JPH0293411A - モード変換アダプタ - Google Patents

モード変換アダプタ

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JPH0293411A
JPH0293411A JP24396188A JP24396188A JPH0293411A JP H0293411 A JPH0293411 A JP H0293411A JP 24396188 A JP24396188 A JP 24396188A JP 24396188 A JP24396188 A JP 24396188A JP H0293411 A JPH0293411 A JP H0293411A
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JP
Japan
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fiber
multimode
band
light
mode
Prior art date
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Pending
Application number
JP24396188A
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English (en)
Inventor
Shinya Inagaki
真也 稲垣
Sakae Yoshizawa
吉澤 栄
Kazuya Sasaki
和哉 佐々木
Keiko Takeda
恵子 武田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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、該シングルモードファイバの出射端面とマルチ
モードファイバの入射端面の間に半径60μm以上27
0μm以下の球レンズを介装して、平行光ビームとして
マルチモードファイバに入射させるとともに、入射ビー
ム拡がり径がマルチモードファイバのコア径と同じか若
干大きくなるような位置に前記球レンズを固定して構成
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5M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Sl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Gl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CI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GI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5図及び第6図を参照して説
明する。第5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に変調をかけて入射し
た振幅A。の入射光は光ファイバの出力端では振幅へに
減衰されて出力される。Glファイバの伝送では、主に
モード分散によって、第6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変調周波数と出力振幅の関
係はベースバンド特性と呼ばれており、光ファイバの伝
送帯域とはベースバンド特性において出力振幅が最大値
A。から6dB小さくなる周波数であり、6dB帯域と
呼ばれている。
従来の技術 Gl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差であるため、従
来は3M光源よりGl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
(なった分だけGr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く以下プロファイルという)
が第7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7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7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方法として、内付
けCVD法(MCVD法)、外付けCVD法があるが、
これらの方法によると、最後の「コラプス」の過程でG
em、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7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(S
t)ファイバを数m挿入し、3M光源の出射パターンを
Gl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57158604号及び特開昭62−7850
6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9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S■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5dB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9図のグラフは、第8図のように装置を
配置して測定したものである。
又、第9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殆どないことが
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11図
のグラフに示すように殆ど効果が得られないことが判明
した。第11図は第10図に示すように装置を配置して
測定したGlファイバへの入射光のスポットサイズと6
dB帯域との関係を示すグラフである。この理由として
考えられるのは、上記公開公報に記載されている技術で
は、ただ単にスポットサイズを大きくしてGlファイバ
に入射させているため、入射光ビームの開口数が大きく
なって高次モード成分がコアからクラッドに漏れ出てし
まい、低次モード成分の比率が相対的に大きくなるため
、定常モード励振にならないためであると考えられる。
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G■ファイバへ入射さ
せた場合、Gl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7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部分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え
る。即ち、3Mファイバから出射された光がGlファイ
バのデイツプ部に入るとGIファイバの帯域劣化が起き
ることになる。この知見から6dB帯域改善のためには
、Glファイバへの入射条件をより高次モード成分を含
んだ一様モード励振に近い形に変換するとともに、デイ
ツプ部に入射する光を相対的に少なくし、GIファイバ
のコア全体に光ビームを光軸に平行に入射させることが
必要となる。
そこで本発明は、第1図の原理図に示すように、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、シングルモードファイバ1の出射端面とマルチモ
ードファイバ4の入射端面の間に半径60μm以上27
0μm以下の球レンズ7を介装して、平行光ビームとし
てマルチモードファイバ4に入射させるとともに、入射
ビーム拡がり径がマルチモードファイバ4のコア5の径
と同じか若干大きくなるような位置に球レンズ7を固定
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図において、2はシングルモードファイバ1のコア
であり、3はクラッドである。又、マルチモードファイ
バ4はコア5とクラッド6とから構成される。
作   用 このように本発明は球レンズにより光ビームのスポット
サイズをマルチモードファイバのコア径程度にし且つ平
行光ビームとしてマルチモードファイバに入射させてい
るが、スポットサイズを拡大しすぎるとGlファイバの
コア径よりも大きくなり、スポットサイズが小さすぎる
とデイツプ部分にパワーが集中して帯域が劣化する。本
発明はこのことを定量的に把握して、マルチモードファ
イバに入射する光のスポットサイズを規定し、このスポ
ットサイズから球面レンズの半径を求めるようにしたも
のである。
先ずスポットサイズと損失との関係について検討する。
m中に入る光パワーを計算し、コアの外に漏れる光損失
を算出すると第4図の右側に示すようなグラフとなる。
ここでωはスポットサイズ(半径)であり、γはビーム
中心からの距離である。このグラフから通常の光デバイ
スの挿入損失である2゜5dBを許容できる最大損失と
すると、スポットサイズ(半径)は39.5μm以下と
なる。
次に許容できる帯域劣化率について検討する。
μm中に入る光パワーPt1IP とその外側でコア半
径25μm中に入る光パワーPc との比を計算する。
通常、帯域劣化率γはγ=V/foで表されるが、本発
明ではこの帯域劣化率Tが0.6以上の場合を採用する
ことにした。
ここでf、はSGS入射(定常モード励振)の場合の帯
域であり、foは3M入射の場合の帯域である。
GlファイバへのSOS入射でのベースバンド特性は、
y=3x (f/fo M で近似的に表されることが
知られている。第2図は本発明によるベースバンド特性
の許容帯域劣化率を説明する説明図であり、SO8入射
でのベースバンド特性は曲線(a)で示されている。許
容帯域劣化率T=0.6を採用したので、f’ =0.
6fOでの損失1.08dBが3dBまで劣化しても良
いことになるから、1.92dBのベースバンド特性の
劣化が許容される。即ち、第2図で例えば曲線(b)の
ようなベースバンド特性の劣化が許容される。
第3図はマルチモードファイバ4の入射端と出射端にお
ける通常モード(デイツプ部以外のコア部を通過する光
)とデイツプモード(デイツプを通過する光)の位相の
関係を模式的に示しており、入射端面で同位相でマルチ
モードファイバ4に入射された光は、通常モードとデイ
ツプモードとの間で位相差が生じ、Δを時間後に第3図
の右側の波形に示すように完全に逆位相となる。このと
き、位相の揃った入射端での振幅はPC+PDIP で
あり、逆位相となった出射端での振幅はP。−FDIP
であるから、振幅比= (PC−Pomp ) / (
Pc+PHp)となる。
よってデイツプ部に入った周波数f°の光がデイツプ外
のコア中を通過する光と逆位相になったときに、上述し
た!、92dBの特性劣化中に入っていれば良いから、 となれば良い。上式から、Pc / (PC+PDIP
 )>80%となる。
これより、第4図の左側のグラフからスポットサイズの
最小値は9.5μmとなる。よって本発明で許容できる
スポットサイズωは、9.5μm≦ω≦39.5μmと
なる。3Mファイバの場合の開口数NAは約0.1であ
り、レンズ半径rはr=2ω/ 3 N Aで求められ
るから、上述したスポットサイズωの範囲から球レンズ
の半径rは、60μm≦r≦270μmとなる。
本発明のモード変換アダプタによれば、シングルモード
ファイバから出射された光のスポットサイズはマルチモ
ードファイバの入射端面で充分拡かっているとともに、
コリメート光としてマルチモードファイバに入射される
ため、マルチモードの光源からSGS励振器を伝搬して
出射された光をマルチモードファイバに入射したときと
ほぼ同じ条件にすることができる。即ち、シングルモー
ドファイバからの出射光を一様モード励振(低次モード
及び高次モードが一様に混在した状態)にしてマルチモ
ードファイバに入射することができるため、6(iB帯
域の劣化は起こらないことになる。
実  施  例 以下本発明の実施例について説明する。
3MファイバとGlファイバとの間に半径150μmの
球レンズをSMファイバ端面と75μm間隔を開けて配
置し、3Mファイバから出射された光をスポット半径2
5μmの平行ビームにしてGlファイバに入射した。G
Iファイバにはコア全体に開口数NA=0で光が入射さ
れるため、GIファイバに入射される光は一様モード励
振となリ、6dB帯域の劣化は殆ど起こらなかった。
発明の効果 本発明によれば、シングルモードファイバからマルチモ
ードファイバに入射するとき、−様モード励振に近くな
るようにして入射しているため、比較的低損失で充分な
6dB帯域改善効果を発揮できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2rXJは本発明によるベースバンド特性の許容帯域
劣化率を説明する説明図、 第3図はマルチモードファイバの出射端における通常モ
ードとデイツプモードの位相差を示す図、第4図はスポ
ットサイズ(半径)と損失及びP。 / (pc +p[lIP )との関係を示すグラフ、
第5図は光フアイバ伝送による振幅の減衰を示す模式図
、 第6図は光ファイバの伝送帯域を示す図、第711+−
!Glマルチモードファイバの屈折率分布の例を示す図
、 第8図は従来例の6dB帯域測定装置配置図、第9図は
従来例による6dB帯域改善例を示すグラフ、 第10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11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。 ■・・・シングルモードファイバ、 4・・・マルチモードファイバ、 7・・・球レンズ、   11・・・デイツプ部。

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、 該シングルモードファイバ(1)の出射端面とマルチモ
    ードファイバ(4)の入射端面の間に半径60μm以上
    270μm以下の球レンズ(7)を介装して、平行光ビ
    ームとしてマルチモードファイバ(4)に入射させると
    ともに、 入射ビーム拡がり径がマルチモードファイバ(4)のコ
    ア(5)径と同じか若干大きくなるような位置に前記球
    レンズ(7)を固定したことを特徴とするモード変換ア
    ダプタ。
JP24396188A 1988-09-30 1988-09-30 モード変換アダプタ Pending JPH0293411A (ja)

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JP24396188A JPH0293411A (ja) 1988-09-30 1988-09-30 モード変換アダプタ

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03127302U (ja) * 1990-04-06 1991-12-20

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03127302U (ja) * 1990-04-06 1991-12-20

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