JPH0616124B2 - モード変換アダプタ - Google Patents

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ＭＳ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。

ＭＳファイバ及びＧＩ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ＧＩ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）が見掛け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図は光ファ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Ａ₀
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。光ファイバ伝送では、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、
出力素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Ａ₀ 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 ＧＩ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ＳＭ光源よりＧＩファイバに入射するたＧＩ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ＧＩファイバ本来の６ｄＢ帯域よりベース
バンド特性が見掛け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
帯域は見掛け上向上する。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帯域が見掛け上劣化する。

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（気相軸付け法）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
ｅＯ₂分 子が逃げてしまい、コア中央部分に屈折率の
低いディップ領域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ＳＭ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
イ（ＳＩ）ファイバを数ｍ挿入し、ＳＭ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
−７８５０６号に記載されているように、ＳＭ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、ＳＭ光
源とＧＩファイバの間にＳＩファイバを挿入して、ＳＭ
光源の出射光をＧＩ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から明らかなように、ＳＩ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、
ＧＩ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ＧＩ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、ＳＭ光源よりＧＩファイバへ入射さ
せた場合、ＧＩ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
ート間（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ＧＩファイバの場合には、光ファイバ製造プロ
セス上コア中心部に屈折率の低いディップ領域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、ＧＩｄＢ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寸することが必要と
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
ファイバ及びレンズの光軸のち、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
の光軸は一致させねおき、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±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ＳＭ光源１３に接続され、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１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４６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とが
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光源入射次の、レンズの軸ずれ及び角
度ずれが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、ＳＭファイバのコネクタ及びＧＩ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５mm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６３mmのモード
変換アダプタ３０にＳＭファイバ３１及び３kmのＧＩフ
ァイバ３２を接続し、ＳＭファイバ３１はＳＭ光源３３
及び発振器３４に接続する。一方、ＧＩ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、光損失も軸ずれ量の増加とと
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への取り付け方法が第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２３の
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
着固定する。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、ネジ等により機械的締結
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図は光ファ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。 １……シングルモードファイバ、 ４……マルチモードファイバ、 ７，８……レンズ、 １２……モード変換アダプタ、 １３……ＳＭ光源、 １４……光／電気変換器、 ２０……箱状部材、 ２１，２３……コネクタアダプタ、 ２２，２４……球レンズ、 ２５……接着剤。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 恵子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−71811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−78506（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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。