JPS5956142A - Measuring method of refractive index distribution - Google Patents

Measuring method of refractive index distribution

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Publication number
JPS5956142A
JPS5956142A JP16735482A JP16735482A JPS5956142A JP S5956142 A JPS5956142 A JP S5956142A JP 16735482 A JP16735482 A JP 16735482A JP 16735482 A JP16735482 A JP 16735482A JP S5956142 A JPS5956142 A JP S5956142A
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JP
Japan
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lens
refractive index
light
mode
core
Prior art date
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Pending
Application number
JP16735482A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shojiro Kawakami
安田克彦
Kazuo Shiraishi
川上彰二郎
Katsuhiko Yasuda
白石和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication of JPS5956142A publication Critical patent/JPS5956142A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides

Abstract

PURPOSE:To measure the light intensity only in light guide mode by using a mask which has a sector-type transparent part and removing a leakage mode as much as possible. CONSTITUTION:A lens 1 with focal length f1, photomask 3 having a center angle 2theta and the sector-type transparent part, and lens 2 are arranged coaxially in front of an end surface of an optical fiber to be measured, and the lens 1 and photomask 3 are held at an interval f1. Light projected from the end surface of the fiber 4 is diverged in an elliptic cone shape to enter the lens 1, where it is converted into parallel light whose luminous-flux center line runs in the center 0m of the photomask 3. Only light passing through the transparent part reaches the lens 2. The parallel luminous flux between the lenses 1 and 2 is diffracted by the lens 2 to form an image at a front position f2. In this linear field pattern surface 5, the intensity of light is measured in parallel to the center line of the sector-type transparent part of the photomask 3 to find a refractive index distribution.

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、光ファイバ及びプリフォームの屈折率分布
測定法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring the refractive index profile of optical fibers and preforms.

げ)光ファイバの屈折率分布測定法 物質の屈折率の測定法は従来よシ数多く知られている。g) Optical fiber refractive index distribution measurement method There are many known methods for measuring the refractive index of substances.

これらの方法は、均質なバルクの屈折率測定法であった
These methods were homogeneous bulk refractive index measurements.

光通信の研究開発が進むにつれ、光を伝送するだめの光
ファイバの構造測定が必要になってきた。
As research and development in optical communications progresses, it has become necessary to measure the structure of the optical fibers that transmit light.

特に光ファイバの屈折率分布を測定したいという要求が
強くなってきた。
In particular, there has been a growing demand for measuring the refractive index distribution of optical fibers.

光ファイバは、コアとクラッドよりなるが、屈折率が狭
い範囲で変化し、一様ではない。従来がら月いられたバ
ルクの屈折率測定法をそのまま使用して、光ファイバの
屈折゛重分布を測定することはできない。
An optical fiber consists of a core and a cladding, but the refractive index varies within a narrow range and is not uniform. It is not possible to measure the refractive index distribution of an optical fiber by using the conventional bulk refractive index measurement method as is.

多モード光ファイバでも、コア中央トクラッドの比屈折
率差は0.2〜0.5%程度である。
Even in a multimode optical fiber, the relative refractive index difference between the core center and the cladding is about 0.2 to 0.5%.

例えば、干渉法による屈折率分布測定法が光ファイバに
適用できる。
For example, refractive index profile measurement using interferometry can be applied to optical fibers.

干渉計と顕微鏡とを組合わせ、円板状に切断された光フ
ァイバにコヒーレントな光全当て、干渉縞を得て、顕微
鏡で干渉縞を観察する。
Using a combination of an interferometer and a microscope, all coherent light is applied to an optical fiber cut into a disk shape to obtain interference fringes, which are then observed using a microscope.

干渉法は、既に技術が確立されており、多モード光ファ
イバの屈折率分布測定には、広く用いられている。
The interferometry technique has already been established and is widely used for measuring the refractive index distribution of multimode optical fibers.

干渉法の他に、散乱回折パターン法、反射法などがある
In addition to interferometry, there are scattering diffraction pattern methods, reflection methods, etc.

ニアフィールドパターン法は、簡単な屈折率分布の測定
方法である。
The near field pattern method is a simple method for measuring refractive index distribution.

(イ)ニアフィールドパターン法 ニアフィールドパターン法は、光ファイバをインコヒー
レントな光源で照射したときの出射端における光の強度
分布にアフィールドパターン)から、光ファイバの屈折
率分布を求めるものである。
(a) Near-field pattern method The near-field pattern method determines the refractive index distribution of an optical fiber from the intensity distribution of light at the output end (afield pattern) when the optical fiber is irradiated with an incoherent light source. .

この方法が適用できるためには、以下の条件の全てが満
足されていなければならない。
In order for this method to be applicable, all of the following conditions must be satisfied.

(i)PA折率分布は円対称である。(i) PA refractive index distribution is circularly symmetrical.

(ii)  コア径は波長の100倍以上大きく、非常
に多くのモードが伝搬できる。
(ii) The core diameter is more than 100 times larger than the wavelength, allowing a large number of modes to propagate.

■)コア内の屈折率変化は数%以下である。■) The refractive index change within the core is several percent or less.

(iv)  1波長程度離れた2点間の屈折率変化は無
視できるほど小さい。
(iv) The change in refractive index between two points separated by about one wavelength is negligibly small.

(v)全ての伝搬モードが均一に励振されている。(v) All propagation modes are uniformly excited.

以上の5つの条件を全て満足するというのは難しいが、
この条件が成立つとすれば、ファイバ断面上のニアフィ
ールド強度分布P (r)は局所的な開口数NAに比例
する。
Although it is difficult to satisfy all five conditions above,
If this condition holds, the near-field intensity distribution P (r) on the fiber cross section is proportional to the local numerical aperture NA.

ここで開口数NAは、中心からの距離をrとすると、 1/ NA(r)  =  Cn2(r)−n2  )  2
(1)で定義される。ここでn(r)は、点rでの屈折
率、へはクラッドの屈折率である。
Here, the numerical aperture NA is 1/NA(r) = Cn2(r)-n2) 2, where r is the distance from the center.
Defined in (1). Here, n(r) is the refractive index at point r, and n(r) is the refractive index of the cladding.

ファイバコアの屈折率は、ファイバ中心軸を2軸とした
円筒座標(r、θ、2)に関し、(i)〜(V)の条件
が成立する場合、rだけの函数となる。
The refractive index of the fiber core is a function of only r when the conditions (i) to (V) are satisfied regarding cylindrical coordinates (r, θ, 2) with the fiber center axis as two axes.

開口数NAは、光ファイバが受光できる最大入射角を0
0にするとき、sinθ。に等しい。従って、(功の条
件が成立つとき、出射端での光のパワーP(r)は開口
数の2乗に比例する、と考えられる。
Numerical aperture NA is the maximum angle of incidence that an optical fiber can receive.
When setting it to 0, sin θ. be equivalent to. Therefore, it can be considered that (when the condition of success is satisfied), the light power P(r) at the output end is proportional to the square of the numerical aperture.

すなわち と書くことができる。P(0)は中心での光のパワーで
ある。
In other words, it can be written as. P(0) is the optical power at the center.

屈折率n (r)をクラッドの屈折率n2からの差Δ攻
r)によジ置換えると、 n(r)   =    n2  +  Δn (r)
         、(8)として、パワーP (r)
は P  (0)           n’  (υノー
 n透出対端での光の強度分布にアフィールドパターン
) P (r) ffi測定すれば、局所的な屈折率分
布Δn(r)を知ることができる。
If we replace the refractive index n (r) by the difference Δr) from the refractive index n2 of the cladding, we get n(r) = n2 + Δn (r)
, (8), the power P (r)
is P (0) n' (υ no n The intensity distribution of light at the opposite end has an Afield pattern) P (r) ffi If you measure it, you can know the local refractive index distribution Δn(r) .

しかし、実際には、(i)〜(V)の条件が全て成立す
ることは難しい。伝搬モード以外に漏れ七〜ドが存在す
る。
However, in reality, it is difficult for all conditions (i) to (V) to hold true. In addition to the propagation mode, there are leakage modes.

もともと開口数NAは、コアの屈折率が一定値とし、コ
アの中心に入射する光が、コア、クラッドの境界面で全
反射して、コア内金伝搬できるための、入射角範囲を与
えるものである。コアの中心に入射する光束は、コア、
クラッド境界部で反射されても、同一平面上にあるから
、(1)式で定義されたものが、厳密に、伝搬光束の入
射角範囲を規定する、といえる。
Originally, the numerical aperture NA is the one that gives the range of incidence angles in which the refractive index of the core is set to a constant value, and the light that enters the center of the core is totally reflected at the interface between the core and cladding and can propagate within the core. It is. The light flux incident on the center of the core is
Even if reflected at the cladding boundary, since they are on the same plane, it can be said that what is defined by equation (1) strictly defines the incident angle range of the propagating light beam.

しかし、中心からrの点で、局所的な開口数NA(r)
を定義する場合、このような明確な意味はない。
However, at a point r from the center, the local numerical aperture NA(r)
There is no such clear meaning when defining.

中心から離れた点に入射する光線が、その点とファイバ
中心軸とを含む平面(子午面と仮に呼ぶ)上を通る場合
、開口数NAは、入射臨界角θ。全与える、といえる。
When a ray of light incident on a point far from the center passes on a plane (tentatively called a meridional plane) that includes that point and the fiber central axis, the numerical aperture NA is the critical angle of incidence θ. You can say that you give everything.

このような子午光線は僅かである。入射する光線が非子
午光線の場合、クラッドとコアの境界面で反射されて、
コアの中を螺旋状に伝搬する。
There are only a few such meridian rays. If the incident ray is a non-meridional ray, it will be reflected at the interface between the cladding and the core,
It propagates in a spiral inside the core.

第1図はこのような漏れモードを示すためのファイバ端
面の略図である。
FIG. 1 is a schematic illustration of a fiber end face to illustrate such leakage modes.

ファイバの軸方向に2軸を、ファイバの半径方向にX軸
をとシ、コアとクラッドの境界に座標の原点を置いてい
る。
The origin of the coordinates is set at the boundary between the core and the cladding, with two axes in the axial direction of the fiber and an X-axis in the radial direction of the fiber.

原点Oと斜線を施した部分を結ぶ円錐Vの頂角θ1は、
sinθ1が開口数NAに等しいとして定義される値で
ある。入射角が円錐V内にあって、Oに入射する光線は
、コア、クラッドの境界で全反射され、ファイバ内金伝
搬できる。
The apex angle θ1 of the cone V connecting the origin O and the shaded part is
This value is defined as sin θ1 being equal to the numerical aperture NA. A light beam whose incident angle is within the cone V and is incident on O is totally reflected at the boundary between the core and the cladding, and can propagate within the fiber.

円錐Vに含まれない光線の全てが、ファイバコア内を伝
搬できないわけではない。入射角が02の光線(θ2〉
θ、)であっても、コア内を伝搬するものがある。
Not all rays not included in cone V cannot propagate within the fiber core. A ray with an incident angle of 02 (θ2〉
θ, ), some of them propagate within the core.

非子午光線である場合、θ2〉θ、であっても、コア、
クラッドの境界面への入射角が全反射条件を満すものが
あるからである。
If it is a non-meridian ray, even if θ2〉θ, the core,
This is because there are cases where the angle of incidence on the boundary surface of the cladding satisfies the total internal reflection condition.

このような非子午光線は、境界面で反射されながら、螺
旋状にコアの中を進んでゆく。
These non-meridional rays travel spirally through the core while being reflected by the boundary surfaces.

これが漏れモードである。漏れモードがある場合、厳密
に(2)式が成立しない。従って(4)式のように、パ
ワーP (r)が、正確に屈折率差Δn (r)に比例
しない。
This is the leak mode. If there is a leakage mode, equation (2) does not strictly hold. Therefore, as shown in equation (4), the power P (r) is not exactly proportional to the refractive index difference Δn (r).

全導波モード全励振すると、必ず湘れモードも励振され
るから、漏れモードによる誤差を補正しなければならな
い。
When all waveguide modes are fully excited, the leakage mode is also excited, so errors caused by the leakage mode must be corrected.

P (r) 全この方法で測定し、補正係数を乗じ正し
ハΔn(r)’e求める、という提案がなされているが
、あまシ正確ではない。
A proposal has been made to measure all P (r) using this method and multiply it by a correction coefficient to find the correct value Δn(r)'e, but it is not very accurate.

ニアフィールドパターン法は、測定系が簡単ではあるが
、このような欠点があった。
Although the near-field pattern method has a simple measurement system, it has these drawbacks.

(つ)漏れモード ファイバコアの中での電場Eの教動け、ヘルムホルツの
方程式 %式%(5) 全満足する。コアの軸線方向を2軸とし、中心からの距
離rと回転角θ及び2の値で座標を規定するとする。
(1) Explain the electric field E in the leaky mode fiber core, Helmholtz's equation % Formula % (5) Fully satisfied. It is assumed that the axial direction of the core is two axes, and the coordinates are defined by the distance r from the center, the rotation angle θ, and the values of 2.

2方向に伝搬する位相定数をβとし、回転角方向へのノ
ードの数をυとすると、電場EはE = ・i(β′1
″″′)U (r)     (6)と書ける。(5)
、(6)よシ (′l) となる。n (r)がもしも定数であれば(7)の解は
ベッセル函数となる。しかし、n (r)はrに依存す
るので、(7)の解はベッセル函数ではない。
If the phase constant propagating in two directions is β, and the number of nodes in the rotation angle direction is υ, then the electric field E is E = ・i(β'1
It can be written as ″″′)U (r) (6). (5)
, (6) Yoshi('l). If n (r) is a constant, the solution to (7) becomes a Bessel function. However, since n (r) depends on r, the solution to (7) is not a Bessel function.

(7)式のカッコの中の値は、解の性質全概括的に規定
するといえる。n (r)が未知でるるが、カッコの中
が正である時、はぼ振動群に、負であるとき減表解に近
い。
It can be said that the value in parentheses in equation (7) generally defines the properties of the solution. When n (r) is unknown, when it is positive in the parentheses, it is close to the oscillation group, and when it is negative, it is close to the reduced representation solution.

導波モード、漏れモード、放射モードの三種類のモード
がファイバ内に生じうる。
Three types of modes can occur in a fiber: guided modes, leaky modes, and radiation modes.

導波モードはクラッドの中へ入らない、という条件、つ
まシフラッド中で減衰するという条件から、位相定数β
1は β?   >   kgnj         (8)
という条件を満す。
From the condition that the guided mode does not enter the cladding, and that it is attenuated in the cladding, the phase constant β
Is 1 β? >kgnj (8)
satisfies the condition.

漏れモードは、クラッド中音伝搬できるような位相定数
β2をもつが、これは周方向の波数成分(冥)がないと
した場合である。すなわち、 /32′〈ko′n2′(Ω) である。漏れモードがコア中を伝搬し、クラッドに入ら
ないのは周方向の波数成分(0/r)を持つからである
。したがって、 υ2 β22 +     )  k02n2”     (
1o)2 という不等式が成立する。結局、蛭れモードの位相定数
β2は、 υ2 ko’ n2”     <β2” < ko’ n2
”  (11)2 という不等式を満足しなければならない。
The leakage mode has a phase constant β2 that allows sound to propagate through the cladding, but this is the case when there is no wave number component in the circumferential direction. That is, /32'〈ko'n2' (Ω). The reason why the leakage mode propagates in the core and does not enter the cladding is because it has a wave number component (0/r) in the circumferential direction. Therefore, υ2 β22 + ) k02n2” (
The inequality 1o)2 holds true. In the end, the phase constant β2 of the leech mode is υ2 ko'n2"<β2"<ko' n2
” (11)2 must be satisfied.

koは真空中での光の波数、aはコアの半径、n2値の
変化を示すグラフである。横軸は、コア中心よシの距離
rで、β1、β2、β3は、導波モード、漏れモード、
放射モードの位相定数である。以下a6れモードのみを
考案するので、β2をβと#5記する。
ko is the wave number of light in vacuum, a is the radius of the core, and is a graph showing changes in the n2 value. The horizontal axis is the distance r from the core center, and β1, β2, and β3 are the waveguide mode, leakage mode,
is the phase constant of the radiation mode. Since only the a6 mode will be considered below, β2 will be written as β and #5.

第3図はファイバコアの端面に於ける出射光線の波数ベ
クトルを示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the wave number vector of the emitted light beam at the end face of the fiber core.

コアの中心を原点Oとし、ファイバの軸線方向にzII
LIIIヲ取る。ファイバコア端面上にXSy軸を対応
させる。
The center of the core is the origin O, and zII is in the axial direction of the fiber.
Take LIII. The XSy axis corresponds to the end face of the fiber core.

X軸上の点Aよシ出射する光について考える。Consider light emitted from point A on the X-axis.

出射光の波数ベクトルをABで表わす。長さはkoであ
る。
The wave number vector of the emitted light is represented by AB. The length is ko.

B点よシ、xz平而面X7平而に下した垂線の足をC,
Fとする。
Point B, xz plane
Let it be F.

B点より、y軸に下した垂線の足をHとする。Let H be the foot of the perpendicular line drawn from point B to the y-axis.

点Aを通シ2軸に平行な直線と、B点を通りxy平面に
平行な面との交点をDとする。三点B、C1D2含む長
方形IBEDCで表わし、三点A、H1Fを含む長方形
をAHFGで表わす。
Let D be the intersection of a straight line that passes through point A and is parallel to the two axes and a plane that passes through point B and is parallel to the xy plane. A rectangle including the three points B and C1D2 is represented by IBEDC, and a rectangle including the three points A and H1F is represented by AHFG.

出射光が法線ADとなす角を0とする。出射光ABが、
y軸に平行な直線AGとなす角をaとする。線分DBが
、直線DF:となす角をφとする。
The angle that the emitted light makes with the normal line AD is set to 0. The output light AB is
Let the angle between it and the straight line AG parallel to the y-axis be a. Let φ be the angle that the line segment DB makes with the straight line DF:.

出射光のy軸方向への正射影AGの長さはI′/rであ
る。これは、円周方向の波数ベクトル成分だからである
The length of the orthogonal projection AG of the emitted light in the y-axis direction is I'/r. This is because it is a wave number vector component in the circumferential direction.

△ABGに関して という式が成立つ。真空中での出射角をθ、コア中での
屈折角をθ、A点でのコアの屈折率k n (r)とす
ると、 sinθ ==  n (r) sinθ      
(β3)という式がなりたつ。
The following formula holds true regarding ΔABG. If the emission angle in vacuum is θ, the refraction angle in the core is θ, and the refractive index of the core at point A k n (r), sin θ == n (r) sin θ
The formula (β3) holds true.

△EDBの内、EDはk。cosa、DBはk。sin
θであるから、 でるる。
In △EDB, ED is k. cosa, DB is k. sin
Since θ, it comes out.

A点で出射する光の位相定数βは、コア内での波数の2
成分の値として定義されるから、β =  k、H(r
)cosa      (15)で与えられる。
The phase constant β of the light emitted at point A is 2 of the wave number within the core.
Since it is defined as the value of the component, β = k, H(r
) cosa (15).

これらの値を前記不等式(11)に代入すると、となる
Substituting these values into the inequality (11) gives the following equation.

ここから、υ、θを消去すると、 2 n22−−Co52φ51n2θ(β2(r) −5i
n2θ(β2”  (17)2 という不等式を得る。
From here, by eliminating υ and θ, we get 2 n22−-Co52φ51n2θ(β2(r) −5i
We obtain the inequality n2θ(β2'' (17)2).

出射角θの最大値をθmaxとすると、となる。これは
、不等式(17)の前の不等号の両辺から求められる。
If the maximum value of the output angle θ is θmax, then the following equation is obtained. This is obtained from both sides of the inequality sign before inequality (17).

後の不等号からは、出射角の最小値θurn k求める
ことができる。
From the latter inequality sign, the minimum value θurnk of the exit angle can be determined.

漏れモードの最小出射角θ制は、 8、。f)sin =  (β2(r) −n223”
(19) で与えられる。漏れモードは、導波モードのすぐ外側に
出射される、という条件を示す。
The minimum exit angle θ control of the leakage mode is 8. f) sin = (β2(r) −n223”
(19) is given by. The leaky mode indicates the condition that it is emitted just outside the guided mode.

漏れモードの最大出射角θmaxは、角φに依存する。The maximum exit angle θmax of the leakage mode depends on the angle φ.

  この例で、φ=−4の時、θmax ”θmin 
(!:なる。つまり±πZの方向へ漏れモードは出ない
ということである。
In this example, when φ=-4, θmax ”θmin
(!: Yes. In other words, there is no leakage mode in the ±πZ direction.

φ=0、πの時、θmaxは最大値をとる。っまシ、こ
の方向への漏れモードの出射が最も大きいということで
ある。
When φ=0 and π, θmax takes the maximum value. This means that the leakage mode emitted in this direction is the largest.

角φは、出射ベクトルの角度方向成分の大きさに対応す
る。出射ベクトルABのコア端面(xy平面)への正射
影の角度方向成分が匹φで表わされるからである。
The angle φ corresponds to the magnitude of the angular component of the exit vector. This is because the angular direction component of the orthogonal projection of the output vector AB onto the core end surface (xy plane) is expressed by the angle φ.

つ甘り、漏れモードは、半径方向如は殆んど出ないが、
角度方向に多く出射される、という事である。
The leakage mode rarely occurs in the radial direction, but
This means that more light is emitted in the angular direction.

第4図は、コア端面上から出た光の漏れモードの出射方
向を示す略図である。X軸上の点A1と、y軸上の点A
2よシ出射する漏れモードを、打点領域で示す。打点領
域は、角度方向(円周方向)へ長軸を、半径方向へ短軸
でもつ楕円である。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the emission direction of the leakage mode of light emitted from the core end face. Point A1 on the x-axis and point A on the y-axis
The leakage mode emitted from 2 is indicated by the dot area. The dot area is an ellipse with a major axis in the angular direction (circumferential direction) and a minor axis in the radial direction.

打点領域で囲まれた円領域は導波モードの出射角に対応
している。
The circular area surrounded by the dot area corresponds to the emission angle of the waveguide mode.

このように、原点0以外から出射される光には、必ず漏
れモードが含まれる。
In this way, light emitted from a point other than the origin 0 always includes a leakage mode.

漏れモードは、導波モードの外側に出射されるが、一様
に出るわけではなく、半径方向には少い。
The leaky mode is emitted to the outside of the guided mode, but it is not emitted uniformly, and there are few in the radial direction.

角度方向に多い。Mostly in the angular direction.

このような漏れモードの異方性を利用すれば、ニアフィ
ールドパターン法によっても、よシ精度の高い、ファイ
バコア等の屈折率分布の測定ができるはずである。
If such leakage mode anisotropy is utilized, it should be possible to measure the refractive index distribution of a fiber core, etc., with high accuracy even by the near-field pattern method.

(勾本発明の屈折率分布測定法 本発明は、適当な形状のマスクを用いて、漏れモード全
可能な限シ除き、導波モードのみの光強度だけを測定す
るようにする。
(Refractive index distribution measurement method according to the present invention) In the present invention, a mask of an appropriate shape is used to eliminate all leaky modes to the extent possible and measure only the light intensity of the guided mode.

第5図は本発明の屈折率分布測定法に用いられる測定系
の斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view of a measurement system used in the refractive index distribution measurement method of the present invention.

測定系は、第ルンズ1、第2レンヌ゛2、両者の間に介
装された光マスク3を、コアイノ(4の端面と、ニアフ
ィールドパターン而5の間に設けたものである。
The measurement system includes a first lens 1, a second lens 2, an optical mask 3 interposed between them, and an end face of a core ino (4) and a near field pattern (5).

ニアフィールドパターンti5KX、、Y*41とり、
y軸にそって、出射光の強ff’に測定する。検出g?
rは顕微鏡やビジコン等よりなり、従来のニアフィール
ドパターン法で使用されているものを、そのまま用いる
ことができる。
Near field pattern ti5KX, Y*41,
The intensity of the emitted light is measured along the y-axis. Detection g?
r consists of a microscope, a vidicon, etc., and the one used in the conventional near-field patterning method can be used as is.

7フイバ4、第1、第2レンズ1.2、光マスク3、の
中心は同一直線上にあり、これkz軸とする0 ファイバ4の端面にy軸、y軸をとる。
7 The centers of the fiber 4, the first and second lenses 1.2, and the optical mask 3 are on the same straight line, and this is taken as the kz axis.

第ルンズ1、第2レンズ2の焦点距離kf+、f2とす
る。
It is assumed that the focal lengths of the first lens 1 and the second lens 2 are kf+ and f2.

ファイバ端面と第2レンズ1 第ルンズ1と光マスク3
の間隔はflとする。光マスク3とレンズ2との間隔は
f2とする。
Fiber end face and second lens 1 First lens 1 and optical mask 3
The interval between is fl. The distance between the optical mask 3 and the lens 2 is f2.

ファイバ4の端面の任意の点から出射された光は、楕円
錐状に拡がシ、レンズ1に入射する。レンズ1でこの光
は平行光に変換される。
Light emitted from an arbitrary point on the end face of the fiber 4 expands into an elliptical cone shape and enters the lens 1. This light is converted into parallel light by the lens 1.

光マスク3と第ルンズ1の間隔は、fIであるから、平
行光束の中心線は必ず光マスク3の中心Omを通る。
Since the distance between the optical mask 3 and the first lens 1 is fI, the center line of the parallel light beam always passes through the center Om of the optical mask 3.

平行光束の中心線は、ファイバ端面から、法線にそって
出射された(y軸に平行な)光線に対応しているからで
ある。
This is because the center line of the parallel light beam corresponds to the light ray emitted from the fiber end face along the normal line (parallel to the y-axis).

第ルンズ1と光マスク3の間の平行光束のxy断面は楕
円形状であシ、この中心が、マスクの中心Omを通るの
であるから、平行光束は、マスク3の中心Omに対し、
常に対称となるよう、マスク上へ投影されることになる
The xy section of the parallel light beam between the first lens 1 and the optical mask 3 has an elliptical shape, and its center passes through the center Om of the mask.
It will be projected onto the mask so that it is always symmetrical.

この性質は、ファイバ端面上の任意の点から出射した全
ての楕円錐状光束について共通である。
This property is common to all elliptical cone-shaped light beams emitted from any point on the fiber end face.

光マスク3は、円板から±X軸にそって、中心角が2θ
の扇形を切取った形状のものとなっている。±y軸にそ
って、(π−2θ)を中心角とする扇形を、y軸に関し
対称に配置したものという事も、できる。
The optical mask 3 is arranged along the ±X axis from the disk, with a central angle of 2θ.
It is shaped like a fan-shaped cutout. It can also be said that fan shapes having a central angle of (π-2θ) are arranged symmetrically with respect to the y-axis along the ±y-axis.

透明5部がX@を中心とする中心角2θの扇形であるこ
とが重要なのである。図に於て、光を遮断する部分は斜
線を施した。
It is important that the transparent portion 5 has a fan shape with a central angle of 2θ centered on X@. In the figure, parts that block light are shaded.

レンズ2には、光マスク3の透明部を通った光のみが到
達する。図に於て、レンズ2の土に描いた楕円のうち、
白色部が透明部を通った光に対応する。斜線部は元マス
ク3によって遮られた部分を示す。
Only the light that has passed through the transparent part of the optical mask 3 reaches the lens 2. In the figure, out of the ellipse drawn on the soil of lens 2,
The white part corresponds to light passing through the transparent part. The shaded area indicates the portion blocked by the original mask 3.

光マスク3と、レンズ2の間隔は、レンズ2の焦点距離
f2に等しいので、光マスクの中心Omを通った光線は
、レンズ2を透過する時、六f(折して、y軸に平行な
光となる。
The distance between the optical mask 3 and the lens 2 is equal to the focal length f2 of the lens 2, so when the light ray that passes through the center Om of the optical mask passes through the lens 2, it is 6f (folded and parallel to the y-axis). It becomes a light.

第ルンズ1、第2レンズ2の間に存任する平行光束は、
レンズ2によって屈折され、レンズ2の前方f2の位置
に結像する。ここにニアフィールドパターン而5を設定
する。
The parallel light beam existing between the first lens 1 and the second lens 2 is
It is refracted by the lens 2, and an image is formed at a position f2 in front of the lens 2. Near field pattern 5 is set here.

ファイバ4の端面の中心A、x軸上の点B1y軸上の点
Cからの出射光について、伝搬の態様を図示しだ。
The figure shows the mode of propagation of light emitted from the center A of the end face of the fiber 4, a point B on the x-axis, and a point C on the y-axis.

中心Aから出射した光は、第ルンズ1上の円領域に拡大
し、光マヌク3を通シ、レンズ2から、ニアフィールド
パターン面5の中心Aに収束する。
The light emitted from the center A expands into a circular area on the first lens 1, passes through the optical manure 3, and converges from the lens 2 onto the center A of the near-field pattern surface 5.

この光はy軸に沿って進む。漏れモードは発生しない。This light travels along the y-axis. No leakage mode occurs.

レンズでの減衰を無視するとすれば、A点を出た光量の
内、光マヌクを通過した割合(led、)だけがA点に
到達する。
If attenuation by the lens is ignored, only the proportion (LED,) of the amount of light that leaves point A that passes through the optical manufacturer reaches point A.

y軸の点Bから出射した光は、楕円錐状に拡大し、第ル
ンズ1上に於て、楕円領域B1に入射する。B1に於て
、白地は導波モード、黒く塗りつぶした部分は漏れモー
ドに対応する。第ルンズ1で平行光束となり、光マスク
の中心Omを通って、第2レンズ2のX軸上の反対側の
楕円領域B2に至る。B2に於て狭い白地で表した扇形
部分のみが光の存在する部分である。B2を出た光は、
ニアフィールドパターン面B′点に結像スる。
The light emitted from the point B on the y-axis expands into an elliptical cone shape and enters the elliptical area B1 on the first lens 1. In B1, the white background corresponds to the guided mode, and the blacked out area corresponds to the leakage mode. It becomes a parallel light beam at the second lens 1, passes through the center Om of the optical mask, and reaches the elliptical region B2 on the opposite side on the X-axis of the second lens 2. In B2, only the fan-shaped area represented by a narrow white background is the area where light exists. The light leaving B2 is
An image is formed at point B' on the near field pattern surface.

レンズ1.2の上での楕円領域BI B2を比較して、
湘れモードは殆ど全て光マスクによって遮断されている
ことが分る。光マスクは±X軸に扇形の透明部があるの
で、ファイバ端面のX軸上から出射された光の漏れモー
ドを効早良く除去できる。
Comparing the elliptical area BI B2 on lens 1.2,
It can be seen that almost all of the lingering mode is blocked by the optical mask. Since the optical mask has fan-shaped transparent parts on the ±X axis, it is possible to effectively remove the leakage mode of light emitted from the fiber end face on the X axis.

y軸上から出射した光に対しては逆のことが言えるO y軸上の0点から出た光は、第1レンス1、第2レンズ
2の北に楕円領域C1、C2を作シだす。
The opposite is true for light emitted from the y-axis. Light emitted from the 0 point on the y-axis creates elliptical areas C1 and C2 north of the first lens 1 and second lens 2. .

漏れモードはxm方向に多く生じている。マヌクの透明
部はy軸に沿っているから、漏れモードの殆ど全てを遮
断することができない。
Most leakage modes occur in the xm direction. Since the transparent part of Manuk is along the y-axis, it cannot block almost all leakage modes.

ニアフィールドパターン面5に於て、検出点かy軸にあ
る時、漏れモードの割合が最も少い。検出点がy軸にあ
る時、漏れモードの含まれる割合が最も多い。
On the near-field pattern surface 5, when the detection point is on the y-axis, the proportion of leakage mode is the lowest. When the detection point is on the y-axis, the percentage of leakage modes included is highest.

そこで、y軸に沿って、光強度を検出することとする。Therefore, the light intensity will be detected along the y-axis.

ファイバコアの屈折率分布について、m1転対称性n 
(r)を仮定しているニアフィールドパターン法である
から、検出位MkX軸に沿うものとしても一般性を失わ
ない。
Regarding the refractive index distribution of the fiber core, m1 rotation symmetry n
Since this is a near-field pattern method that assumes (r), generality is not lost even if the detection position is along the MkX axis.

y軸に沿って測定した光強度分布P (r)から、屈折
率差Δn(r)を容易に求めることができる。
The refractive index difference Δn(r) can be easily determined from the light intensity distribution P (r) measured along the y-axis.

(2)光マヌクの形状 光マスク3は、第ルンズ1と第2レンズ2の間の平行光
束の内、導波モードを通し、漏れモードを遮断するもの
でなければならない。
(2) Shape of the optical mask The optical mask 3 must pass the guided mode and block the leakage mode of the parallel light beam between the first lens 1 and the second lens 2.

腸液モードは円形領域にあシ、漏れモードはその外側の
(楕円と円で囲まれる)三日月形領域にある。
The intestinal fluid mode is located in the circular area, and the leakage mode is located in the crescent-shaped area (surrounded by an oval and a circle) outside of the reed.

導波モードを通すには、光マヌクの透明部が、単純な円
形であるのが最も良いように見える。
It seems best for the transparent part of the optical manuk to be a simple circle in order to pass the waveguide mode.

しかし、単に導波モードを通すのではなく、導波モード
の光強度の内、一定割合を通すようにしなくてはならな
い。
However, rather than simply passing the guided mode, it is necessary to pass a certain percentage of the light intensity of the guided mode.

屈折率分布n (r)にも依存するが、局所的な開口@
 N A (r)は、rによって変化する。開口数は、
レンズ1での光照射領域Ai、B1、C1の面積を規定
する。光照射領域は一般に楕円形状であるが、出射点に
よって、その面積、長軸、短軸が著しく異なる。導波モ
ードの含まれる部分は必ず円形領域であるが、出射点(
r)によって、面積が異なる。
Although it also depends on the refractive index distribution n (r), the local aperture @
N A (r) varies depending on r. The numerical aperture is
The areas of the light irradiation areas Ai, B1, and C1 on the lens 1 are defined. The light irradiation area is generally elliptical in shape, but its area, major axis, and minor axis vary significantly depending on the emission point. The part containing the waveguide mode is always a circular region, but the emission point (
The area differs depending on r).

導波モードの光強度は、この円の面積に比例する。The light intensity of the guided mode is proportional to the area of this circle.

円の半径がどのように変化しても、この一定割合だけを
通すようにする光マヌクは、次のような限定がなされな
ければならない。
No matter how the radius of the circle changes, a light manuk that allows only a certain percentage to pass through must have the following limitations.

マヌクの中心からの距離frとし、円周方向の座標をθ
とする。(r、θ)における特性函数X(r、θ)は、
非透明の時0、透明の時に1であると定義する。
The distance from the center of Manuku is fr, and the coordinate in the circumferential direction is θ
shall be. The characteristic function X(r, θ) at (r, θ) is
It is defined as 0 when non-transparent and 1 when transparent.

任意の面積の円からの平行光の内、一定割合mだけを通
すためには、 0 が成立しなければならない。
In order to pass only a certain proportion m of the parallel light from a circle of arbitrary area, 0 must hold.

Rで部分すると、 Rf X(r、θ)dθ= 2 yr Rm     
   @)0 々なる。左辺は、一定半径Hにそって、透明部を積分し
た値である。この式の意味は、マスクの透明部の面積は
、中心からの距離Hに比例する、という事である。
When divided by R, Rf X (r, θ) dθ= 2 yr Rm
@) 0. The left side is a value obtained by integrating the transparent portion along a constant radius H. The meaning of this equation is that the area of the transparent portion of the mask is proportional to the distance H from the center.

従って、先に述べた単純な円形透明部を有するマスクで
は不適当である。
Therefore, the above-mentioned mask having a simple circular transparent portion is inappropriate.

さらに、観測点をX上に沿うものとし、漏れモードを最
少にする、という条件を課す。すると光マスクの透明部
は±X軸に中心線を有する扇形であるのが最も望ましい
、という事になる。
Furthermore, the observation point is placed along the X plane, and a condition is imposed that the leakage mode is minimized. This means that it is most desirable for the transparent part of the optical mask to be fan-shaped with its center line on the ±X axis.

(至))光学系の間隔 第5図に於て、ファイバ端面、第2レンズ2、光マスク
3、レンズ2、ニアフィールドパタ一ン5の間隔はfl
、F7、F2、F2となっている。
(to) Spacing of optical system In FIG. 5, the spacing between the fiber end face, second lens 2, optical mask 3, lens 2, and near field pattern 5 is fl.
, F7, F2, F2.

ファイバ端面から出射された光は、その点よシ立てた法
線のまわシに円錐状に拡がる。第ルンズ、第2レンズ2
の間で、平行光束であることは必ずしも要求されない。
The light emitted from the end face of the fiber spreads in a conical shape around the normal line to that point. 2nd lens, 2nd lens 2
It is not necessarily required that the light beam be parallel between the two.

しかし、光束の中心は、マスク3の中心Omm連通なけ
ればならない。
However, the center of the light beam must communicate with the center Omm of the mask 3.

ニアフィールドパターン面5での観測点について考察ス
る。ニアフィールドパターン面(xy面)に、光束が2
軸に平行な光束として入射するためには、光マスク3と
レンズ2との距離がF2でなければならない。
The observation point on the near field pattern surface 5 will now be considered. The light flux is 2 on the near field pattern plane (xy plane).
In order for the light to enter as a beam parallel to the axis, the distance between the optical mask 3 and the lens 2 must be F2.

しかし、検出器の方向を換えることができる場合、ニア
フィールドパターン面5へ、光束が直角に入射しなけれ
ばならない、という条件を外すことができる。
However, if the direction of the detector can be changed, the condition that the light beam must be incident at right angles to the near-field pattern surface 5 can be removed.

結局、ファイバ端面、第ルンズ、光マスク、第2レンズ
、ニアフィールドパターン面のf+51(M kFl、
F2、F3、F4とすると、F2=f2だけは常に要求
される。しかし、その他について、Fi=fi(i=1
.3.4)は必ずしも要求されない。
In the end, f+51 (M kFl,
Assuming F2, F3, and F4, only F2=f2 is always required. However, for the others, Fi=fi(i=1
.. 3.4) is not necessarily required.

ファイバ端面の像が、ニアフィールドパターン面5に結
像すれば良いのである 一般に、 (f+”十F3fl  F3F+)(F2  F4)=
 F2F4(Fl  ’4)  (恩)であれば良い。
It is sufficient that the image of the fiber end face is formed on the near field pattern surface 5. Generally, (f+”10F3fl F3F+)(F2 F4)=
F2F4 (Fl '4) (Thank you) is fine.

(キ)4波モードと漏れモードの比の導出本発明は、扇
形の光マスクを用いて、湘れモードラ極力、除去しよう
とするところに特徴がある。
(g) Derivation of the ratio of the four-wave mode and the leakage mode The present invention is characterized in that it attempts to remove the leakage mode as much as possible by using a fan-shaped optical mask.

それでは、扇形マスクで、どれほど漏れモードが除去で
きるのか?を評価してみる。
So, how much leakage mode can be removed with a fan-shaped mask? Let's evaluate.

第6図はファイバ端面での出射光が、前方のxy平面上
に、どのように拡大して投影されるかを評価するための
略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for evaluating how the light emitted from the fiber end face is enlarged and projected onto the xy plane in front.

ファイバコア端面の中心からrの点よシ出射される楕円
錐光束について考える。
Consider an elliptical cone beam emitted from the center of the fiber core end face to a point r.

xy平而面投影された楕円の長軸をq、短軸ヲpとする
。短軸方向の最大出射角lx、長軸方向の最大出射角2
Yとする。ファイバ端面と、xy平面世八 へin X              @)出射角の
最大値θmaxを与える(侶)式よシ、8、。” = 
(n2(r)  、22 、 ’/2(5) となる。
Let the major axis of the ellipse projected onto the xy plane be q, and the minor axis wop. Maximum output angle lx in short axis direction, maximum output angle 2 in long axis direction
Let it be Y. 8, which gives the fiber end face and the maximum value θmax of the output angle in the xy plane. ” =
(n2(r), 22, '/2(5).

第7図は、短mp、長軸qの楕円に対し、x !11+
と角θをなし原点を通る直線を引いたものを示す。
Fig. 7 shows that for an ellipse with short mp and long axis q, x! 11+
This shows a straight line that makes an angle θ with and passes through the origin.

直線と円で囲まれる部分S1は導波モードの光強度に対
応する。直線と楕円で囲まれる部分S2は、全モードの
光強度に対応する。直線mは、マスクの扇形透明部の半
径方向に対応している。
A portion S1 surrounded by a straight line and a circle corresponds to the light intensity of the guided mode. A portion S2 surrounded by a straight line and an ellipse corresponds to the light intensity of all modes. The straight line m corresponds to the radial direction of the sector-shaped transparent part of the mask.

S+ =−p20(27) である。S+ = -p20 (27) It is.

直線mの式は z  =  ycotθ      (28)で、楕円
の式は である。両者の交点のy座標ヲy。と書く。
The equation of the straight line m is z = ycotθ (28), and the equation of the ellipse is. The y-coordinate of the intersection of both is y. Write.

である。これは積分できて、 を得る。ただし である。It is. This can be integrated, get. however It is.

全光強度の内、翻れモードによる光強度の割合52(3
8) これを書きかえると η となる。ただし、η、ξは し)而れモードの評価 漏れモードを評価するには、ノDイ折率分布n (r)
 (z知らなければならない。n (r)が測定の対象
なのであるが、ここでは、評価が問題であるので、光フ
ァイバの屈折率分布として、ふつうに用いられているα
乗型分布を仮定することにした。
Of the total light intensity, the proportion of light intensity due to the deflection mode is 52 (3
8) Rewriting this becomes η. However, in order to evaluate the mode where η, ξ are omitted, the refractive index distribution n (r)
(z must be known. n (r) is the object of measurement, but since evaluation is the issue here, α, which is commonly used as the refractive index distribution of an optical fiber,
We decided to assume a power-law distribution.

すなわちn (r)は r (aのとき、(コア内で) r  a l/ n (r) = n□〔1−2Δ(−)〕2(37)r
 > aのとき(クラッド) と仮定する。
That is, n (r) is r (when a, (inside the core) r a l/ n (r) = n□ [1-2Δ(-)] 2 (37) r
> a (cladding).

(23)〜(26)と(37)、(38)及び(35)
式より、cotξを求める事ができる。
(23) to (26) and (37), (38) and (35)
From the formula, cotξ can be found.

である。Δは、コアとクラッドの屈折率の差にほぼ等し
いが、これは1%程度で小さい。nlは1〜2の量であ
る。
It is. Δ is approximately equal to the difference in refractive index between the core and the cladding, but this is small at about 1%. nl is an amount of 1-2.

結局、近似的にξは、 である。After all, approximately ξ is It is.

マスクの中心角θが小さい時が重要なのである。It is important when the central angle θ of the mask is small.

Oが小さいとすると、(36)式よシ、ηは微少量であ
る。(36)式よシηを近似できる。
Assuming that O is small, according to equation (36), η is a very small amount. Equation (36) allows approximation of η.

よく知られた近似式 %式%(41) (42) を用いる。(36) 、(41)、(42)よシθ2 r) ”=  ecoLξ(1+(1−cot2ξ) 
)      (43)と書くことができる。
The well-known approximate formula % formula % (41) (42) is used. (36), (41), (42)
) (43) can be written.

これk (34,)式に代入して、縮れモードの含1れ
る割合Rを求めることができる。
By substituting this into the equation k (34,), the ratio R including the curl mode can be determined.

θ2 R菅−(1−cot2ξ)         (dll
)という簡単な表式を得る。これはOが小さいという条
件だけを使っており、n (r)の分イ)】にはよらな
い。θが小さい時、漏れモードば0の2乗でl曽hli
することが分る さらK、屈折率分布の式(37) 、(88) k仮定
し、ξに関する(40)式を使うと、 湘れモードの割合は という極めて単純な近似式で表わされる。
θ2 R kan-(1-cot2ξ) (dll
) to obtain a simple expression. This only uses the condition that O is small, and does not depend on n (r). When θ is small, the leakage mode is 0 squared.
Assuming that K, the refractive index distribution equations (37) and (88) k, and using equation (40) regarding ξ, the ratio of the drowning mode can be expressed by an extremely simple approximation equation.

この近似では、実は屈折率分布n (r)が全く入って
いない。屈折率分布n (r)がいかなるものであって
も、θが小さければ成立する近似式である。
This approximation actually does not include the refractive index distribution n(r) at all. This is an approximate expression that holds true as long as θ is small, no matter what the refractive index distribution n (r) is.

廂れモードの割合Rは、θが小さい時、θの2乗に比例
し、かつコア中心からの距離rの2乗に比例する。特に
、Rがr2に比例する、という性質が、n (r)の分
布によらないととに注意すべきである。
When θ is small, the ratio R of the deflection mode is proportional to the square of θ and proportional to the square of the distance r from the core center. In particular, it should be noted that the property that R is proportional to r2 does not depend on the distribution of n (r).

たとえば、O=2°、6°、10’とすると、コア、ク
ラッド境界(r=a )で、漏れモードRば0.04%
、0.36%、1%と評価できる。
For example, when O=2°, 6°, 10', the leakage mode R is 0.04% at the core and cladding boundaries (r=a).
, 0.36%, and 1%.

第8図、第9図はr//13−を横軸に、漏れモードR
(至)を縦軸にとって、rにより、Rかどのように変化
するか全示すグラフである。no=1.46.621%
とした。扇形の中心角の半分Oは2°、6°、10’と
した。第8図でα=2.0、第9図でα=(イ)である
In Figures 8 and 9, the horizontal axis is r//13-, and the leakage mode R
This is a graph that shows how R changes depending on r, with (to) as the vertical axis. no=1.46.621%
And so. The half O of the central angle of the fan shape was set to 2°, 6°, and 10'. In FIG. 8, α=2.0, and in FIG. 9, α=(a).

つまり第8図は、コアの屈折率分布がrの2乗で変化し
ているものに対応する。第9図はコアの屈折率は一定で
あるものに対応する。ヌテツプ型ファイバである。
In other words, FIG. 8 corresponds to a case where the refractive index distribution of the core changes by the square of r. FIG. 9 corresponds to the case where the refractive index of the core is constant. It is a Nutep type fiber.

いずれにしてもよく似た変化を示す。Either way, they show similar changes.

これはコンピュータ全便って数値計算したものであるが
、(45)の近<p式にほぼ合致しているのか分る。
This was calculated numerically using a computer, but it can be seen that it almost agrees with the near <p equation (45).

光マスクの中心角2θは小さいものが本発明に於て有効
である。それでは、eが増加すると、どのように漏れモ
ードが増えるか、検参]する。Oの望ましい範囲を知る
ためである。
A small center angle 2θ of the optical mask is effective in the present invention. Now, let's examine how the leakage mode increases as e increases. This is to know the desirable range of O.

近似の条件は(r/a >が小さい、という事にする。The condition for approximation is that (r/a > is small.

cosξを与える(40)式を使う。Equation (40) giving cos ξ is used.

(86) 、(40)式より、 と書ける。(84) 、(40) 、(46)式よシ、
と書くことができる。(45)式はθ→0の極限の近似
を与えていることが分る。(47)式は(r/a )か
lよシかなシ小さい範囲でよい近似である。
(86) From equation (40), it can be written as. (84), (40), (46) formulas,
It can be written as It can be seen that equation (45) gives an approximation to the limit of θ→0. Equation (47) is a good approximation within a small range of (r/a) or l.

第10図、第11図は、0=20°、40°、60°、
80゜の場合の漏れモードHの割合全数値計算で求めた
ものである。no=1.46.621%とした。
Figures 10 and 11 show 0=20°, 40°, 60°,
The ratio of leakage mode H in the case of 80° was determined by all numerical calculations. No=1.46.621%.

第10図でα=2である。屈折率が2乗分布のものであ
る。第11図ばα=(2)で、コアの屈折率は一様であ
る例を示す。
In FIG. 10, α=2. The refractive index has a square distribution. FIG. 11 shows an example in which α=(2) and the refractive index of the core is uniform.

(47)式は(r/a )が小さい時これらのグラフに
対し、よい近似となっている。
Equation (47) is a good approximation for these graphs when (r/a) is small.

逆にr/aが1に近い極限で考えると、cotξ→0の
極限として、(36)、(34)式から、−〇−〇 R菅             (48)鵬θ を得る。
Conversely, if we consider the limit where r/a is close to 1, we obtain -〇-〇Rkan (48) Peng θ from equations (36) and (34) as the limit of cotξ→0.

(48)式に於て、θ=20°、4o0.60’、80
’とすると、Rは4%、17%、40%、75%と計算
される。r/a’=1に於けるHの値としてほぼ妥当な
近似値を与えていることが分る。
In equation (48), θ=20°, 4o0.60', 80
', then R is calculated as 4%, 17%, 40%, and 75%. It can be seen that a fairly reasonable approximation value is given as the value of H at r/a'=1.

次にαの依存性について述べる。a=2であれば、コア
の屈折率は中心で最大値をとり、r2で減少してゆく。
Next, we will discuss the dependence of α. If a=2, the refractive index of the core takes a maximum value at the center and decreases at r2.

連続変化の例に該当する。This is an example of continuous change.

α=■というのは、コア屈折率がnlで一定であること
を意味し、ヌテップ型の光ファイバに該当する。
α=■ means that the core refractive index is constant at nl, and corresponds to a Nutep type optical fiber.

α=2の時と刀の時とで、Rはどのように異なるかを調
べる。
Let's examine how R differs between when α=2 and when using a sword.

第12図はa=2、■の差を示すRのグラフである。n
o=1.46.621%、e=lO’とした。2本のグ
ラフの内上方はα=父に、下方はα=2の例に対応する
。いずれにしても、近似式として(45)式が妥当する
FIG. 12 is a graph of R showing the difference between a=2 and ■. n
o=1.46.621%, e=lO'. The upper part of the two graphs corresponds to α=father, and the lower part corresponds to the example of α=2. In any case, equation (45) is appropriate as an approximate equation.

α=2、■の時の痛れモード割合k R(2)、Rに)
と略記すると、 (39)式よシ、 となる。差は(r/a )が1に近い時に現われるが、
極めて僅かである。
Pain mode ratio k when α = 2, ■ R (2), R)
When abbreviated as, Equation (39) becomes. The difference appears when (r/a) is close to 1, but
Very little.

同様の事はθが大きい場合でも言える。The same thing can be said even when θ is large.

第13図はno=1.46、Δ=1%、θ=600の場
合のα=2、■に於ける漏れモード割合R2数値計算し
たグラフである。(49)の近似式が同様に妥当する。
FIG. 13 is a graph obtained by numerically calculating the leakage mode ratio R2 when α=2 and ■ when no=1.46, Δ=1%, and θ=600. The approximate expression (49) is similarly valid.

以上の数値計算や厳密解からの近似計算によって、次の
ことが分る。
Through the above numerical calculations and approximate calculations from exact solutions, the following can be found.

(i) r/a 、θが小さい時、Rは(45)式で近
似できる。
(i) When r/a and θ are small, R can be approximated by equation (45).

屈折率差Δや、分布のべき以、クツラド屈折率n2に殆
どよらない。
It hardly depends on the refractive index difference Δ, the power of the distribution, or the Cuturad refractive index n2.

(ii) r/a = 1のとき、っまシコア、クラッ
ド境界でのRは(48)式で近似できる。Δや、n2、
αに殆どよらない。
(ii) When r/a = 1, R at the core and cladding boundary can be approximated by equation (48). Δ, n2,
It hardly depends on α.

r/a = 1のときRは最大である。例えばRの最大
値を1%に抑えようとすれば(48)式がらOはlO°
以下であれば良いことが分る。
R is maximum when r/a = 1. For example, if we try to suppress the maximum value of R to 1%, O is lO° from equation (48).
It turns out that the following is good.

(財)本発明による測定結果 第14図、第15図はある光ファイバの屈折率分布をニ
アフィールドパターン法(実線)ト、干渉法(破線)で
測定した結果を示すグラフである。
Measurement results according to the present invention FIGS. 14 and 15 are graphs showing the results of measuring the refractive index distribution of a certain optical fiber using the near-field pattern method (solid line) and the interferometry method (dashed line).

横軸は、ファイバ端面のある直径方向に沿う位置rを示
す。単位はμmである。
The horizontal axis indicates a position r along a certain diameter direction of the fiber end face. The unit is μm.

縦軸は、コアの屈折率とクラッドの屈折率の差(n+ 
 ”2)ff:100倍L fc 1ili k 示f
The vertical axis is the difference between the refractive index of the core and the refractive index of the cladding (n+
”2) ff: 100 times L fc 1ili k
.

第14図ハ通常のニアフィールドパターン法により、マ
スクを用いていないものである。干渉法によるデータと
の喰い違いが大きい。
FIG. 14C shows a pattern using a normal near-field pattern method without using a mask. There is a large discrepancy with the interferometry data.

第15図は本発明のニアフィールドパターン法の測定結
果を示す。マスクの透明部の中心角2θは20°である
( e = ioo)。干渉法(破線)によるデータと
よい一致を示している。
FIG. 15 shows the measurement results of the near field pattern method of the present invention. The central angle 2θ of the transparent part of the mask is 20° (e = ioo). It shows good agreement with the data obtained by interferometry (dashed line).

第14図はマスクを用いていない1lIJ定であるから
、rが大きくなるに従って漏れモードの割合か太きくな
シ、みかけの光量が過大となる。このため、r=Qで過
少に、r−) aで過大にRが評価されることになる。
Since FIG. 14 shows the 1lIJ constant without using a mask, as r becomes larger, the proportion of the leakage mode becomes thicker and the apparent amount of light becomes excessive. For this reason, R is underestimated when r=Q, and overestimated when r-) a.

(コ)本発明の効果 (i)  光ファイバ、プリフォーム等の屈折率分布を
簡単かつ正確に測定することができる。
(g) Effects of the present invention (i) The refractive index distribution of optical fibers, preforms, etc. can be easily and accurately measured.

(n)  非破壊測定法である。(n) It is a non-destructive measurement method.

(iii)  扇形透明部を有するマスクで、漏れモー
ドを除去するので、従来のニアフィールドパターン法よ
シも正確な測定ができる。
(iii) A mask having a fan-shaped transparent part eliminates the leakage mode, allowing more accurate measurements than the conventional near-field pattern method.

(iv)  光マスクは、写真技術にょシ、正確に簡単
に作製できる。最初20〜100倍の光マスクパターン
を描いておき、縮少して乾板上に撮影するようにする。
(iv) Optical masks can be easily and accurately produced using photographic techniques. First, a light mask pattern is drawn at a magnification of 20 to 100 times, then it is scaled down and photographed on a dry plate.

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

第1図は光ファイバ端面に入射する導波モードと漏れモ
ードの光線を略示する端面の斜視図。 第2図は、コア、クラッドの中での(ko2n2(r)
−第3図はコアの端面に出射した光の波数ベクトルの成
分を示す説明のための斜視図。 第4図はファイバコアの端面から出た光の拡シを、軸方
向から見た略図。点を打った領域が而れモードに、その
中の白地の領域が導波モードに対応する。 第5図は本発明の実施例に係る屈折率分布測定法の光学
系の配置を示す斜視図。 第6図はファイバコアの端面から出射された光が、その
前方の端面に平行な面を照射する場合の導波モード、漏
れモードを示す略斜視図。 第7図は扇形のマスクを用いた場合、導波モードに対す
る領域S1と、全モードを含む領域S2とを略示する略
投影図。pは短軸、qは長軸である。 20は扇形マスクの透明部の中心角である。 第8図はコアの中心からの距1iflf (r/a )
によって、湘れモードの比率がどのように変化するかを
数値計算した結果を示すグラフ。no= 1.46 、
Δ−1%、α=2とし、θ=2°、6°、lOoの場合
につき図示した。 第9図は第8図と同様でα=(3)の例についての湘れ
モード割合Ri示すグラフ。 第10図はコア中心からの距離(r/a )によって曲
れモード割合Rがどのように変化するかを数値計算によ
って求めたグラフ。−= 1.46 、Δ=1%、α=
2で、扇形の中心角の1/2の量θを20°、40’、
60°、80°として図示している。 第11図は第10図と同様でa=■の例についての而れ
モード割合R1示しているグラフ。 第12図は同様のグラフであるが、no= 1.46、
Δ=1%、θ=10°とし、α=父とα=2の場合のH
の差が僅かであることを示すグラフである。 第13図は第12図と同じくα=■とα=2の場合のH
の差が少いことを示すグラフ。θ=60°である。 第14図は光ファイバの屈折率分布を測定した1例を示
すグラフ。横軸は中心からの距Mr(μm)、縦軸は屈
折率差(n、 −n2 )x 100=表わす。実線は
従来のニアフィールドパターン法による測定データ、破
線は干渉法による測定データ?示す。 第15図は光ファイバの屈折率分布を測定°した1例を
示すグラフ。実線は本発明による測定データで、破線は
干渉法による測定データを表す。マスクの透明部の中心
角2θは200である((El=10’)。 1 ・・・・・・・・・ 第ルンズ 2 ・・・・・・・・・ 第2レンヌ 3 ・・・・・・・・・光マスク 4   ・・・ ・・・ ・・・   フ  ァ  イ
  バ5 ・・・・・・・・・ ニアフィールドパター
ン面f1  ・・・・・・・・・ 第ルンヌ“の焦点距
離f2  ・・・・・・・・・ 第2レンズの焦点距離
F1  ・・・・・・・・・  ファイバ端面と第1レ
ンスノ間隔F2  ・・・・・・・・・ 第ルンズと光
マスクの間隔F3  ・・・・・・・・・ 光マスクと
第2レンズの間隔2軸・・・・・・・・ ファイバコア
の長手方向にとった主軸X ・・・・・・・・・ X軸
方向への最大出射角Y ・・・・・・・・・ y軸方向
への最大出射角q ・・・・・・・ 同様の光の長軸方
向の長さθ  ・・・・・・・・・  光マスクの透明
部の中心角2θの1/2の量第3図 y 第7図 第10図 第11図 第8図 第14図 40 30 20 10 0  10 20 30 4
0(l1m) 第15図 n、′″n2 40 30 20 10 0  10 20 30 4
0(l)m)
FIG. 1 is a perspective view of an end face of an optical fiber schematically showing light rays in a waveguide mode and a leaky mode that are incident on the end face. Figure 2 shows (ko2n2(r)) in the core and cladding.
- FIG. 3 is an explanatory perspective view showing components of the wave number vector of light emitted to the end face of the core. FIG. 4 is a schematic view of the expansion of light emitted from the end face of the fiber core, viewed from the axial direction. The dotted area corresponds to the wave mode, and the white area within it corresponds to the waveguide mode. FIG. 5 is a perspective view showing the arrangement of an optical system for a refractive index profile measurement method according to an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a schematic perspective view showing the waveguide mode and leakage mode when light emitted from the end face of the fiber core illuminates a plane parallel to the front end face. FIG. 7 is a schematic projection diagram schematically showing a region S1 for the waveguide mode and a region S2 including all modes when a fan-shaped mask is used. p is the short axis and q is the long axis. 20 is the central angle of the transparent part of the fan-shaped mask. Figure 8 shows the distance 1iflf (r/a) from the center of the core.
A graph showing the results of numerical calculations of how the ratio of swamp mode changes depending on the situation. no=1.46,
The figures are illustrated for the cases where Δ-1%, α=2, and θ=2°, 6°, and lOo. FIG. 9 is a graph similar to FIG. 8, showing the swamp mode ratio Ri for the example of α=(3). FIG. 10 is a graph obtained by numerical calculation of how the bending mode ratio R changes depending on the distance (r/a) from the core center. -= 1.46, Δ=1%, α=
2, the amount θ of 1/2 of the central angle of the sector is 20°, 40',
It is illustrated as 60° and 80°. FIG. 11 is a graph similar to FIG. 10, showing the distortion mode ratio R1 for the example of a=■. Figure 12 is a similar graph, but no = 1.46,
Δ=1%, θ=10°, H for α=father and α=2
This is a graph showing that the difference is slight. Figure 13 shows H in the case of α=■ and α=2 as in Figure 12.
Graph showing that the difference between is small. θ=60°. FIG. 14 is a graph showing an example of measuring the refractive index distribution of an optical fiber. The horizontal axis represents the distance Mr (μm) from the center, and the vertical axis represents the refractive index difference (n, −n2) x 100=. The solid line is the measurement data using the conventional near-field pattern method, and the broken line is the measurement data using the interferometry method? show. FIG. 15 is a graph showing an example of measuring the refractive index distribution of an optical fiber. The solid line represents the measurement data according to the present invention, and the dashed line represents the measurement data according to the interferometry method. The central angle 2θ of the transparent part of the mask is 200 ((El=10'). 1...... Second Rennes 2... Second Rennes 3... ...... Optical mask 4 ... ... ... Fiber 5 ...... Near field pattern surface f1 ...... Focus of "th runne" Distance f2 ...... Focal length F1 of the second lens ...... Distance between the fiber end face and the first lens F2 ...... Distance between the second lens and the optical mask Spacing F3 ...... Distance between optical mask and second lens 2 axes ... Main axis X taken in the longitudinal direction of the fiber core ...... X axis Maximum output angle in the direction Y ・・・・・・・・・ Maximum output angle q in the y-axis direction ・・・・・・ Length θ of similar light in the long axis direction ・・・・・・・・・... 1/2 of the central angle 2θ of the transparent part of the optical mask Fig. 3 y Fig. 7 Fig. 10 Fig. 11 Fig. 8 Fig. 14 Fig. 40 30 20 10 0 10 20 30 4
0 (l1m) Figure 15 n,''n2 40 30 20 10 0 10 20 30 4
0(l)m)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  屈折率分布を測定すべきコア及びクラッドよ
)なる光ファイバの端面前方に、焦点距離f1の第ルン
ズ1、中心角が2θの扇形の透明部を有する光マスク3
、及び第2レンズ2を同一軸線上に配置し、第ルンズ1
と光マヌク3の間隔は第ルンズの焦点距離f1に等しく
し、かつファイバ端面より出射された光が第2レンズ2
の前方で結像するニアフィールドパターン面5に於て、
光マスク3の扇形透明部の中心線と平行な方向に光の強
度を測定してゆくことによシ、屈折率分布を求めること
とした屈折率分布測定方法。
(1) In front of the end face of the optical fiber consisting of the core and cladding whose refractive index distribution is to be measured, an optical mask 3 having a lens 1 with a focal length f1 and a sector-shaped transparent part with a central angle of 2θ.
, and the second lens 2 are arranged on the same axis, and the second lens 1
The distance between the lens and the optical manuk 3 is made equal to the focal length f1 of the first lens, and the light emitted from the fiber end face is directed to the second lens 2.
At the near-field pattern surface 5 that is imaged in front of
A refractive index distribution measuring method in which the refractive index distribution is determined by measuring the intensity of light in a direction parallel to the center line of the fan-shaped transparent part of the optical mask 3.
(2)  ファイバ端面と第ルンズ1との距離が第ルン
ズの焦点距離f1に等しくした特許請求の範囲第(1)
項記載の屈折率分布測定方法。
(2) Claim (1) in which the distance between the fiber end face and the first lunion is equal to the focal length f1 of the first lunion.
The refractive index distribution measurement method described in Section 1.
(3)光マヌクの扇形透明部の中心角2θの半分θが1
0°以下である特許請求の範囲第(1)項記載の屈折率
分布測定方法。
(3) Half θ of the central angle 2θ of the fan-shaped transparent part of the light manuk is 1
The refractive index distribution measuring method according to claim (1), wherein the angle is 0° or less.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0185361A2 (en) * 1984-12-18 1986-06-25 CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni S.p.A. Method of and apparatus for the measurement of the refractive-index profile in monomode optical fibres
JP2007514599A (en) * 2003-12-19 2007-06-07 ルノー・エス・アー・エス Variable volume console box for automobiles
JP2013167770A (en) * 2012-02-15 2013-08-29 Iwasaki Electric Co Ltd Light source device for light guide

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