JPS6334503A - 丸い複屈折誘電体光導波体 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複屈折光導波体に関する。

［従来技術］ ここ数年、著しい、計画的な異方性の動作を特徴とする
非常に低い減衰のガラスシリカでできた導波体（あるい
は光ファイバ）の技術が脚光を浴びている。

この様な伝達手段を主に使用する理由としては、一般に
２つの異なった偏光状態、正確には楕円の偏光状態で光
線を伝導するということを特徴とした単一モード伝送の
前記導波体くモノモードあるいはユニモードの導波体）
（現在使用されているものは多少不正確である）が特に
注目されてきた。

現在応用されているものあるいはこれから採用されると
思われるものは、はとんどすべて２つの揄端なケースに
集中している。１つは、この様な偏光の楕円が２つの直
角の纏に等しいということ、またもう１つはこの様な偏
光の楕円が逆方向に進む２つの円に等しいということで
ある。それから、この様な偏光の楕円はそれぞれ直線複
屈折あるいは線状複屈折導波体と、丸い（ｒｏｕｎｄ　
）　？！屈折あるいは円（ｃｉｒｃｕｌａｒ）の？！屈
折導波体と呼ばれる。

実験が重ねられ、現在は丸い複屈折導波体より直線複屈
折導波体の方が知られているが、つい最近では丸い複屈
折導波体には数々の研究課題がある。

現在の丸い複屈折光導波体の技術応用は主に物理的大き
さのセンサと変換器に関係している。特に静磁界あるい
はゆっくりと変化する磁界を測定する機器の構成に有用
である。しかし、端末で適用するためのコンポーネント
の製造において、あるいは特に伝送手段として等方性の
あるいは直線の複屈折光ファイバを使用する通信システ
ムの特定セクションで使用されるということも予測でき
る。この様な場合、およびセンサと変換器の分野では、
等方性の導波体と丸い複屈折導波体との接続性の問題を
考慮することが非常に重要である。

簡単な方法で丸い複屈折導波体を得るためには、デカル
ト直交座標で、Ｏとは異なる対角線以外の２つの要素（
特に、虚数の反対符号の）と相互に等しい主対角纏の要
素とを有する誘電率対（あるいはテンソル）によって特
徴づけられる材料である必要がある。

ガラスシリカでは、この条件は顕微鏡スケールの範囲で
は得られない、つまり材料の局所的な化学的なあるいは
物理学的な特性に作用することによらなければならない
。

丸い複屈折導波体が得られるような技術には、巨視的範
囲（伝送される光線の波長よりかなり長い距離で）で導
波体の平均的特性が上述の特性を有する手段の平均的特
性に等しいということを保証するような機械的動作が必
要となる。

機械的方法は本質的に次のような２段階に減らすことが
できる。

等方性の光導波体とは異なる、縦軸（以下軸２と言う）
あるいは伝達方向に回転する非対称的特性の構造にする
段階。

前記構造に、軸Ｚを中心にねじりを与え、および／ある
いは軸２に対して母線が平行なシリンダ上にらせん状に
巻付けるような構造にする段階。

従来の方法による丸い複屈折光導波体の欠点（本発明が
解決しようとしている）をもっとよく知るために、この
導波体を説明しなければならない。

導波体は２つのグループに分けられる。

ａ〉セクション（中心のコアの、あるいは全導波体の）
は、交互に屈折率ｎ１とｎ２　（ｎｌ＞ｎ２＞のｍ個の
角のセクタ（円に重畳された直線複屈折を阻止するため
に、通常ｍ−８あるいはｍ−８の倍数）に分けられた導
波体。

この様な型の導波体のｎｌもｎ２も意図的にポイントと
なる作用ではない。

当のセクターが集中する軸を中心にねじりが生じる（第
１ａ図参照）。

ｂ）コアセクションは電気的に均一であるが、前記コア
はコア自身の対称軸とは異なる軸を中心にらせん状に形
成される導波体（第１ｂ図参照）。

ａ型の導波体では、伝送される７４磁エネルギーが等方
性単一モードの光ファイバの場合とは非常に異なる方法
でセクションを越えて分配される。

ａ型導波体の両端での光の出入り動作ではそれゆえ大き
い損失が生じる。理論上、この様な光の損失はある程度
減少させることはできるが、ゆっくりと変化する特性の
挿入導波体を使用する、つまり非常に高度な技術がなけ
ればならないので、実際には従来非常に高価なものであ
った。

この欠点はｂ型導波体では起こらない。しかしファイバ
がもつと光を伝導できる最大限のねじりに合うような最
大限の丸い複屈折で、これらの損失をかなり減少される
には価格が高くなってしまう。実際、らせんの最少限の
ピッチ以下に落ちると、光ファイバは光を伝導する代わ
りに光を放射する。そのため、外部的な全動作との所定
の類似の結果、ｂ型の導波体でできた装置はａ型の場合
より大きい導波体を必要とし、放射進路の長さに関連し
て損失が増加される。

［発明の解決すべき問題点］ 前述された２つの欠点は相入れないものであるが、現在
の技術の状態では、それらの中のどちらか１つを、妥協
の余地なく選択しなければならない。

一方本発明によって、２つの欠点は量的に副葬されて、
相互に埋合わされることができ、所定の特性を持つ装置
を得ることが可能になる。

［問題点解決のための手段］ 本発明は、導波体が、一定の、あるいは実質上一定の中
心にある屈折率ｎ１の丸いゾーンと、屈折率ｎ２の外側
のゾーンと、８個あるいは８の倍数の角セクタに分けら
れた中間領域とを有し、前記セクタは交互にそれぞれ屈
折率ｎ３とｎ４を有し、ｎ３が一定であるあるいは導波
体の軸からの距離の平方に逆比率して変化し、ｎ４が導
波体の軸からの距離の平方に逆比率して変化し、ｎｌが
ｎ２より大きく、ｎｌがｎ３より大きく、ｎ４がｎｌと
ｎ２との間にあり、前記導波体が対称の縦軸にねじり回
転しおよび／あるいは前記導波体がシリンダ上にらせん
上に巻付けられることを特徴とする丸い複屈折誘電体導
波体を提供する。

中間領域では、２つの隣接したセクタの角の幅の合計は
４πをセクタの総数で割った値に等しい。

外側のゾーンの屈折率ｎ２は一定でもよく、あるいは半
径方向で交互に変化してもよい。中ｌｌ領域では、セク
タの屈折率ｎ３とｎ４は導波体の軸からの距離の平方に
逆比率で変化し、ｎ３は前記軸から等しい距離ではｎ４
より小さい。

導波体は、縦軸に沿った領域とセクタの大きさとともに
、屈折率の緩やかな変化を示す。

丸い複屈折誘電体導波体は、前述のように定義された多
くの導波体の直列シーケンスからなっていてもよい。

［実施例］ 本発明を添附図面第２図に示される実施例で説明する。

第２図は、直線のセクションで屈折率が以下で述べられ
るように分配される光導波体である１実施例を示す。前
記導波体はこの導波体部分の対称軸を中心にねじりを受
けなければならない（たとえば、プレフォームから引伸
ばされる時）。

この導波体の部分は次のように形成される。

屈折率が一定（あるいはおよそ一定）である外半径ａの
丸い中心領域がある。これはｎｌ（屈折率ｎ１を表わす
）として示される。

屈折率が一定であり、半径すの円周によって内側の限界
を定められた外側のａｍがある。これはｎ２として示さ
れる。また屈折率はｎ２〈ｎｌである。

中間領域（ａ＞ｒ＞ｂ）はｍ個の角セクタに（ｍ−８あ
るいはｍ−８の倍数、上述の理由で）に分割される。

適切な基準角度から始って偶数番目の角セクタは一定の
屈折率ｎ３（屈折率ｎ２と一致してもよくいずれにせよ
屈折率ｎ１より小さい）を有する。

奇数番目の位置の角セクタは、半径ｒ−ａにおける屈折
率ｎ１（あるいはこれより微かに低い値）から始まり、
半径ｒ−ｂにおける値ｎ２（あるいは微かに高い値）で
終る半径ｒの増加とともに次第に減少する屈折率ｎ４を
有する。前記屈折率ｎ４は１／ｒ２に比例して変化する
。

偶数番目の（あるいは奇数番目の）セクタの角の幅は構
造のデザインのパラメタである。。

説明を簡単にするために、ｍ−８とし、屈折室は屈折率
ｎが最大−黒、ｎが最少−白の濃度が漸次的に変化する
グラフを使用すると、前記のものは、導波体部分が典型
的に“ウオークロス”型である図のスケッチによって表
わされる。

本発明の基本点は奇数番目のセクタの屈折率の変化に対
して比例法則ｈ／ｒ２　　（ｈ−均整定数）を選択した
ことである。実際、この選択によって、伝導される電磁
エネルギーは導波体セクション中で半径方向および方位
角方向に分配することにより法則を非常に正確に制御す
ることができるマックスウェルの方程式から始まる数学
的手段によって説明される。

これによって、この様な丸い複屈折導波体の端末接続で
の損失を最少限度に押え、任意の予め設定された限界内
でイミサリーとエミサリーの等方性導波体の調整に対し
て“ウオークロス”の調整が可能となる。

もっと正確には、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３と、半径ａ、
ｂと、比例定数りと、および奇数番目のセクタの角の暢
φのような設計パラメタに作用することによって、前記
のような調節（それゆえ異方性導波体の端末での損失の
減少）とエネルギーを放出しないでエネルギーを伝送す
るような構造の状態に合う最大に丸い複屈折（そのため
導波体に沿って分配される損失の拡大）との間には妥協
が得られる。

実際、説明を簡単にするために、ｂはイミサリー導波体
のコアの半径に等しく、またさらに簡単に説明するため
に、コアとそのシェルはｎｌとｎ２に等しい屈折率であ
るとすると、丸い複屈折は、ａの減少、φの減少、およ
びｈが増えるのと共に増加する。もし、逆の調整が行わ
れれば調整は改善される。

必要があれば、たとえばより高い丸い複屈折のもう１つ
のゾーンを後続するすぐれた調節のできる最初のゾーン
を得るために、セクションパラメタ（屈折率および幾何
学的大きさ）は縦軸に沿って徐々に変化されることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は従来の光導波体の断面図であ
り、第２図は本発明の光導波体の１実施例の断面図であ
る。 ｎＬ　ｎ２、ｎ３、ｎ４・・・屈折率。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 手続補正書（方幻 昭和　年　月　日 特許庁長官黒田明雄殿　　６１．１０．−８１．３件の
表示 特願昭６１−１７５４３３号 ２、発明の名称 丸い複屈折誘電体先導波体 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称　パイアリ・ジェネラル・ピーエルシー４、代理人 住所　東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビ
ル昭和６１年９月３０日 ６、補正の対象 適正な願書（代表者の氏名）、委任状およびその訳文、
図面 ７、補正の内容　　別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）導波体部分が、一定あるいはほぼ一定の屈折率ｎ
   １を有する中心にある丸いゾーンと、屈折率ｎ２の外側
   のゾーンと、８個あるいは８の倍数に分けられた角セク
   タよりなる中間領域とを有し、前記角セクタは交互にそ
   れぞれ屈折率ｎ３とｎ４を有し、屈折率ｎ３は一定であ
   るあるいは導波体の軸からの距離の平方に逆比率して変
   化し、屈折率ｎ４は導波体の軸からの距離の平方に逆比
   率して変化し、屈折率ｎ１は屈折率ｎ２より大きく、屈
   折率ｎ１は屈折率ｎ３より大きく、屈折率ｎ４は屈折率
   ｎ１と屈折率ｎ２との間にあり、前記導波体は対称な縦
   軸を中心にねじりを受け、および／あるいは前記導波体
   がシリンダ上でらせん状に巻付けられることを特徴とす
   る丸い複屈折誘電体導波体。
2. （２）中心の丸いゾーンの半径が所望の大きさである特
   許請求の範囲第１項記載の導波体。
3. （３）中間領域で２個の隣接する角セクタの角の幅の合
   計が４πをセクタの総数で割った値に等しい特許請求の
   範囲第１項記載の導波体。
4. （４）外側のゾーンの屈折率ｎ２が一定である特許請求
   の範囲第１項記載の導波体。
5. （５）外側のゾーンの屈折率ｎ２が半径方向で変化する
   特許請求の範囲第１項記載の導波体。
6. （６）中間領域でセクタの屈折率ｎ３とｎ４が、前記軸
   からの等しい距離において屈折率ｎ４より屈折率ｎ３の
   方が小さく、これら屈折率ｎ３およびｎ４は導波体の軸
   からの距離の平方に対して逆比率して変化する特許請求
   の範囲第１項記載の導波体。
7. （７）導波体は、縦軸に沿つて領域およびセクタの大き
   さならびに、屈折率が緩やかに変化している特許請求の
   範囲第１項記載の導波体。
8. （８）多数の導波体の直列シーケンスを備える特許請求
   の範囲第１項記載の導波体。