JPH0293408A - モード変換アダプタ - 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】 概要 光ファイバを伝送路とする光通信システムにおいて、伝
搬モードをシングルモードからマルチモードに変換する
モード変換アダプタに関し、簡単な構成で充分な６ｄＢ
帯域改善効果を有するシングルモード／マルチモード変
換アダプタを提供することを目的とし、 光源側シングルモードファイバと受光側マルチモードフ
ァイバとを光学的に結合して使用する光通信システムに
おいて、前記シングルモードファイバと前記マルチモー
ドファイバの間に１枚以上のレンズを介在させるととも
に、該シングルモードファイバ、マルチモードファイバ
及びレンズの光軸のうち、少なくとも一つの光軸を他の
光軸からずらして配置して構成する。

産業上の利用分野 本発明は光ファイバを伝送路とする光通信システムにお
いて、伝搬モードをシングルモードからマルチモードに
変換するモード変換アダプタに関する。

光ファイバの種類には伝送容量に応じて、シングルモー
ド・ファイバ（以下３Ｍファイバという）とマルチモー
ド・ファイバ（以下ＭＭファイバという）とがあり、こ
のＭＭファイバはステップインデックス・ファイバ（以
下ＳＩファイバという）とグレーデッドインデックス・
ファイバ（以下ＧＩファイバという）とに分類される。

本明細書においては、ＭＭファイバをＧＩファイバで代
表して説明することにする。

３Ｍファイバ及びＧｌファイバに対応して光源装置にも
ＳＭ用とＧＩ用の２種類があるが、最近光源をＳＭ用光
源に統一し、既存のＧＩファイバに対してＳＭ用光源を
適用する傾向が増加している。しかしながらＳＭ用光源
よりＣＩファイバに入射する場合、本来Ｇｌファイバが
有している伝送特性（６ｄＢ帯域で表現されるベースバ
ンド特性〉が見掛は上劣化することがあり、これを低損
失な方法で改善することが要望されている。

この６ｄＢ帯域について第９図及び第１０図を参照して
説明する。第９図は光フアイバ伝送による振幅の減衰を
示す模式図であり、光ファイバ１０に入射した振幅Ａｏ
　の入射光は光ファイバの出力端では振幅Ａに減衰され
て出力される。光フアイバ伝送では、モード分散、材料
分散、導波路分散（構造分数）という３つの原因によっ
て、第１０図に示すように変調周波数が高くなるほど、
出力側に現れる変調波形の振幅Ａは小さくなる。この直
流から始まる強度変調周波数の帯域はベースバンドと呼
ばれており、光ファイバの伝送帯域とはベースバンドに
おいて出力振幅が最大値ＡＯから６ｄＢ小さくなる周波
数であり、５ｄＢ帯域と呼ばれている。

従来の技術 ＣＩファイバのベースバンド特性を制限するのはファイ
バ内を伝搬するモード間の群遅延時間であるため、従来
は３Ｍ光源よりＧＩファイバに入射するとＧｌファイバ
が低次モード励振の状態になるため、モード数が少なく
なった分だけＧｌファイバ本来の６ｄＢ帯域よりベース
バンド特性が見掛は上良くなると考えられていた。実際
にファイバの屈折率分布（以下プロファイルという）が
第１１図（Ａ）に示すように理想的な場合には、６ｄＢ
帯域は見掛は上向上する。しかしプロファイルが第１１
図（Ｂ）に示すように理想から外れたファイバの場合に
は、前述したように６ｄＢ帯域が見掛は上劣化する。

第１１図（Ａ）と（Ｂ）との間の屈折率分布の差は主に
その製造方法に由来する。光ファイバを製造するには、
まずプリフォーム（母材）を作り、次にこのプリフォー
ムを加熱し軟化させて線引きするという二段階の工程に
よって製造される。プリフォームを作る代表的な方法と
して、内付けＣＶＤ法（ＭＣＶＤ法）、外付けＣＶＤ法
、ＶＡＤ法（気相軸付は法）が上げられるが、ＶＡＤ法
によると第１１図（Ａ）に示すようなプロファイルを有
するファイバを製造できるが、内付けＣＶＤ法及び外付
けＣＶＤ法によると、最後の「コラプス」の過程でＧ　
ｅ　０２分子が逃げてしまい、コア中央部分に屈折率の
低いデイツプ領域１１が発生してしまう。

このように、プロファイルが理想から外れた第１１図（
Ｂ）に示すようなファイバの場合には、従来は３Ｍ光源
の後段に大口径のコア径を持つステップインデックス（
Ｓｌ）ファイバを数ｍ挿入し、３Ｍ光源の出射パターン
をＧＩファイバの定常モードパターンに近づけたり、或
いは特開昭５７−１５８６０４号及び特開昭６２−７８
５０６号に記載されているように、３Ｍ光源の後段にレ
ンズ系を挿入し出射ビームサイズを拡大する等の方法が
提案されている。

発明が解決しようとする課題 しかし、第１３図のグラフから見られるように、３Ｍ光
源とＧｌファイバの間にＳＩファイバを挿入して、３Ｍ
光源の出射光をＧｌファイバの定常モードのパターンに
近づける方法は、ある程度の６ｄＢ帯域改善効果がある
が、完全にはほど遠く光損失の増加も大きいことが判明
した。ここで第１３図のグラフは、第１２図のように装
置を配置して測定したものである。

また、第１３図から明らかなように、Ｓｌファイバの代
わりにレンズ系を挿入した場合の改善効果はほとんどな
いことが判明した。特に、特開昭５７−１５８６０４号
及び特開昭６２−７８５０６号に記載されているように
、Ｇｌファイバへの入射光のスポットサイズを拡大する
ことにより６ｄＢ帯域を改善しようとする先行技術は、
第１５図のグラフに示すようにほとんど効果が得られな
いことが判明した。第１５図は第１４図に示すように装
置を配置して測定したＣＩファイバへの入射光のスポッ
トサイズと６ｄＢ帯域との関係を示すグラフである。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、簡単な構成で充分な６ｄＢ帯域
改善効果を有するシングルモード／マルチモード変換ア
ダプタを提供することである。

課題を解決するための手段 本発明者はそこで、８Ｍ光源よりＣＩファイバへ入射さ
せた場合、ＧＩファイバ内をｌＱｋｍ以上伝搬した後も
低次モード励振が維持されるという事実より、６ｄＢ帯
域の劣化の原因は、プロファイルの乱れに起因して低次
モード間（２つ若しくは極めて少数のモード間）の群遅
延時間差が大きくなり、帯域制限を受けるためであると
考えた。

即ち、第１１図（Ｂ）に示すようなプロファイルを有す
るＧｌファイバの場合には、光フアイバ製造プロセス上
コア中心部に屈折率の低いデイツプ領域１１が存在する
ため、低次モード間の群遅延時間差が大きくなると考え
られる。この知見から６ｄＢ帯域改善のためには、ＧＩ
ファイバへの入射条件をより高次モード成分を含んだ定
常モードの励振に近い形に変換することが必要となる。

そこで本発明は、光源側シングルモードファイバと受光
側マルチモードファイバとを光学的に結合して使用する
光通信システムにおいて、シングルモードファイバとマ
ルチモードファイバの間に１枚以上のレンズを介在させ
るとともに、該シングルモードファイバ、マルチモード
ファイバ及ヒレンズの光軸のうち、少なくとも１つの光
軸を他の光軸からずらして配置するように構成すること
により、上述した問題点を解決する。

第１図及び第２図に本発明の原理図を示す。１はコア２
及びクラッド３から構成されるシングルモードファイバ
であり、４はコア５及びクラッド６とから構成されるマ
ルチモードファイバである。

また７、・８は両ファイバ１．４間に介挿されたレンズ
である。即ち、本発明によれば、第１図に示されるよう
に、受光側マルチモードファイバ４の光軸を光源側シン
グルモードファイバ１の光軸に対して平行移動させ、マ
ルチモードファイバ４へ入射する入射光の中心がマルチ
モードファイバ４のコア５中心から外れるように構成す
るか、或いは第２図に示されるように、受光側マルチモ
ードファイバ４の光軸を光源側シングルモードファイバ
１の光軸に対して傾け、マルチモードファイバ４へ入射
する入射光の光軸がマルチモードファイバ４の光軸に対
して傾くように構成する。

第２図においては、レンズ８の光軸がマルチモードファ
イバ４の光軸とともにシングルモードファイバ１の光軸
に対して傾いて配置されているが、マルチモードファイ
バ４の光軸のみを傾けるように構成してもよい。また、
シングルモードファイバ１及びマルチモードファイバ４
の光軸は一致させておき、レンズ７．８の一方又は両方
の光軸を両ファイバ１，４の光軸に対して平行移動させ
るか或いは傾けるように配置しても、ある程度の改善効
果がある。

本発明においては、光源側シングルモードファイバ１と
受光側マルチモードファイバ４の間に１つ以上のレンズ
７．８を介在させることを１つの特徴としているが、こ
れはもちろん原理的にはレンズなしでも６ｄＢ帯域の改
善効果があるが、レンズなしで実際に製造しようとする
と、許容精度が非常に厳しくなり製造性、経済性が劣る
からである。例えば、軸ずれの場合、レンズなしでは±
数μｍ、レンズありでは大数１０μｍの許容精度となる
。

第３図は本発明のモード変換アダプタを光通信システム
に適用した模式図であり、シングルモードファイバ１が
半導体レーザ等の３Ｍ光源１３に［され、マルチモード
ファイバ４が光／電気変換器１４に接続され、モード変
換アダプタ１２はシングルモードファイバ１とマルチモ
ードファイバ４の間に介装される。

作　　　用 第１図に示すように光源側シングルモードファイバｌと
受光側マルチモードファイバ４の間でファイバの軸を平
行にずらせると、マルチモードファイバ４へ入射する入
射光の中心がマルチモードファイバのコア中心から外れ
るため、マルチモードファイバ４へ入射した光を低次モ
ード励振から定常モード励振に変換させることができる
。これによりマルチモードファイバ４の６ｄＢ帯域を改
善することができる。

また第２図に示すようにマルチモードファイバ４の光軸
をシングルモードファイバ１の光軸に対して傾けて配置
すると、マルチモードファイバ４へ入射する入射光の光
軸がマルチモードファイバの光軸に対して傾くため、上
述したのと同様にマルチモードファイバ４へ入射した光
を低次モード励振から定常モード励振に変換させるこ吉
ができる。このためマルチモードファイバ４の６ｄＢ帯
域を改善することができる。

第４図はマルチモードファイバ端部における出射光の遠
視野像の出射光角度と相対光強度との関係を示しており
、（ａ）はＳＭ光源入射時の、レンズの軸ずれ及び角度
ずれかない場合の出射パターンを、（ｂ）は本発明によ
るＳＭ光源入射時の、レンズの軸ずれ、もしくは角度ず
れがある場合の出射パターンを、（Ｃ）はマルチモード
光源入射時の、マルチモードファイバの通常の定常モー
ドパターンをそれぞれ示している。このグラフより明ら
かなように、本発明のモード変換アダプタによれば、マ
ルチモードファイバ内の励振モードを定常モードパター
ンに近づけることができるため、マルチモードファイバ
の６ｄＢ帯域を改善することができる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第５図は本発明実施例の断面図であり、箱状部材２０に
レンズ付コネクタアダプタ２１．２３が接着剤２５で固
定されて構成されている。コネクタアダプタ２１．２３
はそれぞれ球レンズ２２゜２４を一体的に内蔵したレセ
プタクルタイプのアダプタであり、コネクタの着脱が可
能なように構成され、コネクタを着けたとき出射光が充
分コリメートされるように球レンズ２２．２４が取り付
けられている。このモード変換アダプタを組み立てるに
は、まず箱状部材２０にコネクタアダプタ２１．２３を
付けた上で、８Ｍファイバのコネクタ及びＧｌファイバ
のコネクタを対向させ、光結合率が最大となるように両
コネクタアダプタ２１゜２３の位置を調整する。その後
一方のコネクタアダプタ２３を約５００μｍ軸ずれする
ように調整し、その位置で接着剤２５により接着固定す
る。

なお使用したレンズは直径５　ｍｍの球レンズであるが
、これ以外のレンズでも使用可能である。この実施例の
モード変換アダプタは第１図の原理に基づいている。

第７図は第５図の実施例のモード変換アダプタを使用し
たときの６ｄＢ帯域と光損失の変動を示すグラフである
。第７図のデータは、第６図に示すような装置により得
られたものである。即ち、レンズ間隔６３ｆｆｌｆｆｉ
のモード変換アダプタ３０に８Ｍファイバ３１及び３　
ｋｍのＧｌファイバ３２を接続し、８Ｍファイバ３１は
３Ｍ光源３３及び発振器３４に接続する。一方、Ｇｌフ
ァイバ３２は光／電気変換器３を介してスペクトルアナ
ライザ３６に接続して構成されている。第７図のグラフ
から、軸ずれ量ｄが大きくなると６ｄＢ帯域が改善し、
軸ずれ量ｄが約４５０μｍになるとＧＩファイバ本来の
６ｄＢ帯域を上回るようになる。一方、光損失も軸ずれ
最の増加とともに大きくなっているのがわかる。このグ
ラフより、軸ずれ量ｄを４５０〜５００μｍに調整すれ
ば、光損失をほとんど伴うことなく６ｄＢ帯域を改善す
ることができることになる。

第８図は本発明の他の実施例断面図である。コネクタア
ダプタ２１．２３の構成は第５図に示した実施例と同様
であり、本実施例においてはコネクタアダプタ２１．２
３の箱状部材２０への取り付は方法が第５図に示した実
施例と相違する。まず、第５図の実施例と同様に光結合
率が最大となるように両コネクタアダプタ２１．２３の
位置を調整する。その後一方のコネクタアダプタ２３０
角度を約３０分傾け、その角度を保ちつつ光結合率が最
大となるように調整し、その位置で接着剤２５により接
袴固定する。この実施例のモード変換アダプタは第２図
の原理に基づいている。

なお上述した両実施例では、コネクタアダプタと箱状部
材との固定を接着剤によって行っているが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、ネジ等による機械的締結
や溶接等の方法によりコネクタアダプタを箱状部材に固
定するようにしてもよい。また、特に図示はしないが、
軸ずれと角度ずれが複合したモード変換アダプタでも６
ｄＢ帯域の改善効果があることもちろんである。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、経済性、製
造性に優れ、比較的低損失で充分な６ｄＢ帯域改善効果
を有するとともに、軽量、小型で装置への実装が容易な
モード変換アダプタを提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は光軸を平行移動した場合の本発明の原理図、 第２図は光軸を傾斜した場合の本発明の原理図、第３図
はモード変換アダプタを光通信システムに適用した模式
図、 第４図はマルチモードファイバ端部における出射光の遠
視野像を示す図、 第５図は本発明の実施例断面図、 第６図は軸ずれによる６ｄＢ帯域と光損失の変動データ
を得るための装置配置図、 第７図はレンズ対向時の軸ずれによる６ｄＢ帯域と光損
失の変動を示すグラフ、 第８図は本発明の他の実施例断面図、 第９図は光フアイバ伝送による振幅の減衰を示す模式図
、 第１０図は光ファイバの伝送帯域を示す図、第１１図は
ＧＩマルチモードファイバの屈折率分布の例を示す図、 第１２図は従来例の６ｄＢ帯域測定装置配置図、第１３
図は従来例による６ｄＢ帯域改善例を示すグラフ、 第１４図はスポットサイズと６ｄＢ帯域の関係を測定す
るための装置配置図、 第１５図はスポットサイズと６ｄＢ帯域の関係を示すグ
ラフである。 ３・・・３Ｍ光源、 ４・・・光／電気変換器、 ０・・・箱状部材、 １．２３・・・コネクタアダプタ、 ２．２４・・・球レンズ、 ５・・・接着剤。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源側シングルモードファイバ（１）と受光側マルチモ
   ードファイバ（４）とを光学的に結合して使用する光通
   信システムにおいて、 前記シングルモードファイバ（１）と前記マルチモード
   ファイバ（４）の間に１枚以上のレンズ（７、８）を介
   在させるとともに、 該シングルモードファイバ（１）、マルチモードファイ
   バ（４）及びレンズ（７、８）の光軸のうち、少なくと
   も一つの光軸を他の光軸からずらして配置したことを特
   徴とするモード変換アダプタ。