JPS597905A - 光フアイバの構造 - Google Patents

光フアイバの構造

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JPS597905A
JPS597905A JP57117408A JP11740882A JPS597905A JP S597905 A JPS597905 A JP S597905A JP 57117408 A JP57117408 A JP 57117408A JP 11740882 A JP11740882 A JP 11740882A JP S597905 A JPS597905 A JP S597905A
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JP
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optical fiber
core
refractive index
mode
cladding
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JP57117408A
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English (en)
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Takayoshi Ogoshi
大越 孝敬
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • G02OPTICS
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    • 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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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単一モード伝送用の光ファイバの構造に関し
、特に通信用ファイバに応用して好適なものである。
通信用光ファイバにおいて、基本モードであるHEl、
モードのみのいわゆる単一モードの伝送を実現するため
には、コア部の屈折率をnl、その半径なa、クラッド
部の屈折率をn2  とし、更に伝送される光の波長な
λ、円周率をπとすると、なる条件を満足する必要があ
る。このように、上記不等式を満たすようにコア部の径
を細く設計した光ファイバは、単−七−1ファイバと呼
称され、多モード9分散が存在しないためにパルスの遅
れが発生せず、将来の大容量通信路として太いに期待さ
れている。
ところが、実際の単一モー1’フアイバと呼称され乙も
のには電界が垂直方向に沿ったH6口(V)モードと電
界が水平方向に沿ったHEl、([−1)モードとが存
在し、しかもその屈折率分布が完全な同心円状の軸対称
形ではなく多かれ少なかれ楕円状等の非軸対称形をな1
−ているのが普通である。そのため、)IE、、  モ
ードとHEl、任1)モードとの間の群(V) 速度の相違によって多モード分散と同様の受信端でのパ
ルスの広がりを生じ、これが単一モードファイバの伝送
容量に限界を与える主因の一つと考えられている。そこ
で、送信端で例えばH,、(V)モートゝのみを励振し
てこのHE1□(V)モードがそのまま受信端まで伝搬
し、この受信端でもHE、、(V)モードのみが検出さ
れるのであれば、上記群速度の差異(は何ら問題となら
なくなるのであるが、ご<  F&的な軸対称形に作ら
れた単一モードファイバでは、内部組、熾の不均質や或
いは変形等によりH”11モート9の偏波面がくずれず
にそのま壕の状態で受信端まで達することは極めてまれ
である。
このような事から、光ファイバか通常受ける曲げや捩り
等のような変形によっても光ファイバの偏波面がくずれ
乙ことなくそのitの状態が維持されるような構造の単
−七−トゝファイバが従来から神々発表されて来た。例
えば、光ファイバの屈折率分布が非軸対称形をなすよう
な内部応力をこの光ファイバに負荷し、光ファイバの長
手方向に沿う相互に直角な二つの平面内での屈折率に微
小な差を与え、これにより直交する二つの偏波成分の間
に位相速度差を与えて直交偏波成分の結合を減じるよう
にした方法や、或いは更にこの考えを進めてコア部を極
端な非軸対称形、例えば楕円に成彩することにより、そ
の長袖方向と短軸方向とにそれぞれ偏波する成分の位相
速度に差を辱え、これら直交偏波成分の結合を減じるよ
うにした方法等が知られている。一般に、光ファイバの
単位伝送長当りの二つの直交する偏波成分間の結合係数
(光ファイバの変形に伴う曲げや捩り或いは内部組織の
むら等の大きさで決捷る)を01これらの間の位相定数
の差をΔβ、また内位相定数の平均値をβaV、とする
と、両偏波成分間の結合の強さはほぼC7/(Δβ7/
βav、)に比例する。
l−81のような二つの従来例は、相互に直交する二つ
の偏波成分に位相速度差を与えることにより可及的に単
一偏波伝送に近い状態を得ようとしたものであり、両偏
波が伝送可能なモードを具えている。従って、前記結合
係数Cが大きい時、即ち光ファイ・ミの変形等が大きい
場合や或いは光ファイバの長さが非常に長い時には、前
記位相定数差Δβが比較的大きくても両偏波成分間の結
合の強さが増加し、終には単一モード伝送の条件から外
れてし捷うIがあった。
本発明の発明者は、このように単一モートゝファイバと
従来から呼称されていたものの欠点を解消し、原理的に
単−偏波午一モードシか伝送できないようにした光ファ
イバを提供することを目的として、中心部分を占位する
コア部とこのコア部を覆い且つ当該コア部よりも低い屈
折率のクラッド部とからなる光ファイバにおいて、前記
コア部の中心を挾んで対向する当該コア部の外周縁の一
部の屈折率を前記クラッド部の屈折率よりも低くなるよ
うに形成したことを特徴とする光ファイバを発明(2、
既に特許を出願した(特許願54−102943、昭和
54年8月16日)。しかし上記特許においては、コア
外周縁の一部の屈折率をクラッド部の屈折率よりも低く
することを主張したが、実用上どの程度に近くするべき
かについての明確な記述がなかった。
これに対し本発明は、この部分に比較的誘電率の低い誘
電体を用いるのでになく、軸方向に沿うトンネル状の空
間とし、空気もしくは他の適当な気体を充填するかもし
くは真空とすることによって屈折率がほぼ1になるよう
にしたとき最も良好な単一偏波特性が得られるとの理論
解析結果にもとづき、コアの両側にトンネルを有する光
ファイる。
以下、本発明による光コアイノξの一実施例について第
1図以下の図面を参照しながら詳細に説明する。
第1図は本発明の基礎となった前記発明(特許軸54−
102943)の一実施例を説明する図である。この実
施例においては、光ファイバの断面構造を表わす第1図
(a)及びそのB−B矢視に沿った屈1’l?率分布を
表わす第1図(blに示すように、中心部分を占位する
断面形状が円形のコア部1の中心を挾んで第1図(a)
中、左右に対向するこのコア部1の外周、1#:の一部
に、当該コア部1を覆うクラッド部2の屈折率n2  
よりも低い屈折率naの第二クラッド部3が形成されて
おり、前記コア部1の屈折率n1  はクラット9部2
の屈折率n2  よりも高い値となっている。
このような構造において、第2クラッド部の屈折率n6
 をある程度の値よりも低くえらんでおく(I() と、周波数軸上に、HE、、  モードは遮断しHEl
、(V)モードのみを伝搬ぜしめる周波数帯域を生じる
ことが理論的に証明されている( T、 0koshi
 andK、 Oyamada、 ”Single−P
olarization Sing]−e−Mode 
0ptical Fiber with  Refra
ctive−Index Pl、ts on Both
 5ides of Core。
”Electronics Letters、Vow、
16.Al 8+pp−712−713,August
 28,1980)。
第2図はこれを説明するグラフであり、正規化周波数V
の関数として正規化位相遅延時間をHE、、、 TEo
、、 TMo、モードについてそれぞれ表わしだもので
ある。第1図仏)において左右方向に電界を有するHE
、1α1)モードは第2図中の曲線qに相当し、第1図
(a)において上下方向に電界を有するHEl、(V)
モードハ第2図中の曲線pに相当するから、単一偏波単
一モー1領域Sが実現される。
このようにして得られる単一偏波単一モード領域Sの範
囲内に動作正規化周波数が入るように光ファイバを設計
することにより、単一偏波単一モードの光ファイバを得
ることができる。
しかるに、上記のような構造において屈折率の1くぼみ
」を、たとえば石英ガラスに硼素のような不純物を混入
することによって製作するものと考えると、第2図に示
した単一偏波周波数帯域Sの相対的な幅、すなわち に−(■o、−vop)/′Vop 1・:Lあ捷り大きな値とは−なり得ない。たとえば第
1図fa)のIFj’+而構6に面いて、上記Kが比較
的大きなイ1白をとることから明きらかにされているW
=2aX0.3の場合においても、もし「くぼみ」の深
さかコ″ア・クラッド間屈折率差と同程度、すなわち■
1□−116−n、−n2  であると仮定すると、コ
ア・クラット゛間相対屈折率差Δ(” (nl−n2)
/n1)−01%のときK = 0.25%、Δ=0.
6%のときに=0.73%、Δ−1,0%のときに=2
.4%にすぎ11い。その上、不純物の混入によって伝
搬損失が大幅に増大する危険をも生じる。
これに対し、第一番目の本発明においては、第1図にお
いて屈折率にくぼみを与えるとした部分ろを、第6図に
示すようにファイバ軸方向に沿うトンネル状の空間4と
1し、その部分に空気または他の適当ン【気体を充填す
るかもしくは真空とすることによって、屈折率をほぼ1
となるようにするものである。第4図はこのような構造
において、ふたたびW = 2a X 0.3である場
合の、コア・クラッド間相対J11折率差Δ(=(nl
−n2) / n+ )と前記の相対的単一偏波帯域幅
にとの関係を、計算機解析の結果にもとづいて示したも
のである。この図に見られるように、Δ=0.1%のと
きでもに−4,6%、Δ=1%のときにはK = 7.
0%におよぶ単一偏波帯域幅を実現できるので、送信光
源の発振周波数にあわせた単一偏波光ファイバの設計・
製造が著しく容易になると考えられる。
このようにコアを挾んで両側に2本のトンネルを設けた
ような光フアイバ構造を用いれば、比較的簡単に良好な
特性をもつ単一偏波光ファイバを実現できることになり
、これが第1番目の本発明の趣旨に他ならない。もちろ
ん第6図に示したような構造、すなわち断面図で示せば
第5図(a)に示したような構造は第1番目の本発明の
一実施例にすぎず、たとえば第5図(1))に断面図を
示したような構造によっても、はぼ同様に良好な特性が
得られることが理論的に確認されている。
第5図(b)に示す構造は、同図(c)に示すように、
ふたつのトンネルがスリット状の空間を介して互いに連
結され、その結果コア部がふたつの部分に分割形成され
る形に変形されても、光波伝搬の特性(lこ単一偏波領
域を生じるとの意味において何等本′a的差異を生じな
い。更に同図(cl)のように上記スリットか広がった
場合においても同様である。
これが第二番目の本発明の趣旨に他ならない。
第5図(d)の構造は、同図(e)に示すようにふたつ
のコア部カトンネルの外周部においてふたたび連結され
、その結果コアがトン坏ルをとりまく形となっても光波
に搬の特性(C単一偏波領域を生じるとの意味において
何等本質的差異を生じない。更に同図(f)のようにコ
ア・クラノビ間境界およびトンネル・コア間境界の形状
が変化しても、それらのいずれか一方もしくは両者が非
軸対称的形状な有する限り、単一偏波領域が生じること
についてに、同様の特性を示すと考えられる。これが第
6番目の本発明の趣旨に他ならない。
なお、以上の説明においては、単一の偏波のみが伝搬し
つる周波数領域を実現するだめの構造として本発明を説
明したが、本発明に示された構造を有するファイバは、
第1図に示した遮断周波数■  り上の周波数領域にお
いても、HFI:、、■)モq −ドとH,()()モー1の間の位相定数差Δβ(前記
)がきわめて大きい為に、両モード間の結合がき°bめ
て小さく、すぐれた偏波保持特性を有することが理論解
析により確認されている。
第6図はそのような理論解析の結果の一例であって、第
6図の構造においてW = 2 fi X Q、ろであ
る場合のコア・クラッド間相対屈折率差Δと垂直および
水平偏波モード間の相対的位相定数差B−Δβ/βav との関係を、計算機解析の結果にもとづいて示したもの
である。この図に見られるようにΔ−01%のときB=
8X10  、 Δ=1%のときB−1,3×10 、
Δ−3%のときB=6X10”−3に達し、これらの値
はこれまでに報告された最高の値(B=5x10  )
1寸3プ・/=Lのい7″いる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基礎となった旧発明(特許願54−1
02943)の一実施例を説明する図、第2図11旧発
明および本発明を説明するために正規化川波数■の関数
として正規化位相遅延時間をHE  STE  、 T
Mo1モートゝについて示した図、11     01 第6図は第1番目の本発明の一実施例を実体図として示
した図、第4図は第6図の構造を有する光ファイバにつ
いてコア・クラッド間相対屈折率差Δと相対的単一偏波
帯域幅にとの関係を示したグラフ、第5図は第1番目の
本発明(図(a)(b)に対比して第2番目の本発明(
図(C)(d))、第6番目の本発明(図(e)(f)
 )を説明する図、第6図は第ろ図の構造な有する光フ
ァイバについて、コア・クラッド間相対屈折率差Δと垂
直および水平偏波モード間の相対的位相定数差Bとの関
係を示したグラフである。なお、図面中 1はコア部、 2はクラット9部、 ろ(1屈折率のくぼみ部、 4(はトンネル部である。 (外2名) ′#1図 (0) (b) 泉2FI 仄3 凹 幕j!j、図 IF j       10”         IQ
”’         1△ 15 図 (0−)               (bツノ (f〕 筑を図 10−’          io−′       
  70−’           /乙 手続補正書 1.事件の表示 昭和57年特許願第117408  号2、発明の名称 光ファイバの構造 6、補正をする者 事件との関係  特許出願人 住所 名 称  (213)住友電気工業株式会社(外1名) 4、代理人

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)中心部分を占位するコア部とこのコア部を覆い、
    目つ当該コア部よりも低い屈折率のクラッド部とからな
    る光ファイバにおいて、前記コア部の中心を挾んで対向
    するふたつのコア・クラッド境界部分に、光ファイバの
    軸方向に沿うトンネルをもうけたことを特徴とする光フ
    ァイバの構造。
  2. (2)  コア部とこのコア部を覆い且つ当該コア部よ
    りも低い屈折率のクラッド部とからなる光ファイバにお
    いて、前記コア部が軸方向に沿うトンネル状の空間によ
    ってふたつの部分に分割形成されたことを特徴とする光
    ファイバの構造。
  3. (3)  コア部とこのコア部を覆い且つ当該コア部よ
    りも低い屈折率のクラッドを有する光ファイバにおいて
    、前記コア部の中に光ファイバの軸方向11(、沿うト
    ンネルがもうけられ、かつコア・クラット9間境界およ
    びトンネル・コア間境界のいずれか一方もしくは両者が
    非軸対称的形状を有することを特徴とする光ファイバの
    構造。
JP57117408A 1982-07-06 1982-07-06 光フアイバの構造 Pending JPS597905A (ja)

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