(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステップインデックス型の光ファイバを用いて光信号を伝送する際に光入射側の第１の光ファイバと光出射側の第２の光ファイバとの間に介在せしめられる光ファイバコネクタであって、
前記第１の光ファイバの出射端及び前記第２の光ファイバの入射端と共通の光軸を持つように配置され、
各頂点どうし対向するようにして同軸状に配置された第１の円錐形状透明部材と第２の円錐形状透明部材、その径方向外方の位置に同軸状に配置された円筒形状反射部材、及び光収束手段を備えており、
前記第１の光ファイバから発散状態で出射される光を、前記第１の円錐形状透明部材へと底面から入射させ円錐面により内面反射させた後に円錐面から前記光軸に対して斜めに径方向外方へと出射させ、前記円筒形状反射部材により径方向内方へと反射させ、前記第２の円錐形状透明部材へと円錐面から入射させ円錐面により内面反射させた後に底面から出射させ、前記第２の光ファイバへと収束状態で入射させ、しかも以上の光路中に前記光収束手段が介在しており、
前記第１の光ファイバから前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって出射された高次モード光が前記第２の光ファイバへと前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって低次モード光として入射され、且つ前記第１の光ファイバから前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって出射された低次モード光が前記第２の光ファイバへと前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって高次モード光として入射されるように構成されており、
前記第１の光ファイバの長さと前記第２の光ファイバの長さとの差が５０％以下である、
ことを特徴とする、モード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【請求項２】
前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の底面及び第２の円錐形状透明部材の底面にそれぞれ隣接して配置された凸レンズであることを特徴とする、請求項１に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【請求項３】
前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の底面及び第２の円錐形状透明部材の底面をそれぞれ凸曲面となすことにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【請求項４】
前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の円錐面及び第２の円錐形状透明部材の円錐面にそれぞれ膨らみを付与することで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【請求項５】
前記光収束手段は前記円筒形状反射部材の反射面を前記光軸を含む断面が凹曲線状をなすようにすることで形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【請求項６】
前記円筒形状反射部材は円柱形状透明部材の外周面に形成されており、該円柱形状透明部材は両端面に前記第１の円錐形状透明部材及び第２の円錐形状透明部材を受け入れるための凹円錐面が形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバを用いた光信号伝送技術に属するものであり、特に、マルチモードステップインデックス型の光ファイバ（以下、単に「ＳＩ型光ファイバ」と略す）を用いた光信号伝送において伝送可能な情報量を増大させるために用いられるモード入替え用光ファイバコネクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
ＳＩ型光ファイバは、光信号伝送の媒体として広く使用されている。ＳＩ型光ファイバを伝搬する光には多数のモードが存在する。従って、ＳＩ型光ファイバを用いた光信号伝送では、光ファイバ端面に対する入射角・出射角が大きい高次モードの光は光ファイバ端面への入射角・出射角が小さい低次モードの光より光ファイバ長手方向の伝搬速度が遅くなるので、モードによって光ファイバ長手方向の伝搬速度が異なるというモード分散の現象がある。これにより、入射端から入射した信号パルスは、出射端においては、低次モードの光と高次モードの光とが合成されることによりパルス形状が劣化する。このため、特に高い周波数の信号を伝送することができないという問題がある。
【０００３】
伝送可能な信号の周波数範囲を伝送帯域といい、一般に伝送可能な上限周波数値で示す。伝送帯域が広いということは、一定時間に伝達可能な情報量を多くすることができるということである。
【０００４】
ＳＩ型光ファイバを用いた光信号伝送では、既に述べた様に、モード分散による信号劣化が原因で伝送帯域が制限され、例えば１００ｍ伝送における典型的な値で数十ＭＨｚ〜百数十ＭＨｚと低い。
【０００５】
そこで、本発明は、ＳＩ型光ファイバを用いる光信号伝送の伝送帯域を大幅に改善し、伝達可能な情報量を増大させるのに使用される光学要素を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
ステップインデックス型の光ファイバを用いて光信号を伝送する際に光入射側の第１の光ファイバと光出射側の第２の光ファイバとの間に介在せしめられる光ファイバコネクタであって、
前記第１の光ファイバの出射端及び前記第２の光ファイバの入射端と共通の光軸を持つように配置され、
各頂点どうし対向するようにして同軸状に配置された第１の円錐形状透明部材と第２の円錐形状透明部材、その径方向外方の位置に同軸状に配置された円筒形状反射部材、及び光収束手段を備えており、
前記第１の光ファイバから発散状態で出射される光を、前記第１の円錐形状透明部材へと底面から入射させ円錐面により内面反射させた後に円錐面から前記光軸に対して斜めに径方向外方へと出射させ、前記円筒形状反射部材により径方向内方へと反射させ、前記第２の円錐形状透明部材へと円錐面から入射させ円錐面により内面反射させた後に底面から出射させ、前記第２の光ファイバへと収束状態で入射させ、しかも以上の光路中に前記光収束手段が介在しており、
前記第１の光ファイバから前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって出射された高次モード光が前記第２の光ファイバへと前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって低次モード光として入射され、且つ前記第１の光ファイバから前記光軸に対して比較的小さな傾きをもって出射された低次モード光が前記第２の光ファイバへと前記光軸に対して比較的大きな傾きをもって高次モード光として入射されるように構成されており、
前記第１の光ファイバの長さと前記第２の光ファイバの長さとの差が５０％以下である、
ことを特徴とする、モード入替え機能を持つ光ファイバコネクタ、
が提供される。
【０００７】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の底面及び第２の円錐形状透明部材の底面にそれぞれ隣接して配置された凸レンズである。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の底面及び第２の円錐形状透明部材の底面をそれぞれ凸曲面となすことにより形成されている。
【０００９】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記第１の円錐形状透明部材の円錐面及び第２の円錐形状透明部材の円錐面にそれぞれ膨らみを付与することで形成されている。
【００１０】
本発明の一態様においては、前記光収束手段は前記円筒形状反射部材の反射面を前記光軸を含む断面が凹曲線状をなすようにすることで形成されている。
【００１１】
本発明の一態様においては、前記円筒形状反射部材は円柱形状透明部材の外周面に形成されており、該円柱形状透明部材は両端面に前記第１の円錐形状透明部材及び第２の円錐形状透明部材を受け入れるための凹円錐面が形成されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
先ず、本発明のモード入替え機能を持つ光ファイバコネクタの使用される光信号伝送方法について説明する。図１はこの光信号伝送方法の一実施形態を示す模式的断面図であり、図２はその伝送路の全体を示す模式図である。
【００１４】
以下において、説明の便宜上、低次モード光として光軸近傍の光を代表的に図示して説明し、高次モード光として光軸から最も遠い外周部（周辺部）近傍の光を代表的に図示して説明する。但し、本発明でいう低次モード光及び高次モード光は、これら図示されたもののみに限定されるものではないことはもちろんである。
【００１５】
図１及び図２において、２１は第１のＳＩ型光ファイバであり、２２は第２のＳＩ型光ファイバであり、２３はこれら２つの光ファイバ２１，２２を接続する光ファイバコネクタである。光ファイバ２１はコア２１ａとクラッド２１ｂとからなり、光ファイバ２２はコア２２ａとクラッド２２ｂとからなる。
【００１６】
図２に示されているように、光信号は、光ファイバ２１の一方の端部から入射され（ＩＮ）、光ファイバ２１の他方の端部から出射して光ファイバコネクタ２３の一方の端部に入射され、光ファイバコネクタ２３の他方の端部から出射して光ファイバ２２の一方の端部へと入射され、光ファイバ２２の他方の端部から出射する（ＯＵＴ）。
【００１７】
図１を用いて更に詳細に説明する。光ファイバ２１の一方の端面に同時に入射した低次モードの光（入射角が小さい光）Ａと高次モードの光（入射角が大きい光）Ｂとは、光ファイバ２１中を伝搬し、それぞれ光ファイバ２１の他方の端面からＡ’，Ｂ’として出射する。この出射の際には、高次モード光Ｂ’は低次モード光Ａ’に対して時間的遅れΔｔを持つ。これらの光Ａ’，Ｂ’は、光ファイバコネクタ２３を経て光ファイバ２２の一方の端面に入射する。
【００１８】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３において、入射時には低次モードであった光Ａ’を高次モード光に変換して出射させ、入射時には高次モードであった光Ｂ’を低次モード光に変換して出射させる。かくして、光ファイバコネクタ２３においてモード入替えがなされ、光ファイバ２２の一方の端面には、光Ａ’が高次モードとして且つ光Ｂ’が低次モードとして入射する。
【００１９】
従って、光ファイバ２２の一方の端面に時間的ずれΔｔをもって入射した低次モード光Ｂ’と高次モード光Ａ’とは、光ファイバ２２中を伝搬し、光ファイバ２２の他方の端面からＢ”，Ａ”として出射する時には、光ファイバ２２への入射時の時間的ずれΔｔが解消され、低次モード光Ｂ”と高次モード光Ａ”とはほぼ同時に出射する。これにより、モード分散が解消され、伝送帯域が改善される。
【００２０】
光ファイバ２１の長さと光ファイバ２２の長さとは原理的には等しくとるべきであり、この場合に伝送帯域改善の効果は最大となるが、光ファイバ２１の長さと光ファイバ２２の長さとが若干異なっても充分な効果が認められる。例えば、光ファイバ２１の長さと光ファイバ２２の長さとが２０％程度異なっていても、伝送帯域の低下は僅かである。また、光ファイバ２１の長さと光ファイバ２２の長さとの差が５０％程度に拡大したとしても、本発明の伝送方法を使用しない場合の２倍程度の伝送帯域は得られ、明らかな効果が認められる。
【００２１】
図３は以上のような光伝送方法に用いられる本発明の光ファイバコネクタ２３の第１の実施形態を示す模式的断面図であり、図４はその概略斜視図である。
【００２２】
本実施形態では、ＳＩ型光ファイバ２１の出射端とＳＩ型光ファイバ２２の入射端とは同軸状に対向配置されている。これらの間において、光ファイバコネクタ２３が同軸状に配置されている。光ファイバコネクタ２３は２枚の凸レンズ３，４とこれらの間に配置された２つの円錐形状透明部材６，７とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された１つの円筒形状反射部材５とからなる。２つの円錐形状透明部材６，７は、頂点どうしが対向するようにして（即ち、底面どうしが外向きになるようにして）配置されている。尚、本実施態様においては、「円錐形状」とは、必ずしも幾何学的に厳密な意味での円錐形状であることは要せず、所望の光学的有効領域において円錐面と底面とが存在するものであればよい。また、円筒形状反射部材５は、例えば内面に金属反射膜を付与されたものである。
【００２３】
光ファイバ２１の出射端から出射した光は、凸レンズ３により円形断面で光軸方向に進行する平行光とされ、円錐形状透明部材６の底面に垂直入射する。その際、光ファイバ２１の出射端から出射した高次モード光は凸レンズ３の周辺部またはその近傍を通って円錐形状透明部材６の底面周辺部またはその近傍に入射し、一方、光ファイバ２１の出射端から出射した低次モード光は凸レンズ３の中心部またはその近傍を通って円錐形状透明部材６の底面中心部またはその近傍に入射する。これらの光は、円錐形状透明部材６の円錐面６ａにより径方向内方へと内面反射され、図３の断面内において並進し、円錐形状透明部材６の円錐面６ｂ（内面反射された領域とは別の領域）から出射し、円筒形状反射部材５により反射される。そして、円錐形状透明部材７に到達し、その円錐面７ｂから入射し、円錐面７ａ（入射した領域とは別の領域）により光軸方向へと内面反射され、底面から垂直出射し平行光となる。以上の円錐面による内面反射は全反射であるのが好ましい。円錐形状透明部材６，７の形状及びこれらの間隔並びに円筒形状反射部材５の内径を適宜設定することにより、図３に示されているように、円錐形状透明部材６の底面の周辺部またはその近傍に入射した高次モード光を円錐形状透明部材７の底面の中心部またはその近傍へと導き且つ円錐形状透明部材６の底面の中心部またはその近傍に入射した低次モード光を円錐形状透明部材７の底面の周辺部またはその近傍へと導き、更に、これらの光を光軸方向に進行する平行光とすることができる。円錐形状透明部材６，７の頂角を約６０度とすることにより、円錐面通過（入出射）の際の屈折を避けることができ有利である。円錐形状透明部材７から出射した平行光は、凸レンズ４により収束され、光ファイバ２２の入射端に入射する。光ファイバ２１から円錐形状透明部材６の底面の周辺部またはその近傍に入射した高次モード光は、光ファイバ２２へと入射する際には、光軸とのなす角度が小さくなっているので低次モード光として光ファイバ２２へと導入され、一方、光ファイバ２１から円錐形状透明部材６の底面の中心部またはその近傍に入射した低次モード光は、光ファイバ２２へと入射する際には、光軸とのなす角度が大きくなっているので高次モード光として光ファイバ２２へと導入される。かくして、光ファイバコネクタ２３により、低次モード光と高次モード光とが変換され（入替えられ）たことなる。
【００２４】
図５は本発明の光ファイバコネクタの第２の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図１〜４におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【００２５】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は底面が凸レンズ面とされた２つの円錐形状透明部材８，９とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された１つの円筒形状反射部材５とからなる。２つの円錐形状透明部材８，９は、頂点どうしが対向するようにして配置されており、底面が凸レンズ面１０，１１とされている。
【００２６】
本実施形態は、図３及び図４の実施形態の凸レンズ３，４の光収束機能を、円錐形状透明部材８，９の底面を凸レンズ面１０，１１とすることにより、実現したものである。従って、本実施形態は図３及び図４の実施形態と同等の作用効果を奏する。また、本実施形態のようにすることで、部品点数が削減される。
【００２７】
図６は本発明の光ファイバコネクタの第３の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図１〜５におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【００２８】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は２枚の凸レンズ３，４とこれらの間に配置された２つの円錐形状透明部材６，７とこれら円錐形状透明部材の円錐面に適合する形状の２つの凹円錐面を両端面に有する１つの円柱形状透明部材１２とからなる。ここで、凹円錐面とは、凹部を形成する様に円柱の端部から同軸状の円錐体を除去した後に、該円錐体の円錐面に対応して形成される表面をいう。２つの円錐形状透明部材６，７は、頂点どうしが対向するようにして配置されている。また、円柱形状透明部材１２の外周面１３は円筒形状反射部材の機能を有する。
【００２９】
本実施形態は図３及び図４の実施形態と同等の作用効果を奏する。また、本実施形態のようにすることで、円柱形状透明部材１２の凹円錐面に円錐形状透明部材６，７を単に適合させるのみで自動的に光軸合わせ等の光学系調整がなされるので、組み立て調整が容易である。
【００３０】
図７は本発明の光ファイバコネクタの第４の実施形態を示す模式的断面図であり、図８はその概略斜視図である。これらの図において、図１〜６におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【００３１】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は円錐面が外方へと膨らみを持つ２つの円錐形状透明部材１４，１５とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された１つの円筒形状反射部材１６とからなる。２つの円錐形状透明部材１４，１５は、頂点どうしが対向するようにして配置されており、光軸を含む断面において円錐面１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂが外方に凸の曲線（例えば円弧）とされている。
【００３２】
本実施形態は、図５の実施形態で円錐形状透明部材８，９の底面を凸球面１０，１１とすることにより実現している光収束機能を、円錐形状透明部材１４，１５の円錐面に負担させたものである。尚、この光収束機能は、円錐面により内面反射される際に主として実現され、円錐面を通過する際にも補助的に実現される（図７に示されている光に関していえば、円錐面１４ａ，１５ａでの内面反射の際に主たる光収束作用が実現され、円錐面１４ｂ，１５ｂを通過する際に補助的な光収束作用が実現される）。
【００３３】
本実施形態は図５の実施形態と同等の作用効果を奏する。
【００３４】
図９は本発明の光ファイバコネクタの第５の実施形態を示す模式的断面図である。この図において、図１〜８におけると同様の機能を有する部材には同一の符号が付されている。
【００３５】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は２つの円錐形状透明部材１７，１８とこれら円錐形状透明部材の径方向外方に配置された凹曲面からなる反射面をもつ１つの円筒形状反射部材１９とからなる。２つの円錐形状透明部材１７，１８は、頂点どうしが対向するようにして配置されている。また、円筒形状反射部材１９は、光軸を含む断面での形状が凹の曲線（例えば円弧）状をなす反射面を有する。
【００３６】
本実施形態は、図７及び図８の実施形態で円錐形状透明部材１４，１５の円錐面に膨らみを持たせることで実現している光収束機能を、円筒形状反射部材１９の反射内面に負担させたものである。従って、本実施形態では、円筒形状反射部材１９に至るまでは光は発散状態であり、円筒形状反射部材１９により反射された後は光は収束状態である。
【００３７】
本実施形態は図７及び図８の実施形態と同等の作用効果を奏する。
【００３８】
尚、図６の実施形態のような円筒形状透明部材１２の使用は、図５、図７〜８及び図９のいずれの実施形態とも組合せて実施することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、光ファイバ伝送路の途中に本発明によるモード入替え機能を有する光ファイバコネクタを介在させることによって、モード分散を抑制して伝送帯域を向上させ、伝達可能な情報量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光信号伝送方法の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】図１の光信号伝送方法の伝送路の全体を示す模式図である。
【図３】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図４】図３の光ファイバコネクタの概略斜視図である。
【図５】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図６】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【図８】図７の光ファイバコネクタの概略斜視図である。
【図９】本発明の光ファイバコネクタの実施形態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
３，４    凸レンズ
５    円筒形状反射部材
６，７    円錐形状透明部材
６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ    円錐面
８，９    凸レンズ面状底面を持つ円錐形状透明部材
１０，１１    凸レンズ面状底面
１２    凹円錐面を持つ円柱形状透明部材
１３    外周反射面
１４，１５    円錐面が膨らみを持つ円錐形状透明部材
１６    円筒形状反射部材
１７，１８    円錐形状透明部材
１９    凹面形状反射面を持つ円筒形状反射部材
２１，２２    光ファイバ
２３    光ファイバコネクタ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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