JPH0293612A - 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於いて、伝
搬モードをシングルモードファイバからマルチモードに
変換するアダプタに関し、簡単な構成で６ｄＢ帯域改善
効果を有する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
ァイバとを接続する際に、シングルモードファイバとマ
ルチモードファイバの光軸又は角度をずらすか、又はそ
の両方を行なう構成により、広帯域、低損失の励振モー
ドを得るモード変換アダプタの構成とする。

〔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、伝搬モードを変換する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
ドファイバとが有り、このマルチモードファイバはステ
ップインデックスファイバ（以下３１フアイバという）
とグレードプツトインデックスファイバ（以下Ｇｌファ
イバという）に分類される。

本願明細書に於いては、マルチモードファイバをＧｌフ
ァイバで代表して説明する。

３Ｍファイバ及びＣＩファイバに対応して、光源装置に
も３Ｍ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Ｇ■ファイバに対して３Ｍ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ファイバに光を入射す
る場合、本来Ｇｌファイバが有している伝送特性（６ｄ
Ｂ帯域で表現されるベースバンド特性］が見掛は上古化
することがあり、これを簡易な方法で改善する事が要望
されている。

ここで、６ｄＢ帯域を、第８図及び第９図を用いて説明
する。

第８図は光フアイバ伝送路により光信号の振幅の減衰を
示す図であり、光ファイバｌＯに入射した振幅へ〇の入
射光は光ファイバの出力端では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（構造分散）と言う３つの原因によって、第９図に示
す様に、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（強度）にたいする入出
力信号の振幅比き変化（周波数特性）がベースバンド特
性と呼ばれており、特に光ファイバの伝送帯域はベース
バンドに於いて出力振幅が最大Ａ０から６ｄＢ小さくな
る点に於ける変調周波数（第９図のｆ、）を６ｄＢ帯域
と呼ぶ。

〔従来の技術〕

Ｇｌファイバのベースバンド特性を制御するのはファイ
バ内を伝搬するモード間の群遅延時間が主であり、従来
は、３Ｍ光源よりＧｌファイバに入射すると、ＣＩファ
イバ内の光が低次モード励振の状態にてなるため、モー
ド数が少なくなった分だけＣＩファイバ本来の６ｄＢ帯
域よりベースバンド特性が見掛は状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１０図（Ａ）に示すように理想的な場合には、６
ｄＢ帯域は見掛は上向上する。しかしプロファイルが第
１０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帯域が見掛は上古化する
。

第１０図（Ａ）と（Ｂ）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際には、先ずプリフォーム（母材
）を作り、次にこのプリフォームを加熱し溶融軟化させ
て線引きすると言う二段階の工程により製造される。

このプリフォームをつくる代表的な方法として、内付け
ＣＶＤ法（ＭＣＶＤ法）、外付けＣＶＤ法、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、特に注意しないと最後の「
コラップス」の過程でＧｅＯ２分子等のドーピング材料
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１Ｏ図（
Ｂ）に示すようなファイバの場合には、従来は６ｄＢ帯
域の劣化に対して３Ｍ光源の後段に大口径のコア径を持
つＳｔファイバを数ｍから数十ｍ挿入し、３Ｍ光源の出
射パターンを拡大したり、或いは特開昭５７−１５８６
０４及び特開昭６２−７８５０６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〕

従来例による６ｄＢ帯域改善効果を評価したものを第１
１図及び第１２図に示す。

第１１図は測定方法を示し、発振器２１からの電気信号
をまず３Ｍ光源２２でＥ１０変換し、従来例によるレン
ズ系、もしくはＳｔファイバ２４に入射した後さらにＧ
Ｉファイバ４に入射する。

次に、Ｇｌファイバ４に入射し、この信号をスペクトル
アナライザ２７により測定する。

一方ＣＩ光源による６ｄＢ帯域の標準測定は上記の発振
器２１の出力をＧｌ光源２３によりＥ１０変換し、さら
に、ｒｓｃｓ励振器」等の名称で知られる定常モード励
振器２５に入射し、この出力を上記のＧｌファイバに入
射する。

ＣＩファイバの出力以降は同様にしてＥ１０変換２６に
入射し、信号をスペクトルアナライザ２７により測定す
る。

第１２図は第１１図において測定されたｒＳＭ光源＋従
来例」による６ｄＢ帯域及びｒＧＩ光源＋定常モード励
振器」よりなる標準測定法による６ｄＢ帯域を各々（被
測定物である）Ｇ■ファイバの長さを変化させた場合に
ついて示している。

第１２図のグラフで（ア）はＣＩ光源と定常モード励振
器の組み合わせの標準測定法によりＧｌファイバの本来
の６ｄＢ帯域を測定した結果である。

（イ）（つ）は３Ｍ光源にＳｌファイバを接続してその
出力をＧＩファイバに入射した特性を示す。

（１）は３Ｍ光源の光をレンズ系を介してＧｌファイバ
に入射させ入射光の開口数又はスポットサイズを任意に
選択し、ファイバ長をパラメータとした場合の特性を示
す。

（才）は３Ｍ光源をＧｌファイバに直結励振した特性を
示す。

第１２図の（（）　（つ）に示される特性は、（才）に
示される特性より６ｄＢ帯域が広くなり、ある程度の６
ｄＢ帯域改善効果があるが、（ア）の本来得られるはず
の特性と比較すると、６ｄＢ帯域はあまり改善されてい
ないことがわかる。

又、（１）の特性に示す様に３１フアイバの代わりにレ
ンズ系を挿入した場合の改善効果はほとんど無いことが
判明した。

更に、特開昭５７−１５８６０４号及び特開昭６２−７
８５０６号に記載されている様に、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がある。

第１３図は上記スポットサイズを拡大する公知例の特性
試験を行った装置を示し、第１１図と同じ部品は同一番
号で示している。

第１３図でコネクタ２８を引き離してＣＩファイバに入
射されるスポットサイズを変化させる装置を用いて、測
定したＧｌファイバ４への入射光のスポットサイズと６
ｄＢ帯域との関係を、第１４図のグラフに示す。

第１４図のグラフの特性（ａ）に３Ｍ光源による６ｄＢ
帯域を示し、その６ｄＢ帯域幅は２００ＭＨｚ程度で、
ＣＩファイバ本来の６ｄＢ帯域の特性（ｂ）と比較し、
その帯域幅は狭く、効果的ではなかった。

本発明はこの様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３Ｍファイバからの
出射光をモード変換させてＣＩファイバに於ける６ｄＢ
帯域の変化を低損失で改善するモード変換アダプタを提
供することである。

〔問題を解決するための手段］ 本発明は３Ｍ光源らの光をＧｌファイバへ入射した場合
、Ｇｌファイバ内を１０ｋｍ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１Ｏ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、光りファイバ製造プロセス
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。

従って、６ｄＢ帯域改善のためには、３Ｍファイバから
Ｇｌファイバへの光の入射時にＧ■ファイバのコア中心
部に集中して３Ｍファイバからの光を入射しない様にし
、かつ高次モード成分を含んだ定常モード励振にモード
変換する必要がある。

そこで、本願発明は、第１図（ａ）の様に、光源側シン
グルモードファイバ（３Ｍファイバ）２と受光側マルチ
モードファイバ（ＣＩ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、３Ｍファイバ２
の光軸中心とＧｌファイバ４の光軸中心に対して、軸ず
れを行うが、第１図（ｂ）の様に角度ずれを行うか、第
１図（Ｃ）の様に軸ズレ及び角度ズレを組合せて、３Ｍ
ファイバ２とＧｌファイバ４の接続を行うことで、３Ｍ
ファイバ２とＧｌファイバ４の接続を低損失で行うと共
に、Ｇｌファイバ４の６ｄＢ帯域の改善を図るものであ
る。

〔作用〕

第１図（ａ）に示す様に、３ＭファイバとＧＩファイバ
を平行にずらすことで、軸ずれｄが生じる。

この軸ずれｄにより、３Ｍファイバ２からの光はＧｌフ
ァイバ４のコア中心から外れた位置に入射されるために
、Ｇｌファイバ４内でコア中心部付近を通る低次モード
励振の光が減少すると共に高次モード成分の光が発生し
、軸ずれ量ｄを適切に選択す事によりＧｌファイバ４の
定常モード励振にモード変換されることになる。

このとき３Ｍファイバのコア部がＧｌファイバのコア部
の領域内に含まれる様にすことにより低損失にすること
が出来る。

同様に、第１図（ｂ）に示す様に、中心軸の接合に対し
て角度θを付けて接合すると、３Ｍファイバ２からの光
はＧｌファイバ４内で斜めに入射されるため、直接Ｇｌ
ファイバのコアの中心付近を通る低次モード励振の光が
減衰すると共に、高次モード成分の光が発生し、角度θ
を適切に選定することにより、ＣＩファイバ４の定常モ
ード励振を得ることができる。

又、第１図（ａ）の場合と同様に、３Ｍファイバ２のコ
ア部の領域内に位置させることにより低損失な接続を実
現出来る。

又、第１図（Ｃ）に示す様に、軸ずれｄと角度ずれθと
を組合わせるとより一層の効果が得られる。

第２図（ａ）は、本発明によるモード変換アダプタで、
軸ずれ景ｄを変化させた場合の６ｄＢ帯域を示し、軸ず
れ量を大きくするに従い６ｄＢ帯域の値は大きくなり、
ｄ＝１５μｍ程度で、Ｇｌファイバ本来の６ｄＢ帯域値
（２７５ＭＨｚ）に達する。

一方策２図（ｂ）は、角度ずれθを変化させた場合の６
ｄＢ帯域を示し、第２図（ａ）の軸ずれの場合と同様に
、角度ずれθを増加させるに従い６ｄＢ帯域の値は大き
くなり、θ−５°の程度でＧｌファイバ本来の６ｄＢ帯
域値（２７５ＭＨｚ）に達する。

即ち、第２図（ａ）（ｔ））のいずれのグラフも軸ずれ
及び角度ずれが大きくなると、その６ｄＢ帯域は大きく
向上することがわかる。

第２図（ａ）でｄを１５μｍ以上にすると、同様に、６
ｄＢ帯域値は向上するが、それに伴い変換アダプタにお
ける光り損失が増加するために、むやみに軸ずれを行う
ことは得策ではない。

設計的には、ｄ＝１０μｍ程度から２０μｍ程度の間の
軸ずれが使用範囲として最も効果的である。

同様に、第２図（ｂ）に示される様に、θを更に大きく
すると、６ｄ、Ｂ帯域は向上するが光損失も大きくなる
。

角度ずれθは３°程度からｌＯ°程度の間に設定するの
が使用範囲として最も効果的である。

又、第３図はＧｌファイバ端部における出射光の遠視野
像を示し、（ア）の実線は軸ずれ、角度ずれの無い場合
の出射パターンを示し、（イ）の実線は本発明の軸ずれ
、角度ずれを所定の値に設定した場合の出射パターンを
示し、（つ）の破線は、ＧＩファイバの定常モードパタ
ーン（ＧＩ用光源十定常モード励振器による入射）を示
している。

第３図に於いて、本発明の特性（イ）はＧｌファイバの
定常モードパターン（つ）と略同じであり軸ずれ及び角
度ずれにより、定常モード励振を行えることがわかる。

即ち、本発明の様に３ＭファイバとＧｌファイバ間で軸
ずれ又は角度ずれ又はその両方を行うことによって、３
Ｍファイバからの出射光をＣＩファイバの定常モード励
振にモード変換し、これにより６ｄＢ帯域の劣化を改善
できることが可能となる。

又軸ずれ、角度ずれ又はその組み合わせに於いて、３Ｍ
ファイバのコアをＧＴファイバのコア領域内に位置させ
ることにより低損失で接続可能と成る。

さらに、Ｇｌファイバ内を伝搬する光は定常モード励振
の状態であるため、ファイバの曲げ等に対しても損失変
動が少なく低損失な光伝送を行うことが出来る。

〔実施例〕

本願の第１の実施例を第４図（ａ）（ｂ）に示す。

第４図（ａ）に於いて、２は３Ｍファイバで被覆６から
口出しされ、端面が光軸に対して垂直に切断した端末処
理がなされている。

４は、３Ｍファイバと同様に端面が光軸に対して垂直に
切断した端末処理がなされたＣＩファイバのである。

７は金属もしくはプラスチックからなる基板であり、光
ファイバ２，４の外径０．１２５ｍｍに対応する略半溝
１１と１１゛　　と被覆６の０．９ｍｍに対応する略半
溝１０と１０・が刻設されている。

更に、光ファイバに対応する溝１１と１１＝　は第４図
（ｂ）の拡大図に示した如く所望の量だけ輔ずれさせて
いる。

この基板７の溝に前述の端末処理をされた光ファイバ２
及び４の端面を突き合わせて、挿入した後、カバー８を
上から被せ螺子９で基板と固定する。

本変換器により３ＭファイバとＧｌファイバの軸ずれが
実現できる。

第２の実施例を第５図に示す。

基本的な構成は第４図と同様であるが、基板７に於いて
、ファイバを挿入する溝１１と溝１１’の接合部に角度
θを設けた構成とするものである。

この基板マに、３Ｍファイバ又はＧｌファイバのどちら
か一方又は両方のファイバ端面を角度ずれθか出来る様
に、斜めに研磨し、その端面を突き合わせて接続し、フ
ァイバを挿入する溝１１と溝１１・　に挿入し、第４−
図と同様にカバー８を上から被せ螺子９で基板と固定す
る。

本発明の第１及び第２の実施例はその製造性を容易にす
るために、ファイバ素線１１とファイバ素線１１・　の
端面が第６図（ａ）　（ｂ）（Ｃ）に示す如く非接触で
ギャップを有する構成としてもでも良い。

但し、ギャップを有する構成とした場合ファイバの端面
間の距離が開き過ぎるとスポット径が大きく成り接続損
失が増加し易くなる欠点がある。

第７図は周波数掃引法により求めたａｔファイバ約６ｋ
ｍのベースバンド特性結果を示す。

図中（ア）は３ＭファイバとＧｌファイバの接続を本発
明を用いモード変換を行った特性を示している。

（イ）は３ＭファイバとＧｌファイバを光軸を一致させ
て角度ずれを無くし、直結接続した特性であり、本発明
を適用しない場合の特性を示している。

第７図に示した、本発明の特性（ア）と従来の直結接続
時の特性を比較すると、本発明の特性（ア）は６ｄＢ帯
域が２８０Ｍ１（ｚであるのに対し、従来の特性は（イ
）は、６ｄＢ帯域が８０Ｍ１（ｚで非常に狭く、本発明
は６ｄＢ帯域特性を大幅に改善することが可能となる。

（発明の効果〕 本発明の伝搬モードをシングルモードファイバからマル
チモートファイバに変換するアダプタを、シングルモー
ドファイバとマルチモードファイバの光軸ずれ又は角度
ずれ、又はその両方を行なう事により、低次モード励振
状態の光を定常モード励振に変換させることで、簡単な
構成で６ｄＢ帯域改善効果を有するモード変換アダプタ
を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は軸ずれ量ｄ、周角度れθを変化させた場合の６
ｄＢ帯域を示すグラフ、 第３図は、ＣＩファイバ端部における出射光の遠視野像
を示すグラフ、 第４図は第１の実施例を示す図、 第５図は第２の実施例を示す図、 第６図はファイバ間にギャップを設けた構成を示す図、 第７図は周波数掃引法により求めたＧｌファイバ約６廟
のベースバンド特性結果を示すグラフ、第８図は光フア
イバ伝送路による振幅の減衰を示す図 第９図は光ファイバの伝送帯域を示すグラフ、第１０図
はＧｌファイバの屈折率分布の例を示す図、 第１１図は６ｄＢ帯域の測定装置を示す図、第１２図は
従来例による６ｄＢ帯域改善例の特性を示すグラフ、 第１３図はスポットサイズと６ｄＢ帯域の関係を測定す
るための装置を示す図。 第１４図はスポットサイズと６ｄＢ帯域の関係をを示す
グラフである。 図中２は３Ｍファイバ、４はＧｌファイバ、６は被覆、
７は基板、８はカバー、９はねじ、１０゜１０°は被覆
挿入用の溝、１１．１１’　はファイ（ｂ） （Ｃ） ４トｊた９月の７腎理Ｅヨ Ａラ　　ノ　　５ヨ 比＃蛎峡 ヌ 図 第２ρ突施ダ１乞示イΣ 蟹ケ記 Ｙ　手 あ ＣＣ） ファイバ′間＋二’１ｐ−ｃ・ｌブ乞吉σけた杉（咬′
を、斥ヌ目ロ第　６　記 回 東ｈイバ伝送１：ｒ１果暢の減衰上示す口期Ｂ　２ Ｃｒ１７／ｌ／＋七−ド′ファイバの屈前年・分升の金
１毛体す旧舅　１０　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源側シングルモードファイバ（２）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（２）の光軸中心に対して該
   マルチモードファイバの光軸中心を、軸ずれ又は角度ず
   れ又は軸ずれ及び角度ずれの組合せにより結合すること
   で、シングルモードファイバ（２）の光をマルチモード
   ファイバ（４）に於いて広帯域で低損失となる励振状態
   に変換させることを特徴するモード変換アダプタ。