(57)【要約】      （修正有）【課題】マルチモード光ファイバーを用いて双方向光通信を実現する。【解決手段】幹線光導波路１０は、第１端側Ａにおいて、屈曲した第１屈曲部１１と、第２端側Ｂにおいて、屈曲した第２屈曲部２１とを有している。第１屈曲部１１の外周屈曲面である第１外周屈曲面１１０に接合する第１送信光導波路１４と、第２屈曲部２１の外周屈曲面である第２外周屈曲面２１０に接合する第２送信光導波路２４とを有する。第１送信光導波路１４の端部から送信信号ｓ１を、第２端側Ｂに向けて送信し、幹線光導波路１０の第２端２５で受信する。また、第２送信光導波路２４の端部から送信信号ｓ２を、第１端側Ａに向けて送信し、幹線光導波路１０の第１端１５で受信する。これにより双方向の通信が可能となる。【選択図】図１
2020144297.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチモード光ファイバーである幹線光導波路の第１端側と他の第２端側との間で光信号を送信及び受信するようにした双方向光通信システムにおいて、
前記幹線光導波路は、前記第１端側において、屈曲した第１屈曲部と、前記第２端側において、屈曲した第２屈曲部とを有し、
前記第１屈曲部の外周屈曲面である第１外周屈曲面に接合するマルチモード光ファイバーである第１送信光導波路と、
前記第２屈曲部の外周屈曲面である第２外周屈曲面に接合するマルチモード光ファイバーである第２送信光導波路と、
を有し、
前記第１送信光導波路の端部を、前記第２端側に向けて送信するための第１端送信信号を入力する第１送信端とし、
前記第２送信光導波路の端部を、前記第１端に向けて送信するための第２端送信信号を入力する第２送信端とし、
前記第１端側の前記幹線光導波路の端部を、受信した前記第２端送信信号を第１端受信信号として外部に出力する第１受信端とし、
前記第２端側の前記幹線光導波路の端部を、受信した前記第１端送信信号を第２端受信信号として外部に出力する第２受信端とし、
前記第１屈曲部に連続した前記第２端側に伸びる光導波路部分を直線にした場合の中心軸である第１仮想直線中心軸と、前記第１送信光導波路の中心軸とが成す角のうちの鋭角であって、前記第１屈曲部と前記第１受信端との間の光導波路部分に向かう方向の角度を負方向として定義する第１接続角を負の範囲の値とし、
前記第２屈曲部に連続した前記第１端側に伸びる光導波路部分を直線にした場合の中心軸である第２仮想直線中心軸と、前記第２送信光導波路の中心軸とが成す角のうちの鋭角であって、前記第２屈曲部と前記第２受信端との間の光導波路部分に向かう方向の角度を負方向として定義する第２接続角を負の範囲の値とした
ことを特徴とする双方向光通信システム。
【請求項２】
光の伝搬角を前記幹線光導波路を直線にした時の中心軸に対する角度と定義し、そのときの伝搬可能な光の伝搬角範囲を全伝搬角範囲と定義し、前記全伝搬角範囲の光が前記第１屈曲部又は前記第２屈曲部に入射するときに、前記第１外周屈曲面又は前記第２外周屈曲面における入射点の位置に係わらず、伝搬が遮断されない光の伝搬角範囲のうち最大値を屈曲部最大伝搬角と定義するとき、
前記第１屈曲部及び前記第２屈曲部の曲率半径は、前記屈曲部最大伝搬角を、前記第１送信光導波路及び前記第２送信光導波路を伝搬する前記第１端送信信号及び前記第２端送信信号の最大伝搬角よりも小さくする値に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の双方向通信システム。
【請求項３】
前記第１仮想直線中心軸と前記第１外周屈曲面との交点に対する、前記第１送信光導波路の中心軸と前記第１外周屈曲面との交点の変位は、前記第１送信光導波路のコア半径の１／２以下であり、
前記第２仮想直線中心軸と前記第２外周屈曲面との交点に対する、前記第２送信光導波路の中心軸と前記第２外周屈曲面との交点の変位は、前記第２送信光導波路のコア半径の１／２以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の双方通信システム。
【請求項４】
前記第１接続角及び前記第２接続角は、−６度以上、−２度以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の双方向光通信システム。
【請求項５】
前記第１屈曲部及び前記第２屈曲部の曲率半径は２ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の双方向光通信システム。
【請求項６】
前記第１送信光導波路の前記第１外周屈曲面に接合する部分はポリマー導波路であり、前記第２送信光導波路における前記第２外周屈曲面に接合する部分はポリマー光導波路であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の双方向光通信システム。
【請求項７】
前記第１送信光導波路における、前記第１外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、前記第１外周屈曲面におけるクラッドの屈折率以下であり、
前記第２送信光導波路における、前記第２外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、前記第２外周屈曲面におけるクラッドの屈折率以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の双方向光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向光通信を可能とする双方向通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されているように、幹線に光ファイバーを用いた通信に使用される光分岐結合器が知られている。その光分岐結合器は、光の受信端に向けて径が細くなるテーパ部と、そのテーパ部の側面に接合した、テーパ部の径よりも小さい径を有した送信用光導波路とを有している。その光分岐結合器を用いた通信システムでは、テーパ部の端面に設けられた受光素子により幹線を伝搬した光信号が受信され、送信用光導波路の端面に設けられた発光素子から光信号が幹線に向けて送信される。
【０００３】
また、特許文献２には、直線状のマルチモード光導波路である主線と、その主線の側面に接合され、主線の断面積より小さい断面積のシングルモード光導波路とを有した光分岐結合器が開示されている。その光分岐結合器では、シングルモード光導波路から主線に向けて光信号を送信し、主線の受信端面から主線を伝搬した光信号が受信される。この光分岐結合器が幹線の両端に設けられることで、両端間で双方向通信が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８３７４３
【特許文献２】特開昭６２−２９１６０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された光分岐結合器では、テーパ部とその側面に接続された送信用光導波路は金型を用いた樹脂成形により一体的に形成されている。そのため受信端に向かう受信光の一部は、送信用光導波路の側に漏れる。また、受信光はテーパ部の側面で多重反射しながら受信端に向かうが、テーパのため入射角が次第に大きくなり外部に漏洩する。このために、受信光のレベルが低下するという問題がある。また、金型による一体成形であることから、製造が容易ではない。
【０００６】
また、特許文献２に開示の光分岐結合器は、直線状のマルチモード光導波路の側面に断面積の小さな送信用のシングルモード光導波路を接続している。このため、受信光がシングルモード光導波路に分岐されることは抑制され、受信光の分岐損失は低下できる。しかし、シングルモード光導波路を用いている結果、送信光の電力が小さくならざるを得ない。また、この光分岐結合器も特許文献１と同様に樹脂成形により製造されているものと思われ、製造が容易ではない。
【０００７】
さらに、特許文献１、２共に、幹線に対する送信用光導波路との接続角が、両端局間での挿入損失や、同一端局における送信信号の受信端への回り込み量に影響を与えることは全く示唆していない。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、安価な１本のマルチモード・光ファイバを用いた製造の容易な構造の双方向通信システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するための発明の構成は、マルチモード光ファイバーである幹線光導波路の第１端側と他の第２端側との間で光信号を送信及び受信するようにした双方向光通信システムにおいて、幹線光導波路は、第１端側において、屈曲した第１屈曲部と、第２端側において、屈曲した第２屈曲部とを有し、第１屈曲部の外周屈曲面である第１外周屈曲面に接合するマルチモード光ファイバーである第１送信光導波路と、第２屈曲部の外周屈曲面である第２外周屈曲面に接合するマルチモード光ファイバーである第２送信光導波路と、を有し、第１送信光導波路の端部を、第２端側に向けて送信するための第１端送信信号を入力する第１送信端とし、第２送信光導波路の端部を、第１端に向けて送信するための第２端送信信号を入力する第２送信端とし、第１端側の幹線光導波路の端部を、受信した第２端送信信号を第１端受信信号として外部に出力する第１受信端とし、第２端側の幹線光導波路の端部を、受信した第１端送信信号を第２端受信信号として外部に出力する第２受信端とし、第１屈曲部に連続した第２端側に伸びる光導波路部分を直線にした場合の中心軸である第１仮想直線中心軸と、第１送信光導波路の中心軸とが成す角のうちの鋭角であって、第１屈曲部と第１受信端との間の光導波路部分に向かう方向の角度を負方向として定義する第１接続角を負の範囲の値とし、第２屈曲部に連続した第１端側に伸びる光導波路部分を直線にした場合の中心軸である第２仮想直線中心軸と、第２送信光導波路の中心軸とが成す角のうちの鋭角であって、第２屈曲部と第２受信端との間の光導波路部分に向かう方向の角度を負方向として定義する第２接続角を負の範囲の値としたことを特徴とする双方向光通信システムである。
【００１０】
上記構成において、双方向同時通信には波長多重、モード多重、時分割多重、半二重通信等の方式を用いることができる。マルチモード光ファイバーは、ステップインデックス型マルチモード光ファイバーであっても、グレーデッドインデックス型マルチモード光ファイバーであっても良い。幹線光導波路のコア径と、第１光送信導波路のコア径、第２光送信導波路のコア径は、同一であっても、それぞれ異なっていても良い。第１光送信導波路のコア径と第２光送信導波路のコア径は、幹線光導波路のコア径に等しいか、小さいことが望ましい。
【００１１】
上記構成において、光の伝搬角を幹線光導波路を直線にした時の光導波路の中心軸に対する角度と定義し、そのときの伝搬可能な光の伝搬角範囲を全伝搬角範囲と定義し、全伝搬角範囲の光が第１屈曲部又は第２屈曲部に入射するときに、第１外周屈曲面又は第２外周屈曲面における入射点の位置に係わらず、伝搬が遮断されない光の伝搬角範囲のうち最大値を屈曲部最大伝搬角と定義するとき、第１屈曲部及び第２屈曲部の曲率半径は、屈曲部最大伝搬角を、第１送信光導波路及び第２送信光導波路を伝搬する第１端送信信号及び第２端送信信号の最大伝搬角よりも小さくする値に設定されていることが望ましい。
【００１２】
幹線光導波路を直線にした時の最大伝搬角を臨界伝搬角とすると、この臨界伝搬角よりも大きい伝搬角の光はクラッドで全反射せずにクラッド側に漏れ出るので、放射又は多重反射により減衰し幹線光導波路を伝搬しない。したがって、幹線光導波路を直線にした時に伝搬可能な光の伝搬角範囲は、０°以上、臨界伝搬角以下である。幹線光導波路の中心軸と屈曲部の中心軸とを含む平面断面図における屈曲部の外側輪郭線において、屈曲中心側を下側、その反対側を上側とする。この臨界伝搬角以下の伝搬角を有する光が屈曲部に入射するとき、外周屈曲面に対する入射点の位置が上側に位置するほど、臨界伝搬角により近い伝搬角の光も屈曲部を伝搬するようになる。また、入射点が下側に近づくに連れて、屈曲部を伝搬可能な伝搬角範囲は狭くなる。その狭くなった伝搬角範囲の最大伝搬角が、屈曲部最大伝搬角として定義されている。屈曲部最大伝搬角以上、臨界伝搬角以下の伝搬角を有する光の一部は屈曲部を伝搬する。この状態において、送信光導波路から外周屈曲面に送信信号が入力すると、その信号はより高次のモードに変換されて幹線光導波路を伝搬する。屈曲部最大伝搬角が、この送信信号の幹線光導波路における最大伝搬角よりも小さくなるように、屈曲部の曲率半径が決定されている。このようにすることで、屈曲部に入射された送信信号は幹線光導波路の他端の受信端から出力させることができる。また、送信光導波路の接続角は負値であるので、送信光導波路における電力密度の高い低次数モードの光を屈曲部に入射させることができる。
【００１３】
また、上記構成において、第１仮想直線中心軸と第１外周屈曲面との交点に対する、第１送信光導波路の中心軸と第１外周屈曲面との交点の変位は、第１送信光導波路のコア半径の１／２以下であり、第２仮想直線中心軸と第２外周屈曲面との交点に対する、第２送信光導波路の中心軸と第２外周屈曲面との交点の変位は、第２送信光導波路のコア半径の１／２以下であることが望ましい。この場合に、送信光導波路から外周屈曲面に効率良く、送信信号を入射させて幹線光導波路を伝搬させることができる。
【００１４】
また、上記構成において、マルチモードファイバーをステップインデックス型とした場合において、第１接続角及び第２接続角は、−６度以上、−２度以下であることをが望ましい。接続角をこの範囲に設定することで、第１送信光導波路及び第２送信光導波路から第１外周屈曲面及び第２外周局面に効率良く、送信信号を入射させて幹線光導波路を伝搬させることができる。
【００１５】
また、上記構成において、マルチモードファイバーをステップインデックス型とした場合において、第１屈曲部及び第２屈曲部の曲率半径は２ｍｍ以上、３ｍｍ以下とすることが望ましい。また、コア直径が２００μｍの場合に、第１屈曲部及び第２屈曲部の曲率半径は２ｍｍ以上、３ｍｍ以下とすることが最適である。曲率半径をこの範囲にすることによって、第１送信光導波路及び第２送信光導波路から第１外周屈曲面及び第２外周局面に効率良く、送信信号を入射させて幹線光導波路を伝搬させることができる。
【００１６】
上記構成において、第１送信光導波路の第１外周屈曲面に接合する部分はポリマー導波路であり、第２送信光導波路における第２外周屈曲面に接合する部分はポリマー光導波路とすることが望ましいが、ポリマー光導波路でなくとも良い。これにより、外周屈曲面と送信光導波路との接続が容易となる。
【００１７】
また、上記構成において、第１送信光導波路における、第１外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、第１外周屈曲面におけるクラッドの屈折率以下であり、第２送信光導波路における、第２外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、第２外周屈曲面におけるクラッドの屈折率以下とすることが望ましい。第１外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、第１外周屈曲面におけるクラッドの屈折率に等しく、第２送信光導波路における、第２外周屈曲面に接触する部分のコアの屈折率は、第２外周屈曲面におけるクラッドの屈折率に等しくすることが最も望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、構造が簡単な双方向の光通信システムを実現することができる。    
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例１に係る双方向光通信システムの構成図。
【図２】屈曲部最大伝搬角と屈曲部の曲率半径との関係を示す説明図。
【図３】送信信号の幹線光導波路における伝搬角と電力密度との関係を示した特性図。
【図４】送信光導波路の屈折率をパラメータとする送受端間挿入損失と屈曲部の曲率半径との関係をシミュレーションにより求めた特性図。
【図５】接続角をパラメータとする送受端間挿入損失と屈曲部の曲率半径との関係をシミュレーションにより求めた特性図。
【図６】送信光導波路の屈折率をパラメータとする送信端挿入損失（クロストーク）と屈曲部の曲率半径との関係をシミュレーションにより求めた特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照して説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２１】
１．双方向光通信システムの構成
図１は本発明の具体的な一実施例に係る光通信システム１の構成を示しており、両端部で屈曲した幹線光導波路の中心軸（光軸）を通る面での断面図である。光通信システム１は、幹線光導波路１０と、その第１端側Ａにおいて幹線光導波路１０に接続された第１送信光導波路１４と、その第２端側Ｂにおいて幹線光導波路１０に接続された第２送信光導波路２４とを有している。幹線光導波路１０の第１端側Ａの端面が、第２端側Ｂから送信された第２端送信信号ｓ２を第１端受信信号ｒ１として出力する第１受信端１５である。また、幹線光導波路１０の第２端側Ｂの端面が、第１端側Ａから送信された第１端送信信号ｓ１を第２端受信信号ｒ２として出力する第２受信端２５である。第１端送信信号ｓ１と第２端送信信号ｓ２の光の波長は異なる。これにより第１端側Ａと第２端側Ｂとで、双方向の同時通信を可能としている。
【００２２】
幹線光導波路１０は、その第１端側Ａにおいて、第１屈曲部１１と、その両端に隣接する第１端側第１部分１２と第１端側第２部分１３とを有している。第１端側第１部分１２は第２端側Ｂに近く、第１端側第２部分１３は第１受信端１５に近い。この第１端側第１部分１２と第１端側第２部分１３は第１屈曲部１１の領域を他の領域と区別するために幹線光導波路１０を直線状にした部分である。また、幹線光導波路１０は、その第２端側Ｂにおいて、第２屈曲部２１と、その両端に隣接する第２端側第１部分２２と第２端側第２部分２３とを有している。第２端側第１部分２２は第１端側Ａに近く、第２端側第２部分２３は第２受信端２５に近い。この第２端側第１部分２２と第２端側第２部分２３は第２屈曲部２１の領域を他の領域と区別するために幹線光導波路１０を直線状にした部分である。
【００２３】
幹線光導波路１０は第１屈曲部１１と第２屈曲部２１を除く区間は、一般的には直線を想定しているが、光を伝搬する導波路である幹線光導波路１０は曲がっている部分が存在しても良い。
【００２４】
第１送信光導波路１４の先端部分は第１ポリマー光導波路１４２である。第１ポリマー光導波路１４２の先端は第１屈曲部１１のクラッドの第１外周屈曲面１１０に接合している。第１送信光導波路１４のコアを直接、第１屈曲部１１の第１屈曲外周面１１０に接着しても良い。直線状の第１端側第１部分１２の中心軸が、第２端側Ｂに伸びる幹線光導波路１０を直線にした場合の中心軸、すなわち、第１仮想直線中心軸１２１である。第１送信光導波路１４の中心軸１４１と第１外周屈曲面１１０との交点Ｐは、第１仮想直線中心軸１２１と第１外周屈曲面１１０との交点に一致している。両交点は一致していることが望ましいが、両交点間の変位は第１送信光導波路１４のコア半径の１／２以下であれば、本実施例による双方向光通信が可能である。第１送信光導波路１４の中心軸１４１と第１仮想直線中心軸１２１との交角のうちの鋭角が第１送信光導波路１４の第１接続角αである。第１接続角αの負方向は第１端側第２部分１３の方向に回転する方向として定義されている。図示する接続角αは負値である。
【００２５】
第２端側Ｂにおいても同様である。すなちわ、第２送信光導波路２４の先端部分は第２ポリマー光導波路２４２である。第２ポリマー光導波路２４２の先端は第２屈曲部２１のクラッドの第２外周屈曲面２１０に接合している。第２送信光導波路２４のコアを直接、第２屈曲部２１の第２屈曲外周面２１０に接着しても良い。直線状の第２端側第１部分２２の中心軸が、第１端側Ａに伸びる幹線光導波路１０を直線にした場合の中心軸、すなわち、第２仮想直線中心軸２２１である。第２送信光導波路２４の中心軸２４１と第２外周屈曲面２１０との交点Ｐは、第２仮想直線中心軸２２１と第２外周屈曲面２１０との交点に一致している。両交点は一致していることが望ましいが、両交点間の変位は第２送信光導波路２４のコア半径の１／２以下であれば、本実施例による双方向光通信が可能である。第２送信光導波路２４の中心軸２４１と第２仮想直線中心軸２２１との交角のうちの鋭角が第２送信光導波路２４の第２接続角αである。第２接続角αの負方向は第２端側第２部分２３の方向に回転する方向として定義されている。図示する第２接続角αは負値である。
【００２６】
２．屈曲部の曲率半径
図２は第２屈曲部２１、第２端側第１部分２２、第２端側第２部分２３のコアを表している。一定の厚さのクラッドは表示されていないが、コアの周囲をクラッドとしてる。幹線光導波路１０のコアの屈折率をｎ1 、クラッドの屈折率と第２送信光導波路２４（図２においては明示されていない）のコアの屈折率が等しくｎ2 である。幹線光導波路１０を第２屈曲部２１に向けて伝搬する光を考える。幹線光導波路１０を直線にした時に伝搬可能を最大伝搬角を臨界伝搬角θ1 と定義する。なお、伝搬角は光線と幹線光導波路１０の中心軸と成す角で定義する。クラッドで全反射される最小入射角（法線に対する角度）が臨界角である。臨界角は（π／２−θ1 ）である。臨界伝搬角θ1 は次式で表される。
【数１】
2020144297.tif 000003
【００２７】
直線状の第２端側第１部分２２の周面と第２屈曲部２１の第２外周屈曲面２１０との交点Ｄに臨界角で入射する光は、第２仮想直線中心軸２２１に平行な方向（ｘ軸に平行な方向）にコアからクラッドに漏れる。一方、幹線光導波路１０を伝搬してきた光のうち、第２端側第１部分２２の周面と第２屈曲部２１の第２内周屈曲面２１１（曲率半径が小さい方の面）との交点Ｃに入射する光を考える。この光は交点Ｃで反射されて第２外周屈曲面２１０上のＡ点に至る。この光の入射角（Ａ点での法線に対する角度）をφとする。この入射角が全反射を起こす臨界角に等しい時のこの光の伝搬角をθ2 とする。この伝搬角θ2 を屈曲部最大伝搬角と定義する。第２屈曲部２１のコアとクラッドとの界面に入射する光の入射角が臨界角φを越える光は第２屈曲部２１を伝搬することはできない。図２から明らかなように、屈曲部最大伝搬角θ2 より小さい伝搬角を有した光は、第２外周屈曲面２１０上の如何なる位置に入射してもその入射角は臨界角よりも大きくなる。したがって、屈曲部最大伝搬角θ2 より小さい伝搬角を有した全ての光は、第２屈曲部２１を伝搬して第２受信端２５に向けて幹線光導波路１０を伝搬する。
【００２８】
一方、幹線光導波路１０において、屈曲部最大伝搬角θ2 以上の伝搬角を有する光は、第２外周屈曲面２１０上のＡ点からＤ点の間の曲面に入射する位置と入射角とにより、第２屈曲部２１を伝搬する光とクラッド側に漏れる光とが存在する。図２から明らかなように、入射点がＤ点に近いほど、より大きいな伝搬角を有する光を第２屈曲部２１を第２受信端２５に向けて伝搬させることができる。すなわち、伝搬可能な光の伝搬角範囲が拡大することになる。換言すれば、伝搬モードで言えば、伝搬角が大きいほど高次数モードであるので、入射点がＤ点に近いほど、高次数モードの光まで屈曲部を伝搬させることができる。すなわち、屈曲部を伝搬する次数モードの範囲が広くなる。
【００２９】
屈曲部最大伝搬角θ2 より小さい伝搬角を有した全ての光路を通る光は、如何なる光路であっても、第２屈曲部２１を伝搬するので、その意味において伝搬角θ2 を屈曲部最大伝搬角と定義している。屈曲部最大伝搬角θ2 と第２屈曲部２１の曲率半径Ｒとの関係を説明する。屈曲部の曲率半径の定義は、外周屈曲面であっても屈曲した中心軸であっても良いが、ここでは、図２に示すように内側の第２内周屈曲面２１１の曲率半径をＲとする。（２）式の関係が成立する。
【００３０】
【数２】
2020144297.tif 000004
ただし、ａは幹線光導波路１０のコアの半径である。
直角三角形ＯＡＢにおいて、
【数３】
2020144297.tif 000005
【数４】
2020144297.tif 000006
【数５】
2020144297.tif 000007
【数６】
2020144297.tif 000008
【００３１】
一方、第２送信導波路２４を伝搬する第２送信信号ｓ２の伝搬角の範囲を０°以上、低次数モード群最大伝搬角θ3 以下の低次数モード群とする。この第２送信信号ｓ２は第２屈曲部２１に入射するときに、より高い次数のモードに変換される。図３は、幹線光導波路１０にけおる伝搬角θの伝搬光の電力分布を示している。この第２送信信号ｓ２はより高次数のモードに変換された結果、屈曲部最大伝搬角θ2 以上、臨界伝搬角θ1 より小さい伝搬角範囲のモードとして幹線光導波路１０を第１受信端１５に向けて伝搬する。このとき、屈曲部最大伝搬角θ2 以上の伝搬角の光の一部は第１屈曲部１１を伝搬し第１受信端１５において第１受信信号ｒ１として出力される。他の光は第１屈曲部１１から外部に漏れることになる。第２接続角αを負値とすることは、図３における電力分布において、屈曲部最大伝搬角θ2 以上、低次数モード群最大伝搬角θ3 以下のモードの光の電力密度を大きくすることができる。
【００３２】
上記のように図３に示す関係のように、屈曲部最大伝搬角θ2 が低次数モード群最大伝搬角θ3 より小さい関係を満たすように第２屈曲部２１の曲率半径Ｒを決定すれば良い。同様に第１屈曲部１１の曲率半径も決定される。このようにすることで，第２送信端２４３から送信された第２送信信号ｓ２は第１受信端１５から第１受信信号ｒ１として受信される。また、第１送信端１４３から送信された第１送信信号ｓ１は第２受信端２５から第２受信信号ｒ２として受信される。このようにして波長多重による双方向通信が可能となる。
【００３３】
３．シミュレーション結果
幹線光導波路１０を、コア直径が２００μｍ、クラッド外形直径が２３０μｍのステップインデックス型のマルチモード光ファイバーとした。この光ファイバーはＩＥＣカテゴリＡ３等のファイバーである。コアの屈折率ｎ1 は１．４５３、クラッドの屈折率は１．４０５とした。第１送信光導波路１４の第１送信端１４３から０°以上、７°以下の低次数モード群の光を入射させて、幹線光導波路１０を第２端側Ｂに向けて伝搬させた。第１送信端１４３と幹線光導波路１０の第２受信端２５間の挿入損失と、第１送信端１４３と幹線光導波路１０の第１受信端１５間の挿入損失（クロストーク）を求めた。このとき、第１ポリマー光導波路１４２、第２ポリマー光導波路２４２、第１送信光導波路１４のコア、第２送信光導波路２４のコアの屈折率ｎ2 を、１．４０５、１．４２、１．４５３の３種に変化させた。
【００３４】
得られた結果を図４に示す。図４は、第１屈曲部１１及び第２屈曲部２１の曲率半径Ｒ（以下、単に「曲率半径Ｒ」という）を変化させたときの、第１送信端１４３と幹線光導波路１０の第２受信端２５間の挿入損失（以下、「送受端間挿入損失」という）を求めた結果である。第１接続角及び第２接続角αは−４°である。異なるｎ2 の屈折率に対して、第１送信光導波路１４及び第２送信光導波路２４側の導波路の屈折率ｎ2 が幹線光導波路１０のクラッドの屈折率に等しい場合が最も挿入損失が小さいことが理解される。また、屈曲部の曲率半径Ｒが２．５ｍｍの時、挿入損失は最小となった。
【００３５】
また、第１接続角及び第２接続角αを各種変化させた時の送受端間挿入損失と曲率半径Ｒとの関係を求めた。その結果を図５に示す。曲率半径Ｒが２ｍｍ以上、３ｍｍ以下の時に送受端間挿入損失は十分に小さいことが理解される。曲率半径Ｒの２ｍｍは、第１送信光導波路１４及び第２送信光導波路２４の開口数ＮＡに対して、ＮＡ・４．０５ｍｍに対応し、曲率半径Ｒの３ｍｍは、ＮＡ・６．７６ｍｍに対応する。したがって、曲率半径は、ＮＡ・４．０５ｍｍ以上、ＮＡ・６．７６ｍｍ以下の範囲に存在することが望ましい。接続角αは−６°以上、−２°以下の範囲の時に送受端間挿入損失は十分に小さいことが理解される。接続角−６°は、上記ＮＡに対して、−ｓｉｎ-1（ＮＡ）・０．２°に、接続角−２°は、−ｓｉｎ-1（ＮＡ）・０．１°に対応している。したがって、接続角αは、−ｓｉｎ-1（ＮＡ）・０．２°以上、．−ｓｉｎ-1（ＮＡ）・０．１°以下の範囲にあることが望ましい。
【００３６】
次に、第１送信端１４３と幹線光導波路１０の第１受信端１５間の挿入損失（クロストーク）（以下、「送信端挿入損失」という）を求めた。その結果を図６に示す。図６は、曲率半径Ｒを変化させたときの、送信端挿入損失を求めた結果である。第１接続角及び第２接続角αは−４°である。異なるｎ2 の屈折率に対して、第１送信光導波路１４及び第２送信光導波路２４側の導波路の屈折率ｎ2 が幹線光導波路１０のクラッドの屈折率に等しい場合が最も挿入損失が大きいこと、すなわち、第１受信端１５へのクロストークが小さいことが理解される。また、曲率半径Ｒが大きいほど、第１受信端１５へのクロストークが小さいことが理解される。
【００３７】
また、クロストーク性能を更に向上させるためには、波長多重方式の場合、第１送信信号及び第２送信信号の波長を異ならせ、第１受信端１５、第２受信端２５において光出力の前に不要な波長の光を除去する波長フィルタを設けると良い。
一方、モード分割多重方式の場合には、第１送信信号と第２送信信号とを幹線光導波路に入射させる時に、入射モード分布を異ならせて、第１受信端１５、第２受信端２５において光出力の前に不要なモード成分をより多く除去するモードフィルタを挿入すると良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、双方向光通信に用いることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…双方向光通信システム
１０…幹線光導波路
１１、２２…第１屈曲部、第２屈曲部
１４、２４…第１送信光導波路、第２送信光導波路
１４３、２４３…第１送信端、第２送信端
１５、２５…第１受信端、第２受信端
１１０、２１０…第１外周屈曲面、第２外周屈曲面
１４２、２４２…第１ポリマー光導波路、第２ポリマー光導波路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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