であり、第8図は第2図の光学繊維における種々
な動作条件についてパラメータVを比b/aに対
してプロツトして作図したグラフであり、第9図
は第2図の光学繊維における種々な楕円形横断面
のコアについて、2つの基本モードの群速度の差
ΔogをパラメータVに対してプロツトして作図し
たグラフである。
光学繊維導道管……1、偏波発射源……2、偏
波検知器……3、コア……4、被覆……5。
FIG. 1 is a schematic diagram of a simplex system to which a dielectric waveguide according to the invention is applied, and FIG. 2 is a cross-section of an optical fiber suitable for use as a dielectric waveguide in the system of FIG. This is a front view, and Figures 3 to 5 are the first
3 is a cross-sectional view showing three different configurations of optical fibers used as dielectric waveguides in the illustrated system,
FIG. 6 is a schematic diagram showing mode interference fringes (indicated by horizontal dashed lines) of light scattered from the optical fiber of FIG. 2 when circularly polarized light is incident on the optical fiber, and FIG. 8 is a graph plotting Δ/(Δ o ) 2 against the parameter V for cores of various elliptical cross sections in the optical fiber of FIG. 2, and FIG. FIG. 9 is a graph plotting the parameter V against the ratio b/a under the following operating conditions. FIG. This is a graph plotting the speed difference Δ og against the parameter V. Optical fiber conduit pipe...1, polarized wave emission source...2, polarized wave detector...3, core...4, coating...5.
Claims (1)
がaで、短軸がbで表わされるコアと、屈折率が
n2で表わされる被覆とをもつ導波部材からなる誘
電体導波管において、 (イ) 上記コアに直交する2つ基本偏波モードの波
であつて、かつ所定の波長をもつ波だけを伝搬
させることによつて、望ましくない高次モード
の波が伝搬することを防止し、そして (ロ) 前記直交する2つの基本偏波モードの群速度
をほぼ等速化して、前記基本モードの偶発的な
結合によつて導波管の帯域幅が縮小しないよう
に(n1),(n2),(a)及び(b)の値を、以下の(1)(2)
の方程式を解くことにより選択したことを特徴
とする誘電体導波管。 V=2πb/λ0〔n2 1−n2 2〕1/2 ……(1) (ただし、n1=コアの屈折率、n2=被覆の屈折
率、λ0=自由空間波長(free space
wavelength)である。) ((ε1/ε2)w2/u S′en(u)/Sen(u)+wG
′ekn(w)/Gekn(w))×(w2/u C′en(u)/C
en(u)+wF′ekn(w)/Fekn(w)) =〔βnk2b2/4u2(ε1/ε2−1)〕2 ……(2) (ただし、ε1はコアの誘電率、ε2は被覆の誘電
率、βは形式伝搬定数、k2は被覆内における基本
偏波モードの波数であり、Sen,Cen,Gekn,
Feknはマシユー関数であり、Sen,Cenはu
(coshξ/sinhξ0)の関数であつて、Sen,Cenは
w(coshξ/sinhξ0)の関数である。(ξは楕円筒
座標における1つの成分であり、楕円の共焦点が
決まると、ξの値により1つの楕円が特定され
る。ただし、ξ0=coth-1(a/b)である。)又、
u及びwは、等価半径として半短軸b/2を適用
して円形導波管について定義したものであつて、
それぞれコア内及び被覆内の正規化横方向伝搬定
数であり、次式で与えられる。 u=(ω2ε0μ0n2 1−β2)1/2b/2 w=(β2−ω2ε0μ0n2 2)1/2b/2 2 基本モードの結合を最小化できるよう両モー
ドの伝搬定数が実質的に異なるようにした特許請
求の範囲第1項に記載の誘電体導波管。 3 導波部材はその横断面が楕円形のコアをもつ
光学繊維である特許請求の範囲第1項に記載の誘
電体導波管。 4 細長い横断面の長軸と短軸の長さの比が約
2.0〜約3.5の範囲内にある特許請求の範囲第1項
に記載の誘電体導波管。[Claims] 1 A core having a refractive index n 1 and whose long and narrow cross section is represented by a and a short axis by b;
In a dielectric waveguide made of a waveguide member having a coating represented by n 2 , (a) only waves in two fundamental polarization modes orthogonal to the core and having a predetermined wavelength can be transmitted. (b) By making the group velocities of the two orthogonal fundamental polarization modes almost constant, the accidental wave of the fundamental mode is prevented from propagating. In order to prevent the bandwidth of the waveguide from being reduced due to coupling, the values of (n1), (n2), (a) and (b) are set as shown in
A dielectric waveguide characterized by being selected by solving the equation. V=2πb/λ 0 [n 2 1 −n 2 2 ] 1/2 ...(1) (where n 1 = refractive index of the core, n 2 = refractive index of the coating, λ 0 = free space wavelength space
wavelength). ) ((ε 1 /ε 2 )w 2 /u S′e n (u) / Se n (u) + wG
′ek n (w)/Gek n (w))×(w 2 /u C′e n (u)/C
e n (u) + wF′ek n (w) / Fek n (w)) = [β n k 2 b 2 /4u 2 (ε 1 /ε 2 −1)] 2 ...(2) (However, ε 1 is the dielectric constant of the core, ε 2 is the dielectric constant of the coating, β is the formal propagation constant, k 2 is the wave number of the fundamental polarization mode in the coating, and Sen , Ce n , Gek n ,
Fek n is the Mathieu function, and Se n and Ce n are u
(coshξ/sinhξ 0 ), and Sen and Cen are functions of w(coshξ/sinhξ 0 ). (ξ is one component in the elliptical cylindrical coordinates, and when the confocal point of the ellipse is determined, one ellipse is specified by the value of ξ. However, ξ 0 = coth -1 (a/b).) or,
u and w are defined for a circular waveguide by applying the semi-minor axis b/2 as the equivalent radius, and
The normalized lateral propagation constants in the core and in the covering, respectively, are given by: u=(ω 2 ε 0 μ 0 n 2 1 −β 2 ) 1/2 b/2 w=(β 2 −ω 2 ε 0 μ 0 n 2 2 ) 1/2 b/2 2 Combination of fundamental modes 2. A dielectric waveguide according to claim 1, wherein the propagation constants of both modes are substantially different so as to be minimized. 3. The dielectric waveguide according to claim 1, wherein the waveguide member is an optical fiber having a core whose cross section is elliptical. 4 The ratio of the length of the long axis to the short axis of the elongated cross section is approximately
A dielectric waveguide as claimed in claim 1 in the range of 2.0 to about 3.5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55083394A JPS57111103A (en) | 1980-06-19 | 1980-06-19 | Dielectric waveguide tube |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP55083394A JPS57111103A (en) | 1980-06-19 | 1980-06-19 | Dielectric waveguide tube |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS57111103A JPS57111103A (en) | 1982-07-10 |
JPH0140321B2 true JPH0140321B2 (en) | 1989-08-28 |
Family
ID=13801207
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP55083394A Granted JPS57111103A (en) | 1980-06-19 | 1980-06-19 | Dielectric waveguide tube |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPS57111103A (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5928116A (en) * | 1982-08-09 | 1984-02-14 | Mitsubishi Electric Corp | Photocoupler |
JP5631168B2 (en) * | 2010-11-17 | 2014-11-26 | キヤノン株式会社 | Solid-state image sensor |
US9871282B2 (en) | 2015-05-14 | 2018-01-16 | At&T Intellectual Property I, L.P. | At least one transmission medium having a dielectric surface that is covered at least in part by a second dielectric |
-
1980
- 1980-06-19 JP JP55083394A patent/JPS57111103A/en active Granted
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ELECTRONICS LETTERS=1979 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS57111103A (en) | 1982-07-10 |
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