JPS5831565B2 - optical fiber - Google Patents

optical fiber

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JPS5831565B2
JPS5831565B2 JP55101790A JP10179080A JPS5831565B2 JP S5831565 B2 JPS5831565 B2 JP S5831565B2 JP 55101790 A JP55101790 A JP 55101790A JP 10179080 A JP10179080 A JP 10179080A JP S5831565 B2 JPS5831565 B2 JP S5831565B2
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JP
Japan
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optical fiber
refractive index
core
mode
index distribution
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JP55101790A
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恵之 青海
研一 北山
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/105Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type having optical polarisation effects

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光通信に使用される伝送路のなかで、最低次
モードであるHEl、モードの偏波方向を一定に保つよ
うにした光ファイバに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical fiber in which the polarization direction of the lowest order mode, HE1, is kept constant among transmission lines used in optical communications.

従来の光ファイバでは以下に述べる理由により伝搬モー
ドの偏波方向を一定に保つことは困難であった。
In conventional optical fibers, it has been difficult to maintain the polarization direction of the propagation mode constant for the reasons described below.

通常の光ファイバはコアが真円であり、屈折率分布は第
1図Aに示すようにコア1の屈折率n。
A normal optical fiber has a perfectly circular core, and the refractive index distribution is as shown in FIG. 1A, where the refractive index of core 1 is n.

に対しコアの外周を構成するクラッド2の屈折率ndが
不連続的に小さくなった、いわゆるステップ形あるいは
同図Bに示すようにコア1よリフラッド21でに屈折率
が連続的に変化するグレーデッド形であり、倒れも屈折
率分布はコア中心に関してどの角度位置においても対称
である。
On the other hand, there is a so-called step type in which the refractive index nd of the cladding 2 constituting the outer periphery of the core decreases discontinuously, or a gray type in which the refractive index changes continuously from the core 1 to the reflood 21 as shown in Figure B. It is a dead shape, and the refractive index distribution is symmetrical at any angular position with respect to the core center.

つ1リコアの周方向における屈折率は一様であった。The refractive index of each recoa in the circumferential direction was uniform.

一般にこのような光ファイバの伝搬モードには、伝搬定
数が等しく(これを縮退という)、互いに偏波方向が直
交している2つのモードが1対となって存在する。
Generally, the propagation mode of such an optical fiber includes a pair of two modes having equal propagation constants (referred to as degeneracy) and polarization directions orthogonal to each other.

実際に作製された光ファイバに釦いては、光ファイバの
長手方向におけるコア径等のゆらぎ、あるいはコアに存
在する残留応力のために、前記互いに偏波方向が直交す
る1対の縮退モード間にはモード結合が生じ、その結果
そのモードが光ファイバをその長手方向((伝搬するに
つれて、その偏波方向が回転するという欠点があった。
In an actually produced optical fiber, due to fluctuations in the core diameter in the longitudinal direction of the optical fiber, or residual stress existing in the core, there is a possibility that the difference between the pair of degenerate modes whose polarization directions are orthogonal to each other is has the disadvantage that mode coupling occurs, and as a result, as the mode propagates through the optical fiber in its longitudinal direction, its polarization direction rotates.

このように偏波方向が回転すると偏波多重伝送用やファ
イバジャイロ用の光ファイバとして用いることができな
い。
If the polarization direction is rotated in this way, it cannot be used as an optical fiber for polarization multiplex transmission or for a fiber gyro.

これを解決する一つの方法として、コアの断面形状を第
2図A及びBにそれぞれ示すように長方形あるいは楕円
にし、最低次モードであるHE1□モードの互いに直交
する2つのモードであるHE1□偶モードとHE11奇
モードとの縮退を解く、すなわち伝搬定数にある一定量
の差を生じせしめることによって、HE11モードの偏
波方向を一定に保つという方法が提案され、実験によっ
てもその効果が確められている。
One way to solve this problem is to make the cross-sectional shape of the core rectangular or elliptical as shown in Fig. 2 A and B, respectively, and to generate two mutually orthogonal modes, HE1□ even, which is the lowest mode, HE1□ mode. A method has been proposed in which the polarization direction of the HE11 mode is kept constant by solving the degeneracy between the HE11 mode and the HE11 odd mode, that is, by creating a certain amount of difference in the propagation constant, and the effectiveness of this method has been confirmed through experiments. It is being

しかしながら、従来の真円形状のコアの光ファイバに対
して行われていた作製技術では、このような長方形成い
は楕円形状をもつコアの寸法を正確に制御することは難
しいため、この長方形や楕円形コアの光ファイバの製造
に従来の光フアイバ製造技術をそのit応用することが
できないという欠点を有していた。
However, it is difficult to accurately control the dimensions of such rectangular or elliptical cores using conventional manufacturing techniques for optical fibers with perfectly circular cores. It has the disadvantage that conventional optical fiber manufacturing techniques cannot be applied to the manufacturing of optical fibers with elliptical cores.

この発明はこれらの点にかんがみてなされたものであり
、最低次モードであるHEl、モードの偏波方向を一定
に保つことができ、しかもコア形状を真円にすることが
可能な光ファイバを提案しようとするものである。
This invention was made in consideration of these points, and it is an optical fiber that can maintain the polarization direction of the lowest mode, HEl, and the mode constant, and can also have a perfectly circular core shape. This is what I am trying to propose.

第3図はこの発明による光ファイバの一実施例にむける
断面図であり、この実施例ではコアの周方向の屈折率分
布を変化させる。
FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of the optical fiber according to the present invention, and in this embodiment, the refractive index distribution in the circumferential direction of the core is changed.

このため、コア1中の斜線で示す角度範囲部分1aとそ
の他の部分1bとで屈折率を異ならせた。
For this reason, the refractive index was made different between the angle range portion 1a indicated by diagonal lines in the core 1 and the other portion 1b.

しかしこれら画部分1 a 、1 bで構成するコア1
の断面は真円である。
However, the core 1 composed of these image parts 1 a and 1 b
The cross section of is a perfect circle.

コア1の外周にはクラッド2が形成されている。A cladding 2 is formed around the outer periphery of the core 1 .

コア1の中心を原点とする座標軸3に対するコアの斜線
部1aの拡がり角度をθ。
θ is the angle at which the diagonal line portion 1a of the core extends with respect to the coordinate axis 3 whose origin is the center of the core 1.

とする。第3図に示した光ファイバの屈折率分布n(r
、θ)を次式で仮定する。
shall be. Refractive index distribution n(r
, θ) are assumed as follows.

rはコア中心からの距離、θは軸3からの角度である。r is the distance from the core center, and θ is the angle from the axis 3.

たxしθ。Tax θ.

〜π/2であり、aはコア10半径、△はコア1とクラ
ッド2との間の比屈折率差であり正の値をとる。
~π/2, a is the radius of the core 10, and Δ is the relative refractive index difference between the core 1 and the cladding 2, which takes a positive value.

このような円周方向(C非対称な屈折率分布をもつ光フ
ァイバの伝搬モードの伝搬定数は公知の波動理論による
解析結果から数値計算によって得ることができる。
The propagation constant of the propagation mode of an optical fiber having such an asymmetric refractive index distribution in the circumferential direction (C) can be obtained by numerical calculation from analysis results based on known wave theory.

第4図は一例としてθ。Figure 4 shows θ as an example.

=π/4、n、=1.46、g=1/2としたときのθ
=0釦よびπ/2に偏波方向を持つHE1□偶モードと
HEl、奇モードの伝搬定数差△βを示したもので、縦
軸は△βを真空中の波数にで割った規格化伝搬定数差、
横軸はV =k n 1a v’ 2 ysで定義さ
れる規格化周波数であり、△は図中に示す。
= π/4, n, = 1.46, θ when g = 1/2
= 0 button and shows the propagation constant difference △β between HE1□ even mode and HEl, odd mode with polarization direction in π/2, and the vertical axis is normalized by dividing △β by the wave number in vacuum. propagation constant difference,
The horizontal axis is the normalized frequency defined by V = k n 1a v' 2 ys, and △ is indicated in the figure.

第4図より、△を変化させVを選ぶことによって任意の
△βを得ることが可能であることがわかる。
From FIG. 4, it can be seen that by changing Δ and selecting V, it is possible to obtain any Δβ.

次に伝搬定数差△βとモード結合との関係について述べ
、△βを適当に設定することができれば、モード結合を
避けることができ、偏波方向を一定に保つことができる
ことを示す。
Next, we will discuss the relationship between the propagation constant difference Δβ and mode coupling, and show that if Δβ can be set appropriately, mode coupling can be avoided and the polarization direction can be kept constant.

公知のモード結合理論によれば、伝搬定数差が△βなる
2つのモードが結合するための必要条件はコア径等の長
手方向のゆらぎに△βA=2πを満たす周期Aをもつゆ
らぎ成分が存在することである。
According to the well-known mode coupling theory, the necessary condition for two modes with a propagation constant difference of △β to couple is the existence of a fluctuation component with a period A that satisfies △βA = 2π in longitudinal fluctuations such as the core diameter. It is to be.

第5図には光ファイバの上記ゆらぎの強度を表わすパワ
ースペクトラムP(△β)の−例を示す。
FIG. 5 shows an example of a power spectrum P(Δβ) representing the intensity of the above-mentioned fluctuation of the optical fiber.

縦軸はP(△β)、横軸は△βである。The vertical axis is P(Δβ), and the horizontal axis is Δβ.

したがって、このような形状のパワースペクトラムをも
つゆらぎが存在する場合には、当該モード間の伝搬定数
差△βを△β0より大きくすることによってモード結合
を防止することが可能となる。
Therefore, when fluctuations having such a power spectrum shape exist, mode coupling can be prevented by making the propagation constant difference Δβ between the modes larger than Δβ0.

このような理由から第3図に示した実施例では第4図を
参照してHEl、偶モードとHE11奇モード間の結合
を防止することができる可能性があり、その結果θ−〇
あるいはπ/2に偏波方向を整合して入射したHE11
モードは偏波方向が回転することなく伝搬する。
For this reason, in the embodiment shown in FIG. 3, it is possible to prevent coupling between the HE1 even mode and the HE11 odd mode, as shown in FIG. HE11 incident with the polarization direction matched to /2
The mode propagates without rotating its polarization direction.

通常の光ファイバのゆらぎのパワースペクトラムP(△
β)は必ずしも第5図に示したものと同一形ではないが
、一般に△β−0なる成分が最も強く△βが大きくなる
につれて徐々にその強度は減少し、ある△β0以上では
ほとんど成分をもたないような分布形である。
Normal optical fiber fluctuation power spectrum P(△
β) is not necessarily in the same form as shown in Figure 5, but in general, the component △β-0 is the strongest and its intensity gradually decreases as △β increases, and above a certain △β0, the component is almost absent. The distribution shape is such that it does not last long.

△βo/にの値としては10〜10 程度と推定され、
第4図の△β/にの計算値と比べて、△β〉△β。
The value of △βo/ is estimated to be about 10 to 10,
Compared to the calculated value of △β/ in Fig. 4, △β〉△β.

なる条件を十分満足させることが可能である。It is possible to fully satisfy the following conditions.

さらに第3図の実施例に示したような構造の光ファイバ
を作製する場合には、コア部分の側線部分1aとその他
の部1bとを構成する材料が異なるため、両者の熱膨張
係数の相違によってθ=0とπ/2の方向で複屈折が生
ずることが他の実験結果から明らかになっている。
Furthermore, when producing an optical fiber having the structure as shown in the example of FIG. It has become clear from other experimental results that birefringence occurs in the directions of θ=0 and π/2.

この複屈折は伝搬定数差△βをさらに増大させる効果を
もっているので、第3図に示した実施例に基づいて作製
された光ファイバでは第4図の計算値以上の△βを得る
ことができる。
Since this birefringence has the effect of further increasing the propagation constant difference Δβ, an optical fiber fabricated based on the example shown in FIG. 3 can obtain a Δβ greater than the calculated value in FIG. 4. .

従って△β。/kが10 よりも大きい光ファイバに
対しても、比屈折率差△を0.05程度に保ちつつ、つ
筐り比較的作り易い△としても△β〉△β。
Therefore △β. Even for an optical fiber with /k greater than 10, the relative refractive index difference Δ is kept at about 0.05, and the housing is relatively easy to manufacture, such as Δβ>Δβ.

とすることができ、即ち十分に所期の効果が得られる。In other words, the desired effect can be sufficiently obtained.

またこの実施例以外にもコアあるいはクラッド部分の屈
折率分布を円周方向に種々変化させることによっても同
様にもとめることができ、同様の効果を得ることができ
る。
In addition to this embodiment, the same effect can be obtained by varying the refractive index distribution of the core or cladding portion in the circumferential direction.

なお第3図に示したようにθ。−45° とし、かつ軸
3、軸4に対し、それぞれ対称形状とする時は有効であ
る。
Note that θ as shown in FIG. It is effective when the angle is −45° and the shape is symmetrical with respect to the axes 3 and 4.

以上説明したように、この発明による光ファイバではコ
ア形状が真円の状態で屈折率分布のみを制御することに
よって伝搬モードの偏波方向を一定に保つことができる
ので、かつその製作時の寸法制御も容易であり、従来か
らの光フアイバ作製法で作られたコアの部分1a、1b
の各屈折率の2本の光フアイバ母材を、例えば前記実施
例ではコア中心に対しそれぞれ等開角で4等分し、それ
らを2本づつ組合せることによって新たな母材を作製し
、これを線引きして光ファイバとすることができるとい
う利点をもつ。
As explained above, in the optical fiber according to the present invention, the polarization direction of the propagation mode can be kept constant by controlling only the refractive index distribution while the core shape is a perfect circle. It is easy to control, and the core parts 1a and 1b made by the conventional optical fiber manufacturing method.
For example, in the above embodiment, two optical fiber preforms having respective refractive indexes are divided into four equal opening angles with respect to the center of the core, and two of them are combined to create a new preform. It has the advantage that it can be drawn into an optical fiber.

この発明のファイバでは一定の偏波方向で入射されたモ
ードは偏波方向を保った状態で伝搬するので、偏波多重
伝送用光ファイバ、ファイバジャイロ用光ファイバ、光
集積回路用導波路として、その応用範囲は極めて多岐に
わたる。
In the fiber of this invention, a mode incident in a certain polarization direction propagates while maintaining the polarization direction, so it can be used as an optical fiber for polarization multiplex transmission, an optical fiber for fiber gyros, and a waveguide for optical integrated circuits. Its range of applications is extremely wide-ranging.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の光ファイバのコア及びクラッドの屈折率
分布を示す図、第2図は従来提案されている光ファイバ
のコアの断面形状を示す図、第3図はこの発明の実施例
に釦ける光ファイバの断面図、第4図は第3図の実施例
に3ける規格化周波数△β/にと規格化周波数Vとの関
係を示す図、第5図は光ファイバのゆらぎのパワースペ
クトラムと△βの関係を示す図である。 1:コア、2:クラッド、1a、1b:屈折率が互いに
異なるコア部分。
Fig. 1 is a diagram showing the refractive index distribution of the core and cladding of a conventional optical fiber, Fig. 2 is a diagram showing the cross-sectional shape of the core of a conventionally proposed optical fiber, and Fig. 3 is a diagram showing an embodiment of the present invention. 4 is a diagram showing the relationship between the normalized frequency Δβ/ and the normalized frequency V in the example of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing the power of fluctuation in the optical fiber. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between spectrum and Δβ. 1: core, 2: cladding, 1a, 1b: core portions with mutually different refractive indexes.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 軸心と直角な面上で光ファイバのコアとクラッドの
境界及びクラッドの外周が真円で形成され、且つ最低次
モードであるHE11モードのみ伝搬するようにされた
光ファイバにおいて、前記真円の中心を通って互に直交
する2軸に対して前記光ファイバの屈折率分布がそれぞ
れ線対称であり、且つ前記中心の廻りに前記2軸の一方
の軸位置を基準軸に設定し、この基準軸に重なるように
前記2軸の他方の軸を90°回転して得られる回転後の
前記他方の軸に対する屈折率分布が回転前の前記基準軸
に対する屈折率分布とは異なるように前記2軸が選択可
能に前記光ファイバの屈折率分布が設定され、前記HE
1.全1.の互に直交する偏波方向を有するHE11偶
モードとHE11奇モニド間の伝播定数に差を生じせし
めるように構成されていることを特徴とする光ファイバ
1. In an optical fiber in which the boundary between the core and cladding of the optical fiber and the outer periphery of the cladding are formed in a perfect circle on a plane perpendicular to the axis, and only the HE11 mode, which is the lowest mode, is propagated, the perfect circle The refractive index distribution of the optical fiber is line-symmetrical with respect to two axes that are orthogonal to each other passing through the center of the optical fiber, and one of the two axes is set as a reference axis around the center; The other of the two axes is rotated by 90° so as to overlap the reference axis so that the refractive index distribution with respect to the other axis after rotation is different from the refractive index distribution with respect to the reference axis before rotation. The refractive index distribution of the optical fiber is set such that the axis can be selected, and the HE
1. All 1. 1. An optical fiber characterized in that the optical fiber is configured to create a difference in propagation constant between HE11 even mode and HE11 odd monide, which have mutually orthogonal polarization directions.
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JPS5726810A JPS5726810A (en) 1982-02-13
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