JPS6222124B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信の分野で用いられる光フアイバ
伝送路に関する。特に、大容量通信用伝送路に用
いられる単一モードフアイバの、接続点の結合モ
ード係数測定方法に関する。

〔従来の技術〕

単一モード光フアイバは、その動作波長を単一
モード波長領域、すなわち、第一高次モードであ
るLP₁₁モードの遮断波長より長波長側の領域に
定め、基本モードであるLP₀₁モードのみの導波
を可能にしている。この遮断波長は、理論的には
光フアイバのコアの屈折率分布の形状によつて決
められる。例えば、ステツプインデクス形の場合
には、次の(1)式で定義される規格化周波数Ｖが、
Ｖ＜2.4となる条件によつて定められる。

ここで n₁：コア中心部の屈折率 ａ：コア半径 Δ：コア、クラツド間の比屈折率 λ：光源波長 単一モード光フアイバにおいて、基本モード以
外に高次モードが長距離伝搬した場合には、これ
らのモードの遅延時間差によつて、帯域が大幅に
劣化することがある。また、光フアイバ中あるい
は光フアイバ接続点でモード間に結合が生じた場
合には、高次モードの損失が基本モードより大き
いため、結合によつて生じた光強度が伝搬中に失
なわれ、この結果、基本モードの光の損失が増加
してしまう。このように、高次モードにより伝送
特性が劣化するため、動作Ｖ値を小さくする必要
がある。しかし、光源との光結合損失や接続損失
の低減化のためには、動作Ｖ値を大きくすること
が望ましい。

したがつて、実用化されている単一モード光フ
アイバ伝送路では、光源あるいは接続点で励振さ
れる高次モードをある程度まで許容し、しかも実
質的には単一モード伝送を保証できるように、動
作Ｖ値を大きくとることが望ましい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の基本モードと第一高次モードとの間のモ
ード結合についての測定例としては、光フアイバ
中の微小曲り等が原因となるものに関する測定例
が報告されている。しかし、光フアイバ接続点で
のモード結合については、測定方法が確立されて
おらず、基本モードの接続損失の測定が行われて
いるだけであつた。したがつて、従来は、接続点
でのモード結合についての充分な定量的把握が行
なわれずに、単一モード光フアイバの動作Ｖ値の
上限を決め、そのフアイバパラメータの設計を行
つていた。

本発明は、単一モード光フアイバにおける、基
本モードと第一高次モードとが導波可能な波長領
域において、フアイバ接続点で生じるモード間の
結合量（結合モード係数）の値を測定することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光フアイバ接続点の結合モード係数測
定方法は、基本モードと第一高次モードとの２つ
のモードの光を導波する光フアイバの接続点の、
接続状態を接続点を通過した光の強度を測定する
ことにより結合モード係数を測定する方法におい
て、接続点に基本モードの光を通過させた場合、
および上記接続点に上記基本モードと上記第一高
次モードとの混合した光とを通過させた場合のそ
れぞれについて、基本モードによる光強度、およ
び基本モードと第一高次モードとの混合による光
強度を測定するステツプと、このステツプにより
求められた上記光強度の測定値に基づいて結合モ
ード係数の演算を行うステツプとを含むことを特
徴とする。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例光フアイバ接続点の結合
モード係数測定方法における測定ステツプを示す
図である。

光源１が発生した光は、集光レンズ２により集
光されて光源側光フアイバ３に入力される。光源
側光フアイバ３を通過した光は、そのまま、ある
いは受光側光フアイバ４を通過して、受光素子５
に到達する。

光フアイバ接続点の結合モード係数を測定する
ステツプについて以下に述べるが、これらの測定
では、特に述べた曲げの部分以外には、光フアイ
バは直線状に保持される必要がある。この理由
は、光フアイバの曲がりにより高次モードが減衰
し、第一高次モードが接続点に到達できなくなる
等により、測定上の誤差が生じるからである。ま
た、高次モードの減衰を同じにするため、曲げの
半径は、常に同一である必要がある。

さらに、光フアイバ中におけるモード間結合の
影響を除去するため、受光側光フアイバ４の長さ
は短い方が望ましい。したがつて、接続点で受光
側光フアイバ４に励振されるクラツドモードが、
完全に減衰する長さ、すなわち2mが、受光側光
フアイバ４の長さとして最適である。

まず、接続点に入力される、基本モード
（LP₀₁モード）の光強度および基本モードと第一
高次モード（LP₁₁モード）との混合した光強度
の測定を行う。これは第１図ａに示した。

光源側光フアイバ３について、その出力端に曲
げを与えない場合の出力強度と、出力端に半径Ｒ
の曲げを与えた場合（破線で示した）の出力強度
とを測定する。曲げを与えない場合の出力光強度
は、基本モードの光強度Ｐ_i1と、第一高次モード
の光強度Ｐ_i2との和である。曲げを与えた場合に
は、高次モードの減衰が大きくなり、光強度Ｐ_i2
が完全に減衰して、光強度Ｐ_i1のみを測定するこ
とができる。両出力の光強度の比α_０を次式で定
義する。

α_０＝Ｐ_ｉ１／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｉ２ …(2) 高次モードの減衰については後で詳しく述べ
る。

以下の測定では、光源側光フアイバの入射端の
励振条件を固定し、接続点直前での光強度が常に
同じであることを前提としている。

次に、接続点に基本モードと第一高次モードと
の混合した光を通過させた場合の、基本モードと
第一高次モードとの混合した光強度を測定する。
これは第１図ｂに示した。

この測定では、光源側光フアイバ３と受光側光
フアイバ４とを直線状に保持し、受光側光フアイ
バ４の出力光強度を測定する。この出力光強度
は、モードの混合した入力に対する基本モード出
力光強度Ｐ_p1と、同じく第一高次モード出力光強
度Ｐ_p2との和であり、個々の値は未知である。入
力光強度と出力光強度との比α_１は次式で与えら
れる。

α_１＝Ｐ_ｐ１＋Ｐ_ｐ２／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｉ２ …(3) 次に、接続点に基本モードの光を通過させた場
合の、基本モードと第一高次モードとの混合した
光強度を測定する。これは、第１図ｃに示した。

この測定では、光源側光フアイバ３の接続点直
前に半径Ｒの曲げを与え、受光側光フアイバ４の
出力光強度を測定する。この出力光強度は、基本
モード入力に対する基本モード出力光強度Ｐ_p1
（Ｐ_i2＝０）と、基本モード入力に対する第一高
次モード出力光強度Ｐ_p2（Ｐ_i2＝０）との和であ
る。入力光強度と出力光強度との比α_２は次式で
与えられる。

α_２＝Ｐ_ｐ１（Ｐ_ｉ２＝０）＋Ｐ_ｐ２（Ｐ_ｉ２＝０）／
Ｐ_ｉ１…(4) 次に、接続点の基本モードの光を通過させた場
合の、基本モードの光強度を測定する。これは、
第１図ｄに示した。

この測定では、光源側光フアイバ３の接続点直
前に半径Ｒの曲げを与え、受光側光フアイバ４の
接続点直後にも半径Ｒの曲げを与え、受光側光フ
アイバ４の出力光強度を測定する。この出力光強
度は、基本モード入力に対する基本モード出力光
強度Ｐ_p1（Ｐ_i2＝０）である。入力光強度と出力
光強度との比α_３は次式で与えられる。

α_３＝Ｐ_ｐ１（Ｐ_ｉ２＝０）／Ｐ_ｉ１ …(5) 最後に、接続点に基本モードと第一高次モード
との混合した光を通過させた場合の、基本モード
の光強度を測定する。これは第１図ｅに示した。

この測定では、受光側光フアイバ４の接続点直
後に半径Ｒの曲げを与え、受光側光フアイバ４の
出力光強度を測定する。この出力光強度は、モー
ドの混合した入力に対する基本モード出力光強度
Ｐ_p1である。入力光強度と出力光強度との比α_４
は次式で与えられる。

α_４＝Ｐ_ｐ１／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｉ２ …(6) これらの測定は、従来から広く用いられている
光フアイバの光損失測定用機器を利用することが
でき、簡単に行うことができる。また、光フアイ
バ接続後の測定順序は任意に変えることができ
る。

以上の測定結果により接続点の結合モード係数
を求めるため、あらかじめチヤートを作つておい
ても良いが、定量的に求めるためには、以下の演
算を行う。

接続点の直前および直後の、基板モードと第一
高次モードとの光強度の関係は、一般に次の結合
モード係数〔Ｓ〕を用いて記述できる。

ここで、第(7)式における散乱行列要素Ｓ_ij
（ｉ，ｊ＝１，２）のうち、基本モードと第一高
次モードとの結合比を表わすS₁₂，S₂₁は、同一フ
アイバを接続した時以外には、一般には等しくな
い。また、要素Ｓ_ijは、接続点におけるフアイバ
端面の傾きや、軸ずれによつて決まる量であり、
励振光強度には依存しない。

また、第(7)式および第(8)式において、Ｐ_izを０
にした場合の出力光強度の定義から である。

第(3)式と第(7)式と第(8)式により α_１＝（Ｓ_１１Ｐ_ｉ１＋Ｓ_１２Ｐ_ｉ２）＋（Ｓ_２１Ｐ_ｉ
１＋Ｓ_２２Ｐ_ｉ２）／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｉ２ ＝（Ｓ_１１＋ｋＳ_１２）＋（Ｓ_２１＋ｋＳ_２２）／１
＋ｋ…(11) ここで、 ｋ＝Ｐ_i2／Ｐ_i1＝１−α_０／α_０ …(12) である。次に第(4)式と第(7)′式により、 α_２＝Ｐ_ｐ１（Ｐ_ｉ２＝０）／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｐ２（Ｐ_ｉ
２＝０）／Ｐ_ｉ１ ＝S₁₁＋S₂₁ …（13） である。次に第(5)式は第(7)′式により α_３＝S₁₁ …（14） である。さらに、第(6)式と第(7)式と第(8)式によ
り、 α_４＝Ｓ_１１Ｐ_ｉ１＋Ｓ_１２Ｐ_ｉ２／Ｐ_ｉ１＋Ｐ_ｉ
２ ＝Ｓ_１１＋ｋＳ_１２／１＋ｋ …（15） となる。第(11)式ないし第（15）式を用いて、次の
結合モード係数が得られる。

S₁₁＝α_３ S₁₂＝（１＋ｋ）α_４−α_３／ｋ S₂₁＝α_２−α_３ S₂₂＝（１＋ｋ）（α_１−α_２＋α_３）−α_３ ただし ｋ＝１−α_０／α_０ このように、第１図に示した測定により、接続
点における基本モードと第一高次モードとの間の
結合比を表わす、結合モード係数〔Ｓ〕の全ての
要素を、計算により求めることができる。

第２図は、第一高次モードの曲げ損失を示す図
である。この図は、コア、クラツド間の比屈折率
差Δを、従来の代表値0.3％とした時の、規格化
周波数Ｖの値に対する第一高次モードの曲げ損失
を、曲げ半径Ｒが３cmと４cmの場合について示し
ている。

この図から明らかなように、通常の単一モード
光フアイバの使用規格化周波数Ｖの値の領域、す
なわちＶ＜３の領域では、曲げ半径Ｒを２〜４cm
とすることにより、第一高次モードを十分に減衰
させることができる。この一方、基本モードの曲
げ損失は極めて小さく、Ｖ＝2.5であつても10^-8
〔dB／ｍ〕以下である。したがつて、光フアイバ
を曲げることにより、高次モードを充分に減衰さ
せることができる。

以上説明したように、本発明により、光フアイ
バ接続点における基本モードと第一高次モードと
のモード結合比を測定し、光フアイバ接続点の結
合モード係数を定量的に求めることができる。

本発明を製造工程で実施する場合には、第(2)式
ないし第(6)式の値のチヤートを作り、このチヤー
トに基づいて測定を行うことも可能である。ま
た、波長可変光源を使用した光損失の波長依存特
性の測定機器を用いることにより、波長に対する
光フアイバ接続点の結合モード係数の測定も可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光フアイバ接続
点の結合モード係数測定方法により、単一モード
光フアイバ接続点で生じるモード間結合量を、簡
便な手段により、定量的に測定することができ
る。したがつて、本発明は、光フアイバ接続点の
評価およびフアイバパラメータの設計に、非常に
大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例光フアイバ接続点の結合
モード係数測定方法における測定ステツプを示す
図。第２図は第一高次モードの曲げ損失を示す
図。 １……光源、２……集光レンズ、３……光源側
光フアイバ、４……受光側光フアイバ、５……受
光素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １個の接続点を有し、 基本モードと第一高次モードとの２つのモード
   の光を導波する光フアイバの上記接続点の接続状
   態をこの接続点を通過した光の強度を測定するこ
   とにより結合モード係数を測定する方法におい
   て、 上記接続点に上記基本モードの光を通過させた
   場合、および上記接続点に上記基本モードと上記
   第一高次モードとの混合した光とを通過させた場
   合のそれぞれについて、上記基本モードによる光
   強度、および上記基本モードと上記第一高次モー
   ドとの混合による光強度を測定するステツプと、 このステツプにより求められた上記光強度の測
   定値に基づいて結合モード係数の演算を行うステ
   ツプと を含むことを特徴とする光フアイバ接続点の結
   合モード係数測定方法。 ２ 結合モード係数の演算を行うステツプは、 接続点における 基本モードの入力光強度をＰ_i1、出力光強度を
   Ｐ_p1、 第一高次モードの入力光強度をＰ_i2、出力光強
   度をＰ_p2 とするとき式 より、結合モード係数〔Ｓ〕 ただし を演算するステツプを含む特許請求の範囲第１項
   に記載の光フアイバ接続点の結合モード係数測定
   方法。