JPH0242407A - モードスクランブラ - 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〉 本発明はモードスクランブラに関し、より具体的には光
フアイバ中を伝搬する光のモード分布状態をすみやかに
定常モード分布状態にするモードスクランブラに関する
。

〈従来の技術〉 光フアイバ通信もしくは光フアイバ計測分野、特に後者
において光ファイバの光伝送損失特性。

伝送帯域特性等の測定を行う場合は、測定条件を統一す
る之めに測定器への測定用入射光のモード分布状態が定
常モード分布状態であることが要求される。ここで定常
モード分布状態とは、光フアイバ中を伝搬する光のモー
ド分布が、入射光条件及びファイバの長さ方向の位置に
依存せず、ある一定の出射分布であることをいう。

マルチモードファイバをこのような定常モーＰ状態にす
るにはある程度の距離が必要であり、特にプラスチック
光ファイバを用いて伝書光をこのような定常モード分布
状態とする九めには数１゜ｍ以上の非常に長いファイバ
長が必要である。

このため、ある光源からの入射光を低損失かつ簡便に定
常モーＰ分布状態にする装置としてモードスクランブラ
が開発されている。

従来、開口数０．４未満の小開口数の石英ファイバにお
いては、第１０図に示すように光ファイバ１００を多数
の円柱１０１〜１０５０間で屈曲させモード変換を行な
う構造のものが徳田他昭和５１年電気通信学会光・電波
部門全国大会講演論文集５３−９に報告されている。

また、同様の構造のものとして、第１１図に示すように
光ファイバの長手方向に対してネゾリを加え、かつ複数
のピンへ結合させて光ファイ・−？全湾曲させる構造の
ものが特開昭６０−１７８４０９号公報に示されている
。

更に、円柱体だ石英光ファイバを螺旋状圧巻付けたモー
ドスクランブラも開発されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、第１０図及び第１１図に示したようなモードス
クランブラは１石英系光ファイバのような、光ファイバ
のコア直径が数１０周以下の細径の光ファイバの場合に
はモードスクランブル効果を発揮しうるが、コア直径が
１００μｍ以上の太径で開口数０．４以上のステップイ
ンデックス型光ファイバ等をこの方法に応用しても充分
なモードスクランブル効果が得られず、性能の良好なモ
ードスクランブラを作ろうとすると装置全体が極めて大
きくなるという難点を有する。

まな１円柱体に螺旋状に巻付けた形状のモードスクラン
ブラをファイバコア径の太い光ファイバ特にプラスチッ
ク系光ファイバにおいて作ると。

使用する円柱径及び入射光の条件で出射光のモーｒ分布
状態が異なり、高次モード光もしくは低次モード光のみ
の分布状態となり、良好なモードスクランブラとなすこ
とができない。

この発明は、このような問題点に、鑑みてなされ九もの
であってその目的とするところは、コア直径１００μｍ
以上、開口数０．４以上のステップインデックス型光フ
ァイバ等においても短ｈファイバ長で定常モード分布状
態が得られる、コンノ９クトで実用性のあるモードスク
ランブラを提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的は、少なくとも２つ以上の円柱の回りに光ファ
イバを巻き付けたモードスクランブラにおいて、前記２
つ以上の円柱のうち少なくとも２つの円柱の間において
少なくとも１回は巻付け°形状がＳ字状となるようにし
、前記巻付は形状がＳ字状となる２つの円柱のうち少な
くとも一つの円柱は光ファイバコア径の１０倍以上３０
倍以下の径を有し他方は該円柱と同等かそれ以上の径を
有しかつ巻付は形状がＳ字状となる円柱間の内端間隔が
光ファイバコア径の２０倍以下であることを特徴とする
モードスクランブラの提供により達成される。

く作用〉 上記条件を満たす２つの円柱間に光ファイバをＳ字状に
巻付けることにより、短いファイバ長で定常モード分布
状態が得られる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、そ
れに先立ち定常モード分布状態と開口数ＮＡｅとの関係
について説明する。

第５図（ａ）　Ｖｉココア径２００μｍ以上、開口数０
．４以上のステップインデックス型光ファイバにおける
開口数ＮＡｅ　（以下、ＮＡｅと記す）とファイバ長と
の依存性の一例を示し念ものである。ここにＮＡｅは第
５図（ｂ）に示すファイバ出射光の角度・臂ターン【お
ける半値半角θｅを用いてＮＡｅ＝＝＝ｄｎθｅで求め
られる。第５図（ａ）に示すように、ＬＥＤ光など高次
モード光を多く含む全モード励振光５１を入射した場合
及びレーデ光などの低次モード励振光５２を入射した場
合のいずれにおいても、ファイバ長がある長さＳ以上に
なるとファイバ長く依存せずＮＡｅがある一定の値とな
る。このＮＡｅがファイバ長に依存せずにある一定の値
となっ九状態が定常モード分布状態である。定常モード
分布状態におけるＮＡｅは、ファイバの材質、コア／ク
ラツド径等により異なり九値となり１例えばコア／りラ
ッド部がＰＭＭＡ　（、ｔリメチルメタアクリレート）
。

コア直径的１ｍのステップインデックス型グラスチック
光ファイバの場合、定常モード状態のＮＡｅは約０．３
穆度である。

本発明の第１！！Ｍ例全第１図に示す。同図（−）は本
実施例の斜視図であり、同図（ｂ）は平面図である。

なお、本発明に係るモードスクランブラはＳ字状に巻き
付ける円柱の直径１円柱間の距離等に所定の条件が必要
であり、この条件の算出を本実施例を例として説明する
。

本実施例は同一所定径φの円柱１及び２を所定間隔ｄ（
円柱ｌ及び２の内端間の距離）を隔てて設置し、その円
柱１及び２にファイバコア径ｆの光ファイバ３をＳ字状
に複数回巻付けたものである。なお、４及び５けコネク
タである。

円柱の直径φはファイバコア直径１０１０倍以上、３０
倍以下であることが好ましい。第６図はこの関係を示す
グラフである。同図中斜線で囲んだ部分が、個体のばら
つき等を考慮した定常モード状態のＮＡｅ（θｅ）であ
る。光ファイバはコア直径が１間のステップインデック
ス型のプラスチック光ファイバを用いて−る。

円柱の直径φがコア直径ｆのおおむね１０倍以下の場合
、高次モード励振光を入射すると一点鎖線（ハ）の如き
形状の特性を示し、低次モード励振光を入射すると一点
鎖線に）の如き形状の特性を示し、ＮＡｓがいずれの場
合においても定常モード分布状態のＮＡ・（θｅ）より
小さな値となる。またその時の光射光の遠視野像（ＦＦ
Ｐ）も低次モードの多い尖った形状のものとなる（図示
省略）。

逆に、円柱の直径φがコア直径ｆのおおむね３０倍以上
の場合、高次モード励振光を入射すると破線（ホ）の如
き形状の特性を示し、低次モード励振光を入射すると破
線（へ）の如き形状の特性を示す。

つまりファイバの長さを充分にとら々い限シ定常モード
分布状態にすることができず、入射モードにより第１図
に示す本実施例のモードスクランブラを通過した後の出
射光のＮＡｅ（θ・）は異なり、遠視野像（ＦＦＰ）も
異なっ九形状となる。

従って、モードスクランブラ通過後の出射光のＮＡｓ（
θ６）が定常モーｒ分布状態のものとなるためには、円
柱の直径φはコア直径ｆの１０倍以上。

３０倍以下であることが好ましい。

なお、第６図実線（イ）、仲）はそれぞれ円柱の直径φ
が上記の範囲内の大きさの場合に、高次モーＰ励損光と
低次モード励根元を入射した時のモードスクランブラ通
過後の出射光の特性を示し九ものであり、ある巻数以上
になるとＮＡｅ（θｅ）は巻数に依存しなくなる。

次に、２本の円柱１，２の間隔ｄはコア直径ｆの２０倍
以下であることが好ましい。間隔ｄがおおむねコア直径
ｆの２０倍以上となると、光ファイバを円柱の外側に密
着させにくくなる九め、巻き付は作業が非常に煩雑とな
り、光ファイバを巻き付ける時の引張力が大きくなる。

従って光ファイバに悪影響を及ぼしかねない。ま九、間
隔ｄがおおむねコア直径ｆの２０倍以上と々ると、高次
モード励損光を入射し九場合、定常モード分布状態のＮ
Ａｅ（θｅ）より大きくなり、低次モード励振光を入射
した場合、逆に定常モード分布状態のＮＡ・（θｅ）よ
り小さくなる。従りて、間隔ｄはコア直径ｆの２０倍以
下であることが好ましい。

なお本実施例は、Ｓ字状に巻き付ける２つの円柱はいず
れも同径とし、その条件のもとに、要求される円柱の径
２円柱間の距離等の条件を算出したが、本発明は曲がり
部分によるモード変換を利用するものである念め、Ｓ字
状に巻き付ける２つの円柱のいずれか一方が上記条件、
すなわち光ファイバコア径の１０倍以上、３０倍以下で
あればよいが円柱径がファイバコア径の１０倍以下とな
ると低次モード成分が大きくなる。ｔＮ、Ｓ字状に巻き
付ける２つの円柱間の内端間隔の条件、すなわち光ファ
イバコア径の２０倍以下という条件は、Ｓ字状に巻き付
ける２つの円柱の径が同一でない場合においても適用さ
れるものである。

第７図は、第１実施例の一具体例として、円柱１．２０
直径φが２０　ｍ　、円柱１．２の内端の間隔ｄが３．
５鶴でコア径１襲、開口数０．５のステップインデック
ス型プラスチック光ファイバを１０ｍ使用し次場合のＮ
Ａｅ（θｅ）の巻数依存性を示し念ものであり、巻数が
おおむね５回以上となるとＮＡｓ（θ・）ははぼ一定の
値となっており、ま九この特性は再現性のあることを確
認している。

第８図は、第７図の特性を導くにあたって選んだ条件と
同一の条件のモードスクランブラにおいて、巻数を変え
九ときのモードスクランブラの損失値（Ｉｏｎファイバ
の巻かない状態に対する相対損失）の変化を示し友もの
であり、実線は高次モード励振光入射時、−点破線は低
次モード励振光を入射し九時の変化を示したものである
。定常モード分布状態のＮＡｅ（θｅ）となる巻数（お
おむね４回以上）では、いずれの場合も巻数（すなわち
長さ）に比例して損失値が増加するので、低損失のモー
ドスクランブラとする九めには、巻数は少なく早く定常
モードになることが望ましい、従って、以上の点を考慮
して、モードスクランブラの構成は、円柱１．２の直径
φがファイバのコア直径１０２０〜３０倍２円柱１．２
の内端の間隔ｄがコア直径ｆの３〜５倍が最適である。

本発明の第２実施例を第２図に示す。同図（、）は本実
施例の斜視図であり、同図（ｂ）は平面図である・本実
施例は、第１実施例において算出した条件の下【、同一
所定径の円柱２０及び２１を所定間隔を隔てて設置し、
その円柱２０及び２１に光ファイバ２２をＳ字状とルー
プ状に交互に巻き付けたものである。

本実施例においても、第１実施例と同様、定常モード分
布状態のＮＡ・（θｅ）ヲ有する出射光を得ることがで
きる。但し、ループ状に巻くだけでは、高次モード励振
光を入射し九場合、ＮＡ　ａが定常モード分布状態のＮ
Ａｅ（θ・）より大きな値に収束する等、定常モード分
布状態の出射光を得ることができない。

本発明の第３実施例を第３図に示す。同図（、）は本実
施例の斜視図であり、同図（ｂ）は平面図である。

本実施例は、同一所定径の３本の円柱３０．３１及び３
２を所定間隔を隔てて正三角形状に設置し、その円柱３
０．３１及び３２に光ファイバ３３をＳ字状に巻き付は
念ものである０円柱３０と３１との間２円柱３１と３２
との間、及び円柱３２と３０との間で光ファイバ３３は
Ｓ字状を形成している。なお、本実施例においても、円
柱の径１円柱間の距離等は第１実施例において算出した
条件に従っている。

本発明の第４実施例を第４図に示す。同図（１）は本実
施例の斜視図であり、同図（ｂ）は平面図である。

本実施例は、同一所定径で大径の２本の円柱４０及び４
１を所定間隔を隔てて設置し、ま九同−所定径で小径の
２本の円柱４２及び４３を所定間隔を隔てて設置し、か
つ円柱４０及び４１．及び円柱４２及び４３は第４図（
ｂ）における上下方向の鉛直面に対して対称となるよう
に配置し、円柱４０．４１及び４２．４３に光ファイバ
４４をＳ字状に巻き付けたものである。なお、本実施例
においても、円柱４０．４１の径及びその間の距離。

円柱４２．４３の径及びその間の距離は第１実施例にお
いて算出し九条件に従りている。

第１実施例乃至第４実施例は、設置し次回柱間すべてに
光ファイバをＳ字状に巻き付は比例であるが、必ずしも
設置し次回柱間すべてにＳ字状に巻き付ける必要はなく
、設置した円柱群のいずれかにおいて、円柱の径１円柱
間の距離等を第１実施例で算出し念値とし、その円柱に
おいて光ファイバｔ−ｓ字状に巻き付けてもよい。

第１実施例乃至第４実施例においてはいずれも光ファイ
バを円柱に周期的に巻き付けているが、巻き付けが周期
的である場合、ある局所的なモードが変換なく保存され
るような現象があられれる場合がある。このような場合
は、例えば第９図に示すように（第９図は第１実施例の
場合について示している）、巻き付は終了後の出射端フ
ァイバを円柱を囲むような大きな径で複数回巻くことに
よりて、局所的なモードの保存をかなり減少させること
ができる。

なお、本発明に係る２以゛上の円柱に光ファイバをＳ字
状に巻き付けるモードスクランブラにおいては、巻数と
損失値との間には非常に直線性に優れた比例関係が存在
する。例えば、第１実施例の場合について示し念第８図
において、定常モード分布状態となる巻数の範囲では巻
数と損失値の間に、ある一定の係数を有する比例関係が
成立している。従って、本発明に係るモードスクランブ
ラは該巻数を変えることＫより、簡便かつ高精度のモー
ドスクランブラ型光アッテネータ（光減衰器）とするこ
とができる。

〈発明の効果〉 本発明は、少なくとも２つ以上の円柱の回りに光ファイ
バを巻き付けたモードスクランブラにおいて、前記２つ
以上の円柱のうち少なくとも２つの円柱の間において少
なくとも１回は巻付は形状がＳ字状となるようにし、前
記巻付は形状がＳ字状となる２つの円柱のうち少なくと
も一つの円柱は光ファイバコア径の１０倍以上３０倍以
下の径を有し他方は該円柱と同等かそれ以上の径を有し
、かつ巻付は形状がＳ字状となる円柱間の内端間隔が光
ファイバコア径の２０倍以下であるようにした念め、コ
ア直径１００μｍ以上、開口数０．４以上のステップイ
ンデックス型光ファイバ等においても、短いファイバ長
で、コンノ母りトかつ低損失で、定常モード分布状態を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）（ｂ）はそれぞれ本発明の第１実施例を示
す斜視図、平面図、第２図（、）　（ｂ）はそれぞれ本
発明の第２実施例を示す斜視図、平面図、第３図（、）
伽）はそれぞれ本発明の第３実施例を示す斜視図、平面
図、第４図（、）　（ｂ）はそれぞれ本発明の第４実施
例を示す斜視図、平面図、第５図（ａ）は開口数ＮＡｅ
のファイバ長依存性を説明するためのグラフ、第５図（
ｂ）はファイバ出射光の角度ノやターンを示すグラフ、
第６図は種々の円柱径の場合における開口数ＮＡｅのＳ
字状巻付は回数依存性を示すグラフ、第７図は第１実施
例において円柱径２円柱間距離等を所定数値に定めた場
合の開口数ＮＡｓのＳ字状巻付は回数依存性を示すグラ
フ、第８図は第７図において定めた円柱径１円柱間距離
等の所定数値と同一の条件のもとＫおけるモードスクラ
ンブラの損失値のＳ字状巻付は回数依存性を示すグラフ
、第９図は局所的なモードの保存を減少させるために、
巻き付は終了後の出射端ファイバを円柱を囲むような大
きな径で複数回巻いている状態を示す説明図、第１０図
及び第１１図は従来例に係るモードスクランブラを示す
説明図である。 １．２．２０，２１，３０，３１，３２，４０゜４１．
４２．４３・・・円柱、３，２２，３３．４４・・・光
ファイバ。 第　１　図 代理人　弁理士　山　下　穣　平 第 図 （（］） ■） 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つ以上の円柱の回りにコア直径１０
   ０μｍ以上、開口数０．４以上のステップインデックス
   型の光ファイバを巻き付けたモードスクランブラにおい
   て、前記２つ以上の円柱のうち少なくとも２つの円柱の
   間において少なくとも１回は巻付け形状がＳ字状となる
   ようにし、前記巻付け形状がＳ字状となる２つの円柱の
   うち少なくとも一つの円柱は光ファイバコア径の１０倍
   以上３０倍以下の径を有し他方は該円柱と同等かそれ以
   上の径を有し、かつ巻付け形状がＳ字状となる円柱間の
   内端間隔が光ファイバコア径の２０倍以下であることを
   特徴とするモードスクランブラ。
2. （２）請求項１記載のモードスクランブラにおいて、巻
   き付けを完了した出射端側の光ファイバを前記円柱を囲
   む大きな径で少なくとも１回以上巻いたことを特徴とす
   るモードスクランブラ。