JPH0634834A

JPH0634834A - 光情報伝達装置

Info

Publication number: JPH0634834A
Application number: JP4195296A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 武井上; Seiji Okada; 誠二岡田; Masatomo Sumimoto; 雅友隅本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1992-07-22
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】センシングデータなどを光ファイバの複数の
偏波面にのせて安定して伝送することができ、特に光フ
ァイバの曲率を小さくするような配線を行う部位に、コ
ア部分が液体物質もしくはゾル・ゲル状物質の光ファイ
バまたは光コネクタを配することにより、信号を減衰さ
せずに伝送することができる光情報伝達装置を提供す
る。【構成】光伝送用ファイバ２０を介して光信号により
情報伝達が行われる光情報伝達装置において、光信号は
所定の偏光面にのせて伝送され、光伝送用ファイバ２０
は光導波路型であって、コア部分２０ａに、周囲のクラ
ッド部分２０ｂに比べて屈折率が大きく所望帯域の光に
対して透過性のある液体物質もしくはゾル・ゲル状物質
が封入されていることを特徴とする。また、光伝送用フ
ァイバ６０の少なくとも屈曲部に、コア部分に、周囲の
クラッド部分に比べて屈折率が大きく所望帯域の光に対
して透過性のある液体物質もしくはゾル・ゲル状物質が
封入されている光コネクタ部６１を設けることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光の偏波面を保存して
光情報を伝達することができる光ファイバを有する光情
報伝達装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバは、その中に通す光信号の特
徴である無誘導性や耐雑音性、さらに一番の利点である
大通信容量が確保できるなどの点から光ＬＡＮなどのシ
ステムの普及により、新しいカーエレクトロニクスのア
イテムとしても導入されつつある。光ファイバによる光
信号の伝達に関する技術としては、例えば特開昭６２−
１５７０１３号には、コア部に非線形屈折率の大きな有
機液体を封入してレーザ光のパルス幅を圧縮することに
より、伝送効率を高める技術が開示されている。また、
特開平２−１５８２２７号には、光伝送ラインを半二重
の単線とすることにより、配線の複雑さをなくした技術
が開示されている。また、特開平２−２８２２３０号に
は、有機物を分散させた液体あるいは固体をコア部の非
線形光学材料として使用することにより、コア部の屈折
率をグラッド部の屈折率とを微細に整合する技術が開示
されている。

【０００３】しかしながら、上記いずれの技術において
も、光ファイバを伝送路として使用する場合の応力によ
る影響を考慮したものはない。これは、従来の光伝送が
光の点滅に基づいて行われているからである。ところ
が、光信号を偏光面にのせて伝送する場合には、応力に
よる偏光面の歪は、伝送光信号の複屈折や偏光状態の乱
れの原因となる。特に、単線の光伝送ラインで異なる偏
光面に異なる光信号をのせて伝送する場合には、その影
響が顕著となる。

【０００４】このように、光機能素子等を用いてある物
理量の変化をセンシングし、その結果を偏光面の回転か
ら検出する場合（ファラデー効果，カー効果）、あるい
は互いに直交した偏波の位相差から検出する場合（光弾
性効果，ポッケルス効果）、これら複数個の素子からの
光信号を複数個の偏光面にのせて伝送する時に、光伝送
路である光ファイバの中で応力により伝送光信号の複屈
折や偏光状態の乱れが生じると、伝送情報そのものが変
化して正しい物理量の検出が困難となる。

【０００５】具体的には、それぞれの偏波面の情報が交
わってしまう（クロストーク）という問題である。自由
空間中を光が伝搬する場合には、伝搬媒体が均一である
ため複屈折などは生じないので複数の偏波面の情報が伝
達できるが、従来の光ファイバを用いて光信号を伝送す
る場合には、固体コアではその構造上に部分的に応力が
加わるのは避けられず、そのため屈折率が部分的に変化
して偏光状態を乱したり複屈折を生じさせたりする。

【０００６】光ファイバで偏波面を保存しながらデータ
を伝送することができるようにするためには、コアを楕
円にして２つのモード（直交関係）の伝搬速度をかえる
方法と、コアに応力を加えて一方向の屈折率をかえるな
どの方法が実施されている。いずれの方法も、伝搬定数
β＝２πｆ／ν（ν：ファイバ中の伝搬速度）の差をも
たせて偏波面保存を実現している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来技術の場合、直交する偏波面の光ファイバ中を伝
搬する速度がかわってしまうため、計測したタイミング
は同じでも伝送された後には時間差があるようになって
しまうという問題がある。また、伝送路として光ファイ
バが曲げて使用される場合、曲げによるコアに部分的な
応力がさらにかかってしまい、それによる屈折率の不均
一性による散乱や複屈折が生じてしまう。このことは偏
波面同士のモード変換を引き起こし、上述のクロストー
クが生じてしまう。これらの問題に対して、デジタル通
信を利用してソフト的に対処するなどの方法が試みられ
ているが、Ａ／Ｄ変換などが必要となるため信号処理回
路が複雑になるなどの問題がある。

【０００８】本発明の目的は、前記のような従来技術で
の問題点を解決し、センシングデータなどを光ファイバ
の複数の偏波面にのせて安定して伝送することができる
光情報伝達装置を提供することにある。本発明の他の目
的は、前述のような光ファイバの曲率を小さくするよう
な配線を行う部位に、コア部分が液体物質もしくはゾル
・ゲル状物質の光ファイバまたは光コネクタを配するこ
とにより、信号を減衰させずに伝送することができる光
情報伝達装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を達成するため
に、本発明の光情報伝達装置は、光伝送用ファイバを介
して光信号により情報伝達が行われる光情報伝達装置で
あって、前記光信号は所定の偏光面にのせて伝送され、
前記光伝送用ファイバは光導波路型であって、コア部分
に、周囲のクラッド部分に比べて屈折率が大きく所望帯
域の光に対して透過性のある液体物質もしくはゾル・ゲ
ル状物質が封入されていることを特徴とする。

【００１０】ここで、前記コア部分の物質が有機物質で
芳香族環構造を有する物質であることが好ましい。ま
た、前記コア部分の物質が有機物質でフッ素以外のハロ
ゲンを含んだポリマー物質であることが好ましい。ま
た、前記コア部分の物質が無機物質でフッ素以外のハロ
ゲンを含んだ物質であることが好ましい。また、前記光
伝送用ファイバはシングルモードの光ファイバであり、
異なる複数の偏光面に異なる光信号をのせて伝送するこ
とを特徴とする。また、前記光伝送用ファイバの少なく
とも屈曲部に光コネクタ部を設け、該光コネクタ部にお
いて、コア部分に、周囲のクラッド部分に比べて屈折率
が大きく所望帯域の光に対して透過性のある液体物質も
しくはゾル・ゲル状物質が封入されていることを特徴と
する。

【００１１】

【作用】本発明の光情報伝達装置における光ファイバ
は、石英ガラスなどを主成分とする細径管内に中空部を
設け、クラッド部分に比べ屈折率の大きい液体物質もし
くはゾル・ゲル状物質を該中空部に封入してコア部とす
るものであり、これにより光の通るコア部に不均一な応
力がかからないため分離した偏波面を伝送可能にさせる
ものである。さらに、このコア部の物質は光波長を圧縮
したりするためではないので、線形・非線型を問わな
い。また、無機材料，有機材料のどちらでもよい。

【００１２】

【実施例】まず、本実施例で使用される光ファイバのク
ラッド部及びコア部の物質が有する性質を特定する。一
般に、光ファイバを用いて光を伝送する場合、光が通る
コア部の屈折率をｎ _core、そのコア部のまわりの光を閉
じこめる働きをするクラッド部の屈折率をｎ _cladとする
と、このとき屈折率差は Δｎ＝（ｎ_core−ｎ_clad）／ｎ_core …（１）で与えられる。このΔｎが、０．００２＜Δｎ＜０．１ …（２）の範囲にあるとき、光ファイバ中の伝送効率が高いこと
が知られている。本実施例では、上記関係（２）の範囲
になる物質例を以下に示す。

【００１３】また、Δｎとコア径αと光源の波長λの関
係が、２ａ・ｎ_core・√Δｎ／λ＜２．４０５ …（３）のとき光の伝搬がモード分散の無いシングルモードとな
る。偏波面を保存して光を伝送するためには上記（３）
の条件を満たしている必要がある。本実施例では、
（３）の関係になるような条件を選び、複数の光の偏波
面を伝送することができるような光ファイバを実現させ
る。

【００１４】＜光ファイバでの２偏光面伝送例＞図１は
本実施例の光情報伝達装置の一構成例を示す図である。
レーザＬＤ-a及びＬＤ-bは、異なる情報を表す光信号を
出力する。偏光子１０は、レーザＬＤ-a及びＬＤ-bから
のレーザ光を異なる偏光面にのせるための偏光を行う。
光ファイバ２０は本実施例のクラッド部とコア部とから
なり、クラッド部を屈折率ｎ_clad＝１．４５８の石英ガ
ラスとし、コアに入れる物質はクラッド部の石英ガラス
より大きい屈折率ｎ_core＝１．４７４３９を有するベン
ゼンを使用した。検光子３０は、異なる偏光面にのせら
れたレーザ光を分離し、フォトダイオードＰＤ-a，ＬＤ
-bに送る。

【００１５】図２は本実施例の光ファイバ２０の構造を
示す図である。ここで、図２の（ａ）は光ファイバ２０
の断面図、図２の（ｂ）は斜視図であり、２０ｂが石英
ガラスで形成されたクラッド部、２０ａがベンゼンから
なるコア部である。以下に、このような構造の光ファイ
バ２０の一作成例を簡単に示す。光ファイバ２０のコア
部分２０ａにベンゼンを封入する場合、光ファイバ２０
がごく短いときには毛管現象でもよいが、長い距離まで
確実に封入するためには、以下のような手順で行う。ま
ず、クラッド部２０ｂの中空部から排気用バルブを介し
て空気を真空ポンプで排出する。次に、排気用バルブを
閉じた後、流量調節バルブを用いて、ベンゼン液の槽か
ら中空部にベンゼンを導入し、光ファイバ２０のコア部
分２０ａの全体にベンゼンが導入された状態になると、
光ファイバ２０の両開口部を閉じてベンゼンの封入を終
了する。なお、光ファイバ２０の光機能素子等との結合
は、光機能素子を光ファイバ２０の一端に差し込む等に
よる実現される。

【００１６】本実施例において、Δｎを０．０１１、コ
ア径を４．５μｍとした場合、波長が６７０ｎｍの半導
体レーザを用いると、下記（３）の関係式を満たし、シ
ングルモードの伝搬を行う範囲にあることがわかる。こ
のほか石英ガラスの屈折率ｎ_clad＝１．４５８（波長６
７０ｎｍ）より大きい物質である材料をあげるうえで、
有機物質の場合、透明有機構文紙（光がとおるため）芳香族環フッ素以外のハロゲンを含んだポリマーであれば高屈折率の本発明の条件満足することができ
る。また、無機物質の場合もフッ素以外のハロゲンを含
んだ物質が高屈折率を示し本実施例の条件を満足するこ
とができる。

【００１７】以下のような条件を満足させることのでき
る液体状の物質を表１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】本実施例ではクラッド部の材料として石英
ガラスを用いたが、これに限られるものではなく、ポリ
メタアクリル酸メチルなどを用いるプラスチッククラッ
ドのファイバでも可能である。図３は本実施例の光情報
伝達装置の各部の波形を示す図である。上記装置におい
て、例えば、図３の（ａ）に示すように、レーザＬＤ-a
は無変調でＬＤ-bはある変調をかけると、図３の（ｂ）
のようにフォトダイオードＰＤ-aには一定信号，ＰＤ-b
にはＬＤ-bと同じ変調信号が検出できる。このように、
独立に信号が伝送できる。

【００２０】＜光情報伝達装置の具体例＞図４は、本実
施例に係る光情報伝達装置の伝送部の具体例を示すブロ
ック構成である。図４に示す装置において、レーザダイ
オード２７ａ，２７ｂからの光は、それぞれ偏光子２６
ａ，２６ｂで直線偏光されてから磁気光学素子３ａ，３
ｂに入力される。このとき、磁気光学素子３ａ，３ｂへ
の入射光は、これらの磁気光学素子が置かれた外界の状
況、本例では温度と圧力とによりその偏光面を回転さ
せ、次段の偏光子２６ｃ，２６ｄによってＴＥモードの
みが取り出される。取り出された光は、その大きさが外
界の状況を反映しているので、偏光面分配器として機能
する磁気光学素子３ｃ，３ｄにて伝送時の偏光面が決定
された後、主伝送経路である光ファイバ２０に送出され
る。ここでは、図４に示すように、温度情報と圧力情報
の偏光面を０^o と９０^o に分け、これら２つの偏光面に
異なる信号を載せ、両者を混合して光ファイバ２０中を
伝送する。なお、ここでの偏光面の分配は、例えば磁気
光学素子における光路長を変えることで行なう。

【００２１】尚、本例の偏光子２６ｃと２６ｄとは、図
１の偏光子１０の対応する。また、本例は以下で述べる
自動車の電装系の一部とも考えられる。＜自動車の電装系への適用例＞自動車の電装系に光通信
を利用すると、無誘導性や耐雑音性、さらに一番の利点
である大通信容量が確保できるなどの点から、自動車の
電装系の抱えている問題を解決することができる。しか
しながら、限られたスペースに効率よく配線することが
必要な場合、図５の従来の光ファイバの例に示すよう
に、どうしても極端に小さい曲率で曲げて使用しなけれ
ばならないことがある。

【００２２】その場合、曲げの部分のコア部分に応力が
生じる。これによって、コア部分とクラッド部分との相
対的な屈折率が変化する。光ファイバは、クラッド部分
に比べコア部分の屈折率を大きくして、光の全反射を利
用してコア部分に光を閉じこめて伝達しているため、こ
の関係が部分的にでも崩れれば、その部分から光が洩れ
て入射光のパワーが保存されて伝達されないという問題
が生じる。この様な事態が生じるとセンシングデータな
どを光強度で伝送している場合、その部分で減衰してし
まうなどの問題がある。

【００２３】従って、上記コア部に、周囲のクラッド部
分に比べて屈折率が大きく所望帯域の光に対して透過性
のある液体物質もしくはゾル・ゲル状物質が封入されて
いる光ファイバおよびコネクタを、配線上で曲率半径が
小さくなる部分に配する。このとき、小さく曲げること
により内部のコア部分に応力が加えられるが、液体であ
るためその力は平均して分配されて、部分的に大きく屈
折率が変化するようなことは起こらない。また、光ファ
イバ同士の接続部でも、コア部分を伝わってきた光が、
屈折率の小さい空気中に出てから屈折率の大きいコア部
分に入っていくのではなく、屈折率がほぼ等しい媒体を
伝わるため、減衰などの不都合が生じない。

【００２４】図６は曲率半径が小さくなる部分のみに本
実施例の光コネクタを配した状態を示す図、図７は曲率
半径が小さくなる部分全体に本実施例の光ファイバを配
した状態を示す図である。図６で、６０は従来の固体コ
アの光ファイバ、６１は本実施例の液体コアの光コネク
タである。図７で、６２は本実施例の液体コアの光ファ
イバである。ここで、本実施例の光コネクタでは、ポリ
メタアクリル酸メチルなどを主成分とするプラスチック
製の細径管を用い、前述と同様に、コア部に入れる物質
はクラッド部の石英ガラスより大きい屈折率を有するベ
ンゼンを使用した。

【００２５】なお、このコア部分に封入する物質はベン
ゼンに限定されるものではなく、一般にクラッド部分よ
り使用する光波長の屈折率が大きいものであればよい。
また、上述（３）の関係を満たせば効率よく光を閉じこ
め伝送することができる。また、本実施例では、細径管
の直径は０．５mmのものを用い、ステップインデックス
型マルチモードとなるようにした。

【００２６】以上の実施例では、プラスチック性の細径
管を用いたが、これに限定するものではなく、多成分ガ
ラス系もしくは石英ガラス系でもかまわない。また、本
実施例では簡略化のため、光情報伝達装置として光情報
処理の一部分を代表させたが、本発明が光情報処理シス
テムのあらゆる部分で利用され、著しい効果を奏するこ
とは明らかである。

【００２７】

【発明の効果】本発明のような構成をとれば、コア部分
が液体物質もしくはゾル・ゲル状物質のため部分的な応
力が発生せず、そのことにより複屈折あるいは偏波面の
乱れなど生じさせないため、複数のセンシングデータな
どを複数の偏光面に乗じさせて光信号を互いに独立に伝
送することができる。特に、自動車の電装系等のよう
に、限られたスペースに効率よく配線することが必要で
どうしても光伝送路を極端に小さい曲率で曲げて使用し
なければならない場合に、本発明はさらに著しい効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の光情報伝達装置の一構成例を示す図
である。

【図２】本実施例の光ファイバの構造を示す図である。

【図３】本実施例の光情報伝達装置の各部の波形を示す
図である。

【図４】本実施例に係る光情報伝達装置の伝送部の具体
例を示すブロック構成である。

【図５】従来の光ファイバでの曲げの例を示す図であ
る。

【図６】曲率半径が小さくなる部分のみに本実施例の光
コネクタを配した状態を示す図である。

【図７】曲率半径が小さくなる部分全体に本実施例の光
ファイバを配した状態を示す図である。

【符号の説明】

１０…偏光子、２０…光ファイバ、３０…検光子、６１
…光コネクタ、６２…部分的光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送用ファイバを介して光信号により
情報伝達が行われる光情報伝達装置であって、前記光信号は所定の偏光面にのせて伝送され、前記光伝送用ファイバは光導波路型であって、コア部分
に、周囲のクラッド部分に比べて屈折率が大きく所望帯
域の光に対して透過性のある液体物質もしくはゾル・ゲ
ル状物質が封入されていることを特徴とする光情報伝達
装置。
【請求項２】前記コア部分の物質が有機物質で芳香族
環構造を有する物質であることを特徴とする請求項１記
載の光情報伝達装置。
【請求項３】前記コア部分の物質が有機物質でフッ素
以外のハロゲンを含んだポリマー物質であることを特徴
とする請求項１記載の光情報伝達装置。
【請求項４】前記コア部分の物質が無機物質でフッ素
以外のハロゲンを含んだ物質であることを特徴とする請
求項１記載の光情報伝達装置。
【請求項５】前記光伝送用ファイバはシングルモード
の光ファイバであり、異なる複数の偏光面に異なる光信
号をのせて伝送することを特徴とする請求項１記載の光
情報伝達装置。
【請求項６】前記光伝送用ファイバの少なくとも屈曲
部に光コネクタ部を設け、該光コネクタ部において、コア部分に、周囲のクラッド
部分に比べて屈折率が大きく所望帯域の光に対して透過
性のある液体物質もしくはゾル・ゲル状物質が封入され
ていることを特徴とする請求項１記載の光情報伝達装
置。