JPH0868954A - 光信号への変動付与方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光ファイバの曲げ部の曲率を大きく変動させ
なくとも大きな変調度を持ち、高い周波数にも応答可能
であり、偏波面変調におけるようなヌル点が現れないよ
うにする。 【構成】 光ファイバ１のコアから外側へ放射された光
が内側に戻ってコアと再結合可能な曲率で曲げた光ファ
イバ１の曲げ部２に、光ファイバ中を伝搬する光波の位
相を変化させる刺激を加えて同光信号に変動を与えるよ
うにした。曲げ部の曲率、曲げ幅が変化しないように刺
激を加えるようにした。光ファイバ中に波長の異なる複
数の光信号を伝搬させ、曲げ部の曲率と光信号の波長と
を、その複数の光信号のうちの一つ以上の光信号には強
い影響を与えず、他の一つ以上の光信号には強い影響を
与えるように選定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の光信号への変動付与方法
は、光ファイバを用いた情報伝送に利用されるものであ
り、光ファイバを切断することなく（無切断で）、光フ
ァイバ中を伝搬される光信号に変動を与えることができ
るようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ中を伝搬する光信号を光ファ
イバを切断することなく任意の点で変調して伝達する方
法は従来から知られている。その一例として偏波面変調
と呼ばれる方法がある。この方法は図６に示すように情
報信号を圧電素子Ａにより振動する圧力に変換し、この
情報信号を持った圧力を情報信号を伝達させたい光ファ
イバＢに対して外部側面から加えることにより、光ファ
イバＢ中を伝搬している光の偏波面を変化させ、その偏
波面の変化を受信部に設けた検光子Ｃを通して強度変化
とし、それを受光器Ｄにより検知するようにしたもので
ある。受光器Ｄで検知された強度変化には圧電素子Ａに
印加された情報信号が反映されているため、光ファイバ
Ｂを通して無切断に情報をアクセスすることが可能であ
る。

【０００３】光ファイバ中を伝搬する光信号を光ファイ
バを切断することなく任意の点で変調して伝達する方法
の他例として従来は図７に示す方法もある。これは光フ
ァイバＢを曲げることにより光ファイバＢ中を伝搬する
光に損失を与え、このとき情報信号により曲げの曲率を
変化させることにより損失を変化させるようにしたもの
である。この場合、光ファイバＢ中の信号光は強度変調
を受けるため、この光を受信することにより、曲げ部で
加えた変調信号を検出することができる。

【０００４】図７に示す方法では光ファイバＢの曲率が
Loss Modulator（損失変調器）Ｅによって振動的に変化
させられる。図７に示す構成で光ファイバＢに変動を加
えた場合、光ファイバＢには曲げ径の変化と、曲げ幅の
変化が生じ、曲げの曲率変化による光の放射と曲げ部に
おける光の多重反射の影響とが複合して図８に示すよう
な損失変動を示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来例のうち図６
の変調方式は、光ファイバＢにその任意の点で無切断で
信号を重畳することができるという利点があるが、光フ
ァイバＢ中の偏波状態は数ｃｍ程度の光ファイバ長にわ
たる圧力印加では通常はあまり大きく変動することはな
い。従って、この変調方式は大きな変調度を得にくいと
いう難点がある。

【０００６】更に、情報量を多くするために偏波状態を
高速で変動させる時は、圧電素子Ａの応答性を速くする
必要があるが、圧電素子Ａの応答速度と圧電素子Ａの厚
みとの間には反比例の関係があるため、圧電素子Ａの応
答性を速くするためには圧電素子Ａの厚さを薄くする必
要がある。この結果、光ファイバＢに加わる側圧は益々
小さくなり、大きな変調度が確保できず、信号対雑音比
の低い信号となってしまう。即ち、もともと大きな変調
度が確保できない方式であり、なおかつ情報量の増大と
変調度とは相反する関係にある。

【０００７】そしてまた、偏波面変調では変調を感知で
きないヌル点が存在することは良く知られている通りで
ある。例えば、受信部において光が直線偏波となり、そ
の偏波の変動方向が偏光子と垂直であるときは偏波変動
は強度変動に変換されず、受信されない。この現象を解
消するために従来は、一般的に、受信側において光を複
数に分岐させ、分岐された夫々の光を別々の偏光子を通
過させ、そのうち強度変化の最も大きい信号を取り出す
ようにしている。このため受信部の構成が複雑になると
いう欠点があった。

【０００８】前記従来例のうち図７の変調方式では損失
を変化させるためには、図８に示すように曲げ幅をｍｍ
のオーダで変化させる必要がある。そのため図７の損失
変調器Ｅとして、Electromagnetic Vibratorのような比
較的移動量の大きなものを使用する必要がある。しかし
これでは高い変調周波数に応答できないという問題が生
じる。更に加えて、この変調方式では曲げ径の変動が存
在するので図７に示される曲げ部Ｆにおける光受信器
（ＰＤ）の光量にも影響を与え、その変動を回避するた
めの工夫が必要となり、構成がより一層複雑化するとい
う問題もあった。

【０００９】本発明の目的は上記のような諸問題を解決
し、光ファイバの曲げ部の曲率を大きく変動させなくと
も比較的大きな変調度を持ち、高い周波数にも応答可能
であり、更には、偏波面変調で見られるようなヌル点の
存在が現れず、しかも光ファイバを無切断でそれに信号
をアクセスできる光信号への変動方式を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光信号への変動
方式は光ファイバの次の様な現象を利用したものであ
る。図２に示す様に光ファイバ１にある曲率の曲げを局
部的に加えた場合、その曲げ部２の半径がある一定の値
（光ファイバの構造にもよるが一般には３０ｍｍから２
０ｍｍ）以下であると、曲げ部２において図５に示すよ
うに、光ファイバ１中を伝搬する光波の一部は、中心の
コア層３からクラッド層４へ放射されるだけでなく、放
射された光の一部はクラッド層４と内部被覆層５との界
面、或は同被覆層５とその外側に付加された外部被覆層
６との界面、或はまた同被覆層６とその外側の空気層７
との界面にて反射され、内側に戻ってコア層３の中に再
結合する成分が生じることが知られている。本発明はこ
の現象を、情報信号を光ファイバ中に無切断で重畳させ
る手段として応用したものである。

【００１１】本発明のうち請求項１の光信号への変動付
与方法は、図１（ａ）に示す様に光ファイバ１のコアか
らクラッド層或はその外側へ放射された光が内側に戻っ
てコアと再結合可能な曲率で曲げた光ファイバ１の曲げ
部２に、光ファイバ１中を伝搬する光波の位相を変化さ
せる刺激を加えて、同光信号に変動を与えるようにした
方法である。

【００１２】本発明のうち請求項２の光信号への変動付
与方法は、図１（ａ）に示す様に、曲げ部２の曲率、曲
げ幅が変化しないように曲げ部２に刺激を加えるように
した方法である。

【００１３】本発明のうち請求項３の光信号への変動付
与方法は、光ファイバ１中に波長の異なる複数の光信号
を伝搬させ、この光ファイバ１の曲げ部２の曲率と光信
号の波長とを、その複数の光信号のうちの一つ以上の光
信号には強い影響を与えず、他の一つ以上の光信号には
強い影響を与えるように選定した方法である。

【００１４】

【作用】光ファイバをある一定の曲率で曲げて、光ファ
イバ１中を伝搬する光の一部が図２のように光路を通っ
てコアに再結合するようにしたときは、この曲げ部２に
微小な干渉計が構成されたことになる。微小な干渉計が
構成された曲げ部２に、その外部から刺激（光ファイバ
１中を伝搬して再結合する光波が通る光路の、局部の屈
折率などを変化させて位相を変化させるような刺激）を
加えると、再結合した光波とコアを伝搬してきた光波と
の干渉条件が変化し、外部からの刺激により生じた位相
変化に基づいた干渉光強度変化を示す。従って、伝送し
たい情報信号が反映されるように刺激を変調すると、光
ファイバ１中を伝搬する光に情報信号を重畳させること
ができる。

【００１５】本発明のうち請求項１の変動付与方法で
は、光ファイバ１中を伝搬する光の一部がコアに再結合
するように曲げた光ファイバ１の曲げ部２に、その外部
から情報信号が反映されるように刺激を加えて、光ファ
イバ１中を伝搬する光波の位相を変化させるので光ファ
イバ１中を伝搬する光に情報信号が重畳する。

【００１６】本発明のうち請求項２の変動付与方法で
は、曲げ部２に、その曲率、曲げ幅が変化しないように
刺激を加えたので、曲げ径の変化と、曲げ幅の変化に起
因する損失変動が生じない。

【００１７】本発明のうち請求項３の変動付与方法で
は、光ファイバ１中に波長の異なる複数の光信号を伝搬
させ、光ファイバ１の曲げ部２の曲率と光信号の波長と
を、その複数の光信号のうちの一つ以上の光信号には強
い影響を与えず、他の一つ以上の光信号には強い影響を
与えるように選定したので、光信号の強度変化を光ファ
イバ中を伝搬する信号光の波長に依存させることがで
き、従って、変調を与えなくともよい波長には影響を与
えず、アクセスしたい波長を選択的に変調させることが
可能となる。

【００１８】

【実施例】図１（ｂ）に基づいて本発明の光信号への変
動付与方法の実施例を詳細に説明する。光ファイバの１
の任意の箇所に局所的な曲げを加え、この曲げ部２を２
枚の圧電素子８で上下から挟み、その圧電素子８の電極
９に変調信号を加え、その信号に応じて圧力変動する圧
電素子８から曲げ部２に側圧（刺激）を与えて、曲げ部
２の微小な干渉部で位相の変化が生じ、検出端で図４に
破線で示す波形の干渉光の強度変調信号が得られるよう
にしてある。

【００１９】曲げ部２は光ファイバ１中を伝搬する光波
の一部が中心のコア層３からクラッド層４へ放射され、
この放射された光の一部がクラッド層４と内部被覆層５
との界面、或は同被覆層５とその外側に付加された外部
被覆層６との界面、或はまた同被覆層６とその外側の空
気層７との界面で反射されてコア層３の中に再結合可能
な曲率で曲げてある。

【００２０】曲げ部２へ刺激を与える方法は種々考えら
れる。その一例としては図１（ｂ）に示す方法の他に、
圧電効果のある材料からなる膜を直接、湾曲させた光フ
ァイバ１に塗布することが可能である。

【００２１】本発明において光ファイバ１の曲げ部２に
外部から刺激を加えるのは、微小な干渉計の位相に変動
を起こさせることが目的であるため、刺激を加える箇所
は図１（ａ）に示すような曲げ部２に限定するのが望ま
しい。この場合、曲げ部２に曲げ径の変化と、曲げ幅の
変化が生じると、前記したように曲げ部２の曲率変化に
よる光の放射と、曲げ部２における光の多重反射の影響
とが複合して損失変動が生じる。このため刺激を図１
（ａ）に破線で示すような方向、即ち、曲げ部２の曲げ
径や曲げ幅が変化する方向や部位に加えるのは望ましく
なく、図１（ａ）に実線で示したように曲げ径や曲げ幅
が変化しない方向、或はその方向の成分を持つ方向及び
部位に加えるようにする。

【００２２】例えば、外部からの刺激が圧力系のもので
あれば、光ファイバ１の軸方向とは異なる方向に刺激を
加え、張力系のものであれば軸方向の成分が含まれるよ
うな方向に作用させることが望ましい。従って、本発明
では曲げ部２の曲率、曲げ幅が変化しないように刺激を
加えて、曲げ径の変化と、曲げ幅の変化に起因する損失
変動が生じないようにしてある。

【００２３】前記の様に、曲げ部２の曲げ径の変化は放
射光強度の変化をもたらし、損失を変化させるため、曲
げ部２に刺激を与えるときは曲げ部２の曲率、曲げ幅を
なるべく変化させないことが望ましいが、原理的には曲
げ径が多少の変化する程度であれば信号を重畳させるこ
とは可能である。

【００２４】曲げ部２へ側圧や張力などを加える場合、
その変位量はμｍオーダで有効であるため高い周波数応
答が可能となり、曲げ径に大きな変動を与える必要はな
い。従って、図２に実線で示した放射光の強度も大きく
変化することはない。

【００２５】刺激は側圧以外にも張力、温度変化、歪等
でもよく、この他にも光波の位相を変化させることがで
きる刺激であればどのようなものでもよい。

【００２６】本発明では曲げ径の設定や光ファイバの構
造パラメータ（屈折率等）を選択することにより、強度
変化を、光ファイバ中を伝搬する信号光の波長に依存さ
せる（依存性を持たせる）ことができる。一例として、
図５に光ファイバ１の局部に直径１０ｍｍの曲げ部２を
設定したときの波長特性を示す。図５に見られるように
曲げを与えたとき、１．３μｍ近傍では曲げに対する強
度変化の影響は小さいが、１．５μｍ以長の波長では強
い強度変化が得られている。従って、変調を与えなくと
もよい波長には影響を与えず、アクセスしたい波長を選
択的に変調させることが可能である。

【００２７】この応用として図３に示すような光伝送系
において、両端局間は例えば１．３μｍ等の短波長の光
で通信を行い、同時に波長合波器等１０を用いて１．５
５μｍなどの長波長光を光ファイバ１中に伝搬させ、長
波長光に対して本発明の変動付与方法で情報をアクセス
したり、センシング情報を乗せたりすることができる。
即ち、光ファイバ１中に波長の異なる複数の光信号を伝
搬させ、この光ファイバ１の曲げ部２の曲げ径と光信号
の波長とを、その複数の光信号のうちの一つ以上の光信
号には強い影響を与えず、他の一つ以上の光信号には強
い影響を与えるように選定して、光信号へ情報をアクセ
スしたり、センシング情報を乗せたりすることができ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明の光信号への変動付与方法は次の
様な効果がある。 ．光ファイバのコアに再結合した光波と、コアを伝搬
してきた光波との干渉を利用するものであるため、基本
的に強度変調となり、従来のように信号が受信されない
ヌル点が存在せず、確実に受信できる。このため、受信
部を複雑な構成にする必要もない。

【００２９】．曲げ径を変化させて曲げによる損失変
化を利用する方式ではなく、光の干渉を利用したもので
あるため、わずかな刺激を加えるだけでも大きな強度変
化が得られ、高速応答性にも優れた高い周波数帯で使用
することができる。

【００３０】．光ファイバの曲げ部に加える刺激とし
ては側圧、振動、圧力、張力、歪みなどの力学的な力だ
けでなく、温度などの変化でも可能であるため、利用範
囲が広い。

【００３１】．曲げ部における漏れ光を受信する際に
曲げ径を変化させる方式では、曲げ径の変化に基づく漏
れ光量の変動が存在するため、受信光量に影響がでる
が、本発明では曲げ径が大きく変化することはないた
め、受信光量の変動は殆ど無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光信号への変動付与方法にお
ける、刺激の加え方の説明図、（ｂ）は同変動付与方法
の一実施例を示す説明図。

【図２】光ファイバにおける光の再結合の説明図。

【図３】本発明の光信号への変動付与方法において、波
長の異なる複数の光信号を伝搬させる場合の説明図。

【図４】本発明の光信号への変動付与方法における、干
渉光出力の一例を示す波形説明図。

【図５】光ファイバに曲げを加えたときと加えないとき
の干渉光の波長特性の説明図。

【図６】従来の偏波面変調方式の一例を示す説明図。

【図７】従来の偏波面変調方式の他例を示す説明図。

【図８】従来の偏波面変調方式において、光ファイバの
曲げ部の曲げ幅の変動と誘導損失との関係を示す説明
図。

【符号の説明】

１ 光ファイバ ２ 曲げ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光ファイバ（１）のコアからその外側へ放
   射された光が内側に戻ってコアと再結合可能な曲率で曲
   げた光ファイバ（１）の曲げ部（２）に、その外部から
   光ファイバ（１）中を伝搬する光波の位相を変化させる
   刺激を加えて、同光信号に変動を与えるようにしたこと
   を特徴とする光信号への変動付与方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の光信号への変動付与方法に
   おいて、曲げ部（２）の曲率、曲げ幅が変化しないよう
   に曲げ部（２）に刺激を加えることを特徴とする光信号
   への変動付与方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の光信号への変動付与方法に
   おいて、光ファイバ（１）中に波長の異なる複数の光信
   号を伝搬させ、この光ファイバ（１）の曲げ部（２）の
   曲率と光信号の波長とを、その複数の光信号のうちの一
   つ以上の光信号には強い影響を与えず、他の一つ以上の
   光信号には強い影響を与えるように選定したことを特徴
   とする光信号への変動付与方法。