(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多モードファイバレーザ伝送システムにおける材料または色分散効果およびモード分散効果の両方を補償するための方法であって、
基準多モード光ファイバケーブルと接続された多モードファイバレーザ伝送機のファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することと、
前記多モードファイバレーザ伝送機のファイバ結合空間スペクトル分布からもたらされる前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する前記色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モード光ファイバケーブルを設計することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記多モード光ファイバレーザ伝送機は、レーザ出力放出パターンを多モードファイバに結合するための光サブアセンブリを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ファイバ結合空間スペクトル分布を測定することは、
電源が多モードファイバレーザ伝送機の入力に接続された状態で光信号を生成することと、
前記多モードファイバレーザ伝送機の出力を、基準多モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
マイクロポジショニングステージを使用して、前記基準多モード光ファイバケーブルの出力を、単一モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
前記単一モード光ファイバケーブルの出力を、光スペクトルアナライザの入力に結合することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルのコアの中心から延在する少なくとも第１および第２のファイバコア半径に対するスペクトル分布を判定することと、
第１および第２のファイバコア半径の間のスペクトル分布の変化を計算することと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記改善された多モード光ファイバケーブルを、前記多モードファイバレーザ伝送機と共にパッケージ化することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
各径方向オフセット光スペクトルに対する離散波長およびその相対振幅は、前記モード分散の少なくとも一部を色分散と平衡化するためのＤＭＤ補償を計算するために使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
多モードファイバ伝送機光サブアセンブリにおける色分散効果およびモード分散効果の両方を補償するための方法であって、
基準多モード光ファイバケーブルと接続された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリのファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することと、
前記多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの前記ファイバ結合空間スペクトル分布からもたらされる、前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する前記色分散および前記モード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モードファイバ伝送機を選択することと、
含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記多モード光ファイバ伝送機光サブアセンブリの出力は、前記多モードファイバ伝送機光サブアセンブリからもたらされる前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する前記色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モード光ファイバケーブルを選択するために使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ファイバ結合空間スペクトル分布を測定することは、
電源が前記多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの入力に接続された状態で光信号を生成することと、
前記多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの出力を、前記基準多モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
マイクロポジショニングステージを使用して、前記基準多モード光ファイバケーブルの出力を、単一モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
前記単一モード光ファイバケーブルの出力を、光スペクトルアナライザの入力に結合することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルのコアの中心から延在する少なくとも第１および第２のファイバコア半径に対するスペクトルを判定することと、
前記第１および第２のファイバコア半径の間のスペクトル分布の変化を計算することと、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記改善された多モード光ファイバケーブルを、前記多モードファイバ伝送機光サブアセンブリと共にパッケージ化することをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリにおける色分散効果およびモード分散効果の両方を補償するための方法であって、
基準多モード光ファイバケーブルと接続された前記基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリのファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することと、
前記基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの前記ファイバ結合空間スペクトルからもたらされる、前記基準多モード光ファイバケーブルに存在する前記色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリを設計することと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記基準多モード光ファイバケーブルを、前記改善された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリと共にパッケージ化することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ファイバ結合空間スペクトル分布を測定することは、
電源が前記基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの入力に接続された状態で光信号を生成することと、
前記基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの出力を、前記基準多モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
マイクロポジショニングステージを使用して、前記基準多モード光ファイバケーブルの出力を、単一モード光ファイバケーブルの入力に結合することと、
前記単一モード光ファイバケーブルの出力を、光スペクトルアナライザの入力に結合することと、
前記基準多モード光ファイバケーブルのコアの中心から延在する少なくとも第１および第２のファイバコア半径に対するスペクトル分布を判定することと、
前記第１および第２のファイバコア半径の間の前記スペクトル分布の変化を計算することと、
を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
ＭＭＦ伝送システムにおける色およびモード分散の効果を補償するため、前記基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリの出力空間スペクトル分布を判定するために画像化システムが使用されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善されたチャネル性能のためにモードおよび色分散を補償するためにファイバ結合波長分布の径方向依存性を利用する、レーザ最適化多モード光ファイバケーブル（ＭＭＦ）を作製および利用するために提供される、新たなディファレンシャルモード遅延（ＤＭＤ）仕様に関する。
【０００２】
本発明はまた、特定のファイバ結合空間スペクトル分布を有する多モード光ファイバサブアセンブリにも関する。多モード光ファイバサブアセンブリは、特別設計のＭＭＦとの使用のための多モードファイバ伝送機光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）を含む。ファイバ結合空間スペクトル分布の知識によって、多モード光ファイバ通信システムに内在する分散現象を特別設計ＭＭＦにより補償することができ、それにより改善されたシステム性能が促進される。
【背景技術】
【０００３】
短距離データ通信ネットワークにおけるほとんどの高速光チャネルリンクは、ＭＭＦを採用している。これらのチャネルリンクをサポートする送受信機は、１Ｇｂ／ｓ以上のデータ転送速度のために、垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）ソースを使用する。２００メートルを超えるリンク距離を達成するために、ＭＭＦの設計は、８５０ｎｍの中心波長を有するＶＳＣＥＬ伝送用に最適化されている。ＶＣＳＥＬ伝送用に最適化されたＭＭＦは、レーザ最適化ＭＭＦと呼ばれ、ＴＩＡ−４９２ＡＡＡＣおよびＴＩＡ−４９２ＡＡＡＤにおいて、それぞれＯＭ３（ファイバタイプＡ１ａ．２）およびＯＭ４（ファイバタイプＡ１ａ．３）ファイバタイプとして指定されている。
【０００４】
光の波動性および光ファイバの導波特性により、光信号は、モードと呼ばれる離散的な光路に沿ってファイバを横断する。パルスの光出力は、離散的なモードの合計により担持される。ファイバ内の最も速いモードと最も遅いモードとの間の伝搬遅延の差は、モード間分散、または単純にモード分散を決定付ける。ＭＭＦは、理想的には、モード分散を最小化するために、全てのモードが同時にファイバの出力に到達するように最適化されるべきである。これは、従来、以下により定義される放物線状分布に従うファイバコアの屈折率プロファイルを整形または「調整」することにより達成されてきた。
【０００５】
【数１】
0005745634.tif 000002
【０００６】
式中、ａは、コア直径（５０μｍ）であり、ｎ１は、コア中心における屈折率であり、ｎ２は、クラッディングの屈折率であり、αは、２に近い数である。
【０００７】
【数２】
0005745634.tif 000003
【０００８】
式（１）により説明される従来の屈折率プロファイルは、全てのモードが実質的に同じ波長を有することを仮定しており、最小モード分散をもたらす従来の「理想的な」プロファイルであるとみなされる。より大きな角度で移動する（および結果的にはより長距離を横断する）モードは、平均的により低い屈折率を生じ、より速く移動する。これらは、高次モードと呼ばれる。小さい角度で移動するモード（低次モード）は、平均的により高い屈折率を生じ、より遅く移動する。
【０００９】
ファイバの屈折率プロファイルを最適化することによるレーザ最適化ＭＭＦのモード分散の最小化に対して、大きな配慮がなされている。モード分散は、様々なモードの伝搬速度における差に起因する、光信号の時間的歪みである。逆に、ＭＭＦに関して、材料分散の効果の低減に対しては、比較的配慮されることが少ない。材料分散は、光信号を構成する様々なスペクトル成分の伝搬速度における差に起因する、光信号の時間的歪みである。より一般的には、色分散は、材料分散および導波路分散の組み合わせであり、導波路特性は、波長と共に変化する。
【００１０】
結果として、モード分散だけでなく、材料分散も考慮および補償するＭＭＦを製造するための改善された方法を提供することが望ましい。
【００１１】
さらに、レーザ伝送機の径方向依存性波長放出パターンに起因して、ファイバ結合モードは、かなりの材料分散をもたらす径方向波長依存性を有する。その結果、ＭＭＦシステムの全分散は、ＭＭＦ内のモード分散および材料分散だけでなく、ＭＭＦとレーザ伝送機（しばしばＶＣＳＥＬ）の放出スペクトルとの間の相互作用にも依存し、その全ては、ファイバ結合空間スペクトル分布により支配される。
【００１２】
ファイバ結合空間スペクトル分布は、ＭＭＦを移動する光放射を生成するレーザ伝送機の放出スペクトル、およびＶＣＳＥＬの生成された光放射がＭＭＦに結合される様式に依存する。図１５および１６を参照すると、伝送機光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）１２０を使用して、ＶＣＳＥＬ１２４から放出された光を、ＴＯＳＡ１２０および受信機光サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）１３０の両方を収容する送受信機１１２に嵌合されたファイバコネクタ口金１３２に結合させる。ＲＯＳＡは、光検出のために使用される。図１５および１６を参照すると、最も一般的には、ＴＯＳＡは、以下のコンポーネントを備える。
１）パッケージ化されたＶＣＳＥＬ１２４；
２）レンズ１２６；
３）取り外し可能なファイバコネクタ口金１３２を受容するための精密レセプタクル１２８；
４）ＴＯＳＡ筐体１２１；および
５）送受信機ＰＣＢへの電気接続１２３。
パッケージ化されたＶＣＳＥＬ１２４は、最も多くの場合、デバイス信頼性を改善するために、密閉されたパッケージ内にパッケージ化される。レンズ１２６は、パッケージ化されたＶＣＳＥＬ１２４内に一体化されてもよく、またはＴＯＳＡ筐体１２１に成形されてもよい。ＴＯＳＡを示す送受信機の図が図１５に示されており、ＴＯＳＡの断面概略図が図１６に示されている。
【００１３】
例示のみを目的として、ＴＯＳＡ１２０のコンポーネントは、許容される性能を達成するように慎重に整列されなければならないことが考慮される場合がある。ＴＯＳＡ１２０の例示的な組立プロセスは、以下のステップにより要約されてもよい。第１に、レンズ１２６をＴＯＳＡ筐体１２１に固定する。典型的には、これは、圧入、エポキシ（熱もしくはＵＶ硬化）またはレーザ溶接により行われる。第２に、レンズ１２６を有するＴＯＳＡ筐体１２１を、電子的にアドレス可能なＶＣＳＥＬ１２４上に位置付ける。第３に、ファイバコネクタ口金１３２を、ＴＯＳＡ筐体１２１内に挿入する。第４に、ＶＣＳＥＬ１２４をオンにする。第５に、レンズ１２６およびファイバコネクタ口金１３２を含むＴＯＳＡ筐体１２１に対してＶＣＳＥＬ１２４を整列させ、所望のファイバ結合出力を達成する。典型的には、３軸整列が行われる（ｘ、ｙ、ｚ）。ＴＯＳＡ１２０の光学的整列は、典型的には、ファイバコネクタ口金１３２をＴＯＳＡ１２０の受容端部に挿入し、パッケージに対するＶＣＳＥＬ１２４の配置の関数としての最大光出力に対して最適化することにより達成される。第６に、ＶＣＳＥＬ１２４をＴＯＳＡ筐体１２１に固定する。典型的には、これは、エポキシ（熱もしくはＵＶ硬化）またはレーザ溶接により行われる。最後に、ファイバコネクタ口金１３２を、完成したＴＯＳＡ１２０から取り外す。
【００１４】
多モードＶＣＳＥＬの異なる横断モードは、異なる放出角度を有し、より高次のモードは、より大きい放出角度を有する。また、より高次のＶＣＳＥＬモードは、より短い波長を有することも知られている。多モードファイバに結合されると、より高次のファイバモードのスペクトルは、より低次のファイバモードと比較して、低減された中央波長λｃを有する。ＴＩＡ−４５５−１２７−Ａに記載の測定手順は、放出スペクトルを測定し、その中央波長λｃを判定するために使用されてもよい。
【００１５】
図１７を参照すると、ＴＯＳＡ１２０のコンポーネントが事前に選択され、１ｍｍ以内の許容差をもって整列される場合、より高次のＶＣＳＥＬモードが、ファイバコアの中心からより遠くに位置するより高次のファイバモードλｃ  ｏｕｔｅｒに結合される。逆に、より長い中央波長も有するより低次のＶＣＳＥＬモードは、ファイバコア中心近傍に位置するより低次のファイバモードλｃ  ｉｎｎｅｒに結合されることが予期される。
【００１６】
しかしながら、図１８を参照すると、ＴＯＳＡ１２０のコンポーネントが、ごみ、またはＴＯＳＡパッケージ内のＶＣＳＥＬオフセットまたはレンズ１２６がＴＯＳＡ筐体１２１内でオフセットされること等の不整合問題に起因して、正確ではなく、および／または整列度に乏しい場合、ＶＣＳＥＬモードとファイバモードとの間の予期される比例関係が実現されない場合がある。実際に、ＴＯＳＡ１２０を備える光学システムは、より高次のＶＣＳＥＬモードが低次のファイバモードに結合されるような、およびその逆も成り立つような光学システムとなる場合がある。不正確なコンポーネントおよび／または乏しい整列度は光学収差をもたらす場合があるが、ファイバ結合出力は、まだ最低限の仕様を上回る場合があることを認識することが重要である。
【００１７】
環境的条件を含む多くの条件は、そのような状況をもたらす場合がある。いくつかの例は、
１）ＴＯＳＡパッケージ内のＶＣＳＥＬの誤った配置；
２）光路におけるごみ；
３）レンズ欠陥（例えば、中程度の曲率半径、過度の曲率半径）；
４）ＴＯＳＡを構成するさまざまなコンポーネントの熱膨張（または収縮）；
５）完全な挿入を妨げる口金の穴内のごみ；
６）過度の口金同心度；
７）過度のファイバ同心度；および
８）ＴＯＳＡ筐体欠陥を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許出願整理番号第６１／２３７８２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
単一ファイバ設計に対して容易に補償することができる材料または色分散をもたらす所定のファイバ結合空間スペクトル分布を生成する送受信機を有することが必要とされている。結果として、制御されたファイバ結合光スペクトル分布を生成するＴＯＳＡを製造するための改善された方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
一態様において、多モードファイバ伝送システムにおける材料または色分散およびモード分散効果の両方を補償するための方法が提供される。方法は、これに限定されないが、基準多モード光ファイバケーブルと接続された多モードファイバレーザ伝送機のファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することとを含む。方法はまた、これに限定されないが、伝送機のファイバ結合空間スペクトル分布からもたらされる基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モード光ファイバケーブルを設計することも含む。
【００２１】
一態様において、多モードファイバ伝送機光サブアセンブリにおける色分散およびモード分散効果の両方を補償するための方法が提供される。方法は、これに限定されないが、基準多モード光ファイバケーブルと接続された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリのファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することとを含む。
【００２２】
一態様において、基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリにおける色分散およびモード分散効果の両方を補償するための方法が提供される。方法は、これに限定されないが、基準多モード光ファイバケーブルと接続された基準多モードファイバ伝送機光サブアセンブリのファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することとを含む。また、方法は、これに限定されないが、基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリを設計することも含む。
【００２３】
一態様において、多モード光ファイバケーブルにおける色分散およびモード分散効果の両方を補償するための方法が提供される。方法は、これに限定されないが、基準多モード光ファイバケーブルへの光信号を生成することと、基準多モード光ファイバケーブルにおける光信号の複数の導波モードに対する波長依存飛行時間を測定することとを含む。方法はまた、これに限定されないが、基準多モードファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の量を判定することと、基準多モード光ファイバケーブルに存在する色分散およびモード分散の少なくとも一部を補償する、改善された多モード光ファイバケーブルを設計することとも含む。
【００２４】
本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定義され、この発明の概要内の記述により影響されない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、以下の図面および説明を参照すればより良く理解することができる。図中のコンポーネントは、縮尺通りとは限らず、その代わり、本発明の原理を例示することに重点を置くものである。
【図１】本発明の一実施形態による、多モードファイバコア中心からの５つの径方向オフセットに対する、ＭＭＦにおいて伝搬するモードの光スペクトルのグラフである。
【図２】４つの径方向オフセットに対するサンプリングオシロスコープにより記録された結果的な出力パルスの伝搬遅延のグラフである。
【図３】本発明の一実施形態による、代表的なＯＭ４ファイバサンプルＡに対するＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による、全ての波形が同じ遅延を有し、したがって整列している、現在の理想的なＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による、新たなアルゴリズムを使用して理想的ＤＭＤ波形をスペクトルデータと畳み込むことにより得られた、試験ＶＣＳＥＬプロットに対する結果的なＤＭＤ波形のグラフである。
【図５】本発明の一実施形態による、最も右側のチャートに示されるようなオフセットの関数としての結合ファイバモードの径方向波長依存性をもたらす波長依存性を有する、ＶＣＳＥＬ放出パターンのグラフである。
【図６】５５０ｍ長のＭＭＦを通って伝搬する２つの径方向オフセット（５μｍおよび１９μｍオフセット）に対する波長依存性飛行時間のグラフである。
【図７】飛行時間測定から得られた相対遅延のグラフである。
【図８Ａ】ファイバのコアにわたる０μｍから２４μｍの遅延の単調な低減を有するＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図８Ｂ】Δλｃ＝０．５３ｎｍの中心波長における径方向シフトで畳み込まれた場合の結果的なＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図９Ａ】本発明の一実施形態による、事実上同一のＤＭＤおよびＥＭＢメトリクスを用いた同じケーブルにおける、ＭＭＦに対するＤＭＤ波形プロットのグラフである。図９Ａに示される左のシフトを有するファイバは、図９Ｂにプロットされる右のシフトを有するファイバよりも良好なＢＥＲシステム性能を示す。
【図９Ｂ】本発明の一実施形態による、事実上同一のＤＭＤおよびＥＭＢメトリクスを用いた同じケーブルにおける、ＭＭＦに対するＤＭＤ波形プロットのグラフである。図９Ａに示される左のシフトを有するファイバは、図９Ｂにプロットされる右のシフトを有するファイバよりも良好なＢＥＲシステム性能を示す。
【図１０Ａ】図９Ａにおいて特徴付けられるファイバに対し計算されたＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図１０Ｂ】図９Ｂにおいて特徴付けられるファイバに対し計算されたＤＭＤ波形プロットのグラフである。
【図１１Ａ】本発明の一実施形態による、標準試験法を用いて測定されたｍｉｎＥＭＢｃのグラフである。
【図１１Ｂ】本発明の一実施形態による、新たに計算され畳み込まれたｍｉｎＥＭＢｃのグラフである。
【図１１Ｃ】本発明の一実施形態による、標準試験法を用いて測定されたＤＭＤ、Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ仕様のグラフである。
【図１１Ｄ】本発明の一実施形態による、新たに計算され畳み込まれたＤＭＤ、Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ仕様のグラフである。
【図１２】本発明の一実施形態による、異なるΔλｃを有する３つの送受信機に対し計算されたｍｉｎＥＭＢｃのグラフである。
【図１３】本発明の一実施形態による、ｍｉｎＥＭＢｃに対して計算されたファイバ帯域幅を最大化するために必要なＤＭＤ補償のグラフである。
【図１４】本発明の一実施形態による、５つの異なる送受信機を使用したファイバサンプルＡ３ｄＢ帯域幅測定のグラフである。
【図１５】本発明の一実施形態による、伝送機光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）を示す送受信機の斜視図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、ＴＯＳＡの断面概略図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、正確かつ良好に整列したコンポーネントを有するＴＯＳＡの断面概略図である。
【図１８】本発明の一実施形態による、正確かつ良好に整列していないコンポーネントを有するＴＯＳＡの断面概略図である。
【図１９】本発明の一実施形態による、多モードファイバ送受信機のファイバ結合空間スペクトル分布を測定するために使用された実験装置を示す。
【図２０】本発明の一実施形態による、特定の送受信機に対する、２つの異なるファイバコア半径：ｒ＝０μｍおよびｒ＝２４μｍにおいて測定されたファイバ結合スペクトルを示すグラフである。
【図２１】本発明の一実施形態による、第１および第２の送受信機のファイバコアにわたる計算された中央波長の変化を示すグラフである。
【図２２】本発明の一実施形態による、３８の短波長高ビットレート多モードファイバ送受信機の基準多モードファイバのコアにわたるファイバ結合中央波長における最大差のヒストグラムである。
【図２３】本発明の一実施形態による、１）ファイバ結合空間スペクトル分布を特定的に制御しないＴＯＳＡおよび全般的にこの広い分布を補償するように設計されたファイバを備えるリンク、ならびに２）特定的に制御されたファイバ結合空間スペクトル分布を有するＴＯＳＡおよびモード分散で材料分散を正確に補償するように設計されたファイバを備えるリンクに対する、最小光リンク距離の計算された確率分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は、ＶＣＳＥＬの径方向依存性波長放出パターン、および光がファイバに結合される様式に起因して、ファイバ結合モードが、ファイバ半径に依存するスペクトル成分を有し、無視できない色または材料分散効果をもたらすという発見を利用する。図１は、ファイバコアにわたる５つの径方向オフセットに対するＭＭＦにおいて伝搬するモードの光スペクトルを示す。各径方向スペクトルに対する中心波長、または中央波長は、下矢印により示されている。図１に示されるように、この特定の光伝送機において、平均的に、ファイバモードの中央波長は、より大きな径方向オフセットに対してより短波長側にシフトする。この径方向波長依存性は、ファイバモードを、モード分散に加えて、互いに対し色または材料分散させる。その結果、屈折率プロファイルは、この材料分散効果を補償し、それによりファイバおよび伝送機の組合せにより実現される全分散を最小化するように修正されなければならない。
【００２７】
また、本発明は、高次ＶＣＳＥＬモードが、図１７に示されるように、材料分散およびモード分散の効果を考慮するために、製造プロセス中により正確なＴＯＳＡコンポーネントおよびＴＯＳＡコンポーネントのより正確な整列を必要とすることにより、高次ファイバモードに結合される場合があるという発見も利用する。
【００２８】
一態様において、本発明は、ファイバモードの波長における径方向依存性シフトによりもたらされるモードおよび材料分散効果を補償するレーザ最適化多モードファイバの新たなＤＭＤ仕様を説明する。必要とされる補償は、ＶＣＳＥＬの空間スペクトル特性、ＶＣＳＥＬモードのファイバモードへの結合、およびファイバのモード分散特性に依存する。波長における径方向シフトを補償するように設計されたＭＭＦは、低減された全分散および改善されたシステム性能を示す。現在のＤＭＤおよび有効モード帯域幅（ＥＭＢ）試験法は、ファイバモードの径方向波長依存性を無視しているため、伝送システムにおいて実現されるモード分散または帯域幅性能を正確に特性決定しない。新たなＤＭＤ仕様を検証するために、我々は、特許文献１に開示されるように、ＤＭＤおよび帯域幅を計算するための改善されたアルゴリズムを適用して、様々な量の材料分散補償のためにＶＣＳＥＬのサンプルの組に対するＤＭＤおよびＥＭＢを計算した。
【００２９】
レーザ最適化ＭＭＦの帯域幅を特性決定するために使用される試験法は、ＴＩＡ−４５５−２２０−Ａ標準に指定されるＤＭＤである。ＤＭＤは、ＭＭＦを横断する最も速いモードと最も遅いモードとの間の伝搬遅延の差のｐｓ／ｍ単位で表現される尺度であり、一方で、色分散の効果は最小化される。モード間の相対遅延が大きいほど、分散（すなわち、モード分散）が大きい。ＤＭＤを測定するために、単一モード励振ファイバの端部から放出された光基準パルスが、試験下のＭＭＦのコアにわたりステップ化される。各径方向オフセットに対して、結果的な出力パルスの伝搬遅延は、図２に示されるようにサンプリングオシロスコープにより記録される。
【００３０】
出力波形は、所与の径方向オフセットに対する励振パルスにより励起されるそれらのモードのみを含有する。この測定において、励起パルスのスペクトル特性は、一定のままである。ＤＭＤを演算するために、径方向オフセット（０μｍから２４μｍ）のそれぞれに対する出力波形の組がまず記録される。波形のプロットを図３に示す。プロットは、コア中心から測定される、励振パルスの径方向オフセット（ｙ軸）の関数としてのファイバの出力端部におけるピコ秒毎メートル（ｐｓ／ｍ）での相対パルス遅延、または「相対時間」（ｘ軸）を示す。ＤＭＤは、最も速いパルスの前縁と最も遅いパルスの後縁との間のパルス遅延の差を測定することにより判定される。この差から、励振パルスの時間幅を差し引くと、ファイバのモード分散が得られる。ファイバをＯＭ３またはＯＭ４と指定するために、ＤＭＤは、コアのいくつかの径方向領域内の最小分散値を満たさなければならない。
【００３１】
現在、一般的に、モード分散を最小化するＤＭＤ波形プロットは、図４Ａに示されるように、全ての径方向オフセット波形が同時にファイバの出力に到達する場合であると考えられている。これは、径方向ファイバモード（出力波形）のそれぞれが、同じスペクトル特性を有する励振パルスにより励起された場合に成り立つ。しかしながら、より大きな励振角度に放出されたより高次のＶＣＳＥＬモードは、平均的に、より小さい励振角度に放出されたそれらのモードよりも短い波長を有するため（図５を参照されたい）、その仮定は有効ではない。ＶＣＳＥＬモードがファイバに結合される場合、低次モードおよび高次モードは、モード分散に加えて異なる量の材料分散を示す。材料分散は、材料の屈折率が波長と共に変化する、すなわち以下であるために生じる。すなわち、
【００３２】
【数３】
0005745634.tif 000004
【００３３】
特許文献１に開示されるアルゴリズムを使用して、我々は、理想的なＤＭＤ波形を有する模擬的ファイバに対して、ビット誤り率（ＢＥＲ）試験システムにおいて使用された伝送機のＤＭＤを計算した。このＶＣＳＥＬのファイバのコアにわたる中心波長の差は、０．７２ｎｍである。新たなアルゴリズムを適用すると、より大きな径方向オフセットでの計算されたＤＭＤ波形（図４Ｂ）が、材料分散により右にシフトする（すなわち、遅延がより長い）ことが分かる。したがって、全ての波形が時間的に整列したＤＭＤをもたらす従来の「理想的な」放物線状屈折率プロファイルは、このＶＣＳＥＬに対しては最適ではない。全分散を最小化する（またはシステム帯域幅を最大化する）ために、ＭＭＦのコア屈折率プロファイルは、ファイバモードの相対的材料分散（または色分散）を補償するように修正されなければならない。レーザのスペクトル特性を考慮して、必要とされる補償は、特許文献１に開示されるアルゴリズムを使用して計算することができる。特許文献１に開示されるアルゴリズムは、ＭＭＦチャネルリンクのシステム性能のより正確な特性決定を提供する。
【００３４】
一般に、高速データ通信ネットワークにおいて使用されるＶＣＳＥＬ送受信機は、ファイバに結合されると、サポートされた導波モードにおける波長依存性を生成する空間依存性波長放出パターンを示す。ファイバ結合スペクトルの径方向依存性を定量するための他のパラメータを使用してもよいが、我々は、新たなパラメータΔλｃを、ＭＭＦのコアにわたる径方向スペクトルの間の中心波長における最大差として定義する。１０Ｇｂｐｓイーサネット（１０ＧＢＡＳＥ−ＳＲ）用光送受信機および８Ｇｂ／ｓファイバチャネルの代表的な組に対するΔλｃの統計的分布に基づき、レーザ最適化ＭＭＦの設計および製造のための新たなＤＭＤ仕様が提案される。新たなＤＭＤ仕様は、光チャネルの波長における径方向依存性シフトを補償する。例として、図５において、サンプル１０Ｇｂ／ｓ送受信機に対するΔλｃが示されるが、ここで、Δλｃ＝０．５３ｎｍである。結合された光出力がファイバコアの狭い領域に限定される場合、補償は、低減された径方向領域に対するΔλｃに基づいて調節されなければならないことが留意される。
【００３５】
屈折率プロファイルを修正することにより、波長の分布に基づき材料分散の効果を補償するために導波モードの速度を調節することができる。その結果、低減された全分散を有する改善されたＭＭＦを実現することができる。屈折率プロファイルに対する修正は、ファイバにおけるモード伝搬遅延を特徴付けるＤＭＤ波形データを使用して定量化することができる。
【００３６】
導波モードの波長依存性飛行時間を測定することにより、ＭＭＦにおける材料分散を定量化することができる。本明細書において使用される１つの方法は、ＤＭＤ測定試験ベッドにおいて使用されるチタン−サファイアレーザの波長を調整することである。明らかに、調整可能および固定波長レーザを含む他のレーザデバイスを使用することができる。ファイバコアにわたる屈折率の最大差は小さいため（＜１％）、一般に、１つの径方向オフセットに対応するファイバ結合モードに対する波長依存性飛行時間を特性決定することのみが必要である。
【００３７】
図６を参照すると、５５０ｍ長のＭＭＦを通って伝搬する２つの径方向励振オフセット、５μｍおよび１９μｍに対して飛行時間がプロットされている。図６中の２つの曲線のそれぞれは、ファイバの材料分散ｎ（λ）を定量化する。より長い波長は、より短い遅延時間を有し、したがってより速く移動する。曲線における垂直シフトは、２つの径方向モード間のモード伝搬遅延、またはモード分散の差に起因するものであり、物質分散に関連しない。データは、２つの曲線の傾きがほぼ同じであることを示している。図６に示される絶対飛行時間を、ピコ秒毎メートル（ｐｓ／ｍ）での相対遅延に変換することにより、材料およびモード分散の効果を関連付けることができ、モード分散に起因する遅延は、ＤＭＤ波形データから得られる。
【００３８】
図７を参照すると、５μｍオフセットに対する材料分散に起因する遅延がプロットされている。１９μｍに対するデータ点は、ほぼ同一であるため、図７には示されていない。
【００３９】
図６および７における飛行時間は、現在のＤＭＤおよびＥＭＢメトリクスにより予測されるものより大幅に高いシステム性能を示す試験ファイバに対するものである。図３を参照すると、ファイバのＤＭＤデータの分析は、１９μｍオフセットでの高次モードが、５μｍオフセットでの低次モードよりも、モード分散である約０．０６６ｐｓ／ｍだけ速くファイバを横断することを示している。ＶＣＳＥＬ伝送機により励起される場合、これらの２つの径方向オフセット（５μｍおよび１９μｍオフセット）に対するモードは、中心波長において異なる。使用されるＶＣＳＥＬにより励起される場合、ファイバモードのスペクトル分析は、１９μｍオフセットでのモードが、約８４８．１ｎｍの中央波長を有し、一方５μｍオフセットでのモードが、８４８．８ｎｍの中央波長を有することを明らかにしている。図７に示される飛行時間（ＴＯＦ）曲線から、この中央波長の差は、０．０７０ｐｓ／ｍの相対時間遅延の差に対応することが分かる。しかしながら、１９μｍでの高次モードの光スペクトルは、より短い中心波長を有することから、平均的にモードはより遅く移動する。したがって、負の材料分散（−０．０７０ｐｓ／ｍ）は、正のモード分散（＋０．０６６ｐｓ／ｍ）を補償し、全システム分散を０．００４ｐｓ／ｍに低減する。ゆえに、ファイバはほとんど分散を導入せず、従来のＤＭＤおよびＥＭＢ測定法により予測されるよりも良好に機能する。ＤＭＤ波形径方向遅延におけるこの非対称性は、現在の標準試験法においては考慮されていない。
【００４０】
所与のレーザ光源またはＴＯＳＡおよび結合ファイバモードの中央波長における径方向の変動に対して、ファイバモードが材料分散に起因して受ける相対遅延を計算することができる。次いで、材料分散を補償するために、モードが平均的により速く、またはより遅く移動するように、ファイバの屈折率を修正することができる。より短い波長をより大きい角度に放出する放出パターン（例えば、ＶＣＳＥＬ）に対して、ファイバに結合されると、高次ファイバモードは、低次モードよりも比較的遅く移動する。この場合、屈折率は、高次モードがより速く移動するように、より大きい径方向オフセットで低減されなければならない。目的は、最終的な全分散が最小化されるように、導波ファイバモードの相対遅延を、モードが受けることになる波長依存性材料分散と平衡化することである。材料分散を補償するために必要な相対遅延を知れば、屈折率プロファイルに対する必要な調節を行うことができる。屈折率における必要な変化は、以下のモード位相速度との関係により計算することができる。
【００４１】
【数４】
0005745634.tif 000005
【００４２】
式中、ｃは、光の速度（２９９，７９２，４５８ｍ／ｓ）であり、ｖは、モード位相速度（ｍ／ｓ）である。
【００４３】
各送受信機は、一意の空間スペクトル分布を示すため、径方向スペクトル中央波長の差（Δλｃ）は、材料または色分散の効果を最小限化する名目上の送受信機に対して推定されなければならない。ＶＣＳＥＬの波長依存性空間放出パターンのＭＭＦへの結合を正確に理解すれば、改善された設計パラメータが得られる。異なるクラスのＶＣＳＥＬ送受信機（例えば、ファイバチャネルに使用されるもの、およびイーサネットに使用されるもの）が異なる径方向依存性波長放出パターンを示す場合、各アプリケーションに対して最適ファイバ設計パラメータを判定することができる。特定用途向けの性能のためのファイバ（「調整された」ＭＭＦ）を分類することが実用的である場合がある。
【００４４】
例として、材料分散の効果は、０．５３ｎｍのΔλｃを有する無作為に選択されたＶＣＳＥＬに対して補償されている。このＶＣＳＥＬに対して、屈折率プロファイルは、ＤＭＤ波形ピークが、０μｍから２４μｍで約−０．０４ｐｓ／ｍの遅延の全体的な相対シフトを示すように調節されるべきであり、より大きな半径に対してはより短い遅延となる。補償は、Δλｃ、およびモードが励起されるコアの径方向領域の両方に依存する。修正された屈折率プロファイルの一実施形態は、図８Ａに示されるように、ファイバのコアにわたる遅延における単調なシフトに対して設計することである。図８Ａに示されるシフトは、０μｍから２４μｍで０．０９ｐｓ／ｍの遅延をもたらす（「左に傾いた」シフト）。しかしながら、レーザ光源波長放出パターンおよびファイバ結合特性に依存して、他の径方向シフトがより適切となる場合がある。計算されたＤＭＤ波形（特許文献１に開示される時間領域アルゴリズムを使用）を、図８Ｂに示す。計算された波形を厳密に検査すると、相対遅延がほぼ整列し、低い全分散をもたらすことが示される。
【００４５】
新たなＤＭＤ仕様を検証するために、ＤＭＤ波形が図９Ａおよび９Ｂに示される２つのサンプルファイバに対して、新たなアルゴリズムを適用した。現在の試験法に基づき、これらの２つのファイバに対する測定されたＤＭＤおよびＥＭＢは、事実上同一である（ＥＭＢは約４５４３ＭＨｚ＊ｋｍ）が、その測定されたビット誤り率（ＢＥＲ）システム性能は、２桁超異なり、ファイバ（ａ）がより高いシステム性能を示す。これらの２つのファイバに対するＤＭＤは同じであるが、それらの径方向波形ピークは、より大きい半径において、反対方向にシフト（遅延）する（「左」対「右」シフトファイバ）ことが留意される。
【００４６】
アルゴリズムを使用して、我々のＢＥＲ試験システムＶＣＳＥＬのスペクトル特性に関するこれら２つのファイバの計算ＤＭＤ波形を、図１０Ａおよび１０Ｂに示す。図１０ＡにおけるＤＭＤ波形は、図９ＡにおけるＤＭＤ波形よりも整列している。一方、図１０ＢにおけるＤＭＤ波形は、図９ＢにおけるＤＭＤ波形よりも右側に（より大きな半径で）よりシフトしている。これらの２つのファイバに対する最小計算帯域幅（ｍｉｎＥＭＢｃ）は、３５２４ＭＨｚ＊ｋｍおよび２９１３ＭＨｚ＊ｋｍであり、帯域幅における２０％の差を予測している。ファイバの特定の帯域幅（ＥＭＢ）は、１．１３倍だけ計算最小ＥＭＢ（ｍｉｎＥＭＢｃ）に関連しており、すなわち、ＥＭＢ＝１．１３×ｍｉｎＥＭＢｃである。この計算帯域幅における差はまた、新たに計算されたＤＭＤにおいても観察される。したがって、特許文献１に開示されるアルゴリズムは、これらの２つのファイバ間のシステム性能における観察される差を正確に予測する。
【００４７】
ケーブル内の全てのファイバにアルゴリズムを適用して、図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、および１１Ｄに示されるように、ＢＥＲシステム性能を有する標準的および予測ｍｉｎＥＭＢｃおよびＤＭＤ（Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ仕様）メトリクスを比較することができる。図１１Ｂおよび１１Ｄの予測メトリクスは、測定されたシステム性能（Ｒ２＝０．５８対Ｒ２＝０．９３）およびＤＭＤ（Ｒ２＝０．７６対Ｒ２＝０．９６）へのはるかに改善された相関を示す。
【００４８】
図１１Ａは、本発明の一実施形態による、標準試験法を用いて測定されたｍｉｎＥＭＢｃのグラフを示す。図１１Ｂは、本発明の一実施形態による、新たに計算され畳み込まれたｍｉｎＥＭＢｃのグラフを示す。図１１Ｃは、本発明の一実施形態による、標準試験法を用いて測定されたＤＭＤ、Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ仕様のグラフを示す。図１１Ｄは、本発明の一実施形態による、新たに計算され畳み込まれたＤＭＤ、Ｉｎｎｅｒ  Ｍａｓｋ仕様のグラフを示す。
【００４９】
特許文献１に開示される新たなアルゴリズムは、平均的ＶＣＳＥＬおよび結合ファイバモードにおける径方向波長分布を補償するために必要とされるＤＭＤにおけるシフトを特性決定することにより、ＭＭＦファイバの設計仕様に拡張することができる。補償は、ファイバのコアにわたる、０μｍから２４μｍオフセットのＤＭＤ波形ピークにおける単調なシフトとして定義される。Δλｃの効果を補償するために必要なシフトを判定するために、異なる量の線形ＤＭＤシフトを有する模擬ファイバの組に対して、ｍｉｎＥＭＢｃが計算される（０μｍから２４μｍの０．０９ｐｓ／ｍのシフトに関して図８Ａに示されるように）。図１２を参照すると、計算されたｍｉｎＥＭＢｃ（図８においてサンプリング範囲をカバーするように選択された３つの代表的送受信機に対して）は、様々な程度のＤＭＤ補償に対してプロットされている。「畳み込みなし」と標示された曲線は、補償の量（ＤＭＤ波形におけるシフト）の増加に伴うｍｉｎＥＭＢｃの減少を示す。標準的アルゴリズムは、全ての波形が並列した場合にｍｉｎＥＭＢｃのより高い値を予測する（「畳み込みなし」の曲線に対してはＤＭＤ補償なし）。
【００５０】
図１３を参照すると、図１２中の曲線のそれぞれに対して最大の新たに計算されたｍｉｎＥＭＢｃを抽出することにより、所与の送受信機に対する最適ＤＭＤ補償（Δλｃ）を判定することができる。
【００５１】
我々の１０ＧＢＡＳＥ−ＳＲ適合送受信機のサンプルの組（１８のデバイス）に基づき、我々は、０．４ｎｍの平均Δλｃを補償すべきである。図１３を使用して、０〜２４μｍの必要な補償は、１０Ｇｂｐｓイーサネットに対して−０．０４ｐｓ／ｍである。
【００５２】
上述のサンプルファイバに対するＤＭＤ補償は、この予測最適補償値−０．０４ｐｓ／ｍ（０〜２４μｍ）に近い。このファイバに対する３ｄＢ帯域幅は、５つの異なるＶＣＳＥＬ送受信機を使用して測定された。ＶＣＳＥＬのそれぞれの光スペクトルは、ファイバのコアにわたり測定された。５つの異なるＶＣＳＥＬ送受信機を使用して測定された帯域幅とサンプルファイバのΔλｃとの間の相関は、図１４にプロットされる。データは、このファイバの最大計算帯域幅が、０．４ｎｍのΔλｃに対して得られることを実証している。
【００５３】
本明細書において開示される新たなＤＭＤ仕様は、現在の「理想的」ＤＭＤ設計メトリクスに置き換わるべきである。実際には、典型的ＤＭＤ波形プロットは、製造プロセスにおける変動の結果、複数の径方向遅延シフトおよびモード分裂を示すことが認識される。これは、本明細書において提案されるように、新たな目標屈折率プロファイルに対する基本設計要件を損なうことがない。我々が名目上の送受信機を設計することを仮定して、改善されたＭＭＦシステム性能の基礎的要件は、結果的なＤＭＤ波形プロットがより大きな径方向オフセットにおいてより低い伝搬遅延への相対シフトを見せるように（「左」シフト）、屈折率プロファイルがバイアスされることである。１つの許容されるメトリクスは、１９μｍと５μｍ径方向オフセットとの間の遅延の差が負の数であることを保証することである。明らかに、他の径方向オフセットを使用することができるが、我々は、これらの値が、測定されるシステム性能に最善の相関を提供することを見出した。
【００５４】
改善されたチャネルリンク性能のためには、レーザ最適化ＭＭＦの屈折率プロファイルが、ＶＣＳＥＬ送受信機により励起された場合のファイバモードの中心波長における径方向依存性変動を補償するように修正されてもよいことが提案される。１０ＧＢＡＳＥ−ＳＲ適合ＶＣＳＥＬ送受信機に対しては、屈折率プロファイルは、ＤＭＤ波形ピークが、増加する径方向オフセットに対してより短い遅延への単調なシフトを示すように修正されるべきである。ＤＭＤ波形ピークにおける提案されるシフトは、０μｍから２４μｍの範囲にわたり−０．０４ｐｓ／ｍである。この値は、平均的ＶＣＳＥＬ伝送機および結合ファイバモードの波長分布を補償する。
【００５５】
異なる径方向依存性放出パターンを示すＶＣＳＥＬ送受信機または他の源に対して、波長の径方向変動を補正するために異なる補償が必要となることが理解される。ファイバ結合モードが逆の径方向依存性波長分布（すなわち、高次モードに結合されるより長い波長）を示す場合、ＤＭＤ補償は、負ではなく正であるべきである。一般に、いかなる径方向依存性波長分布も、低減された全分散のために補償することができる。
【００５６】
製造プロセスにおける変動に起因して、本明細書において指定されるようなレーザ最適化ＭＭＦに対する（１０Ｇｂ／ｓイーサネットまたは高速ファイバチャネルに対する）分散補償は、ＯＭ４タイプＭＭＦに対しては０ｐｓ／ｍと０．−０．１４ｐｓ／ｍとの間、ＯＭ３タイプファイバに対しては０ｐｓ／ｍと−０．３３ｐｓ／ｍとの間の左シフトメトリクスのＤＭＤ波形プロファイル要件を満たすべきであり、すなわち、
【００５７】
ＯＭ４に対しては−０．１４ｐｓ／ｍ＜（１９μｍにおける遅延−５μｍにおける遅延）＜０．０ｐｓ／ｍおよび−０．３３ｐｓ／ｍ＜（１９μｍにおける遅延−５μｍにおける遅延）＜０．０ｐｓ／ｍとなるべきである。このようにして、このＤＭＤ波形プロファイル要件を使用して、ＭＭＦは、材料分散およびモード分散を補償するＭＭＦを製造することができる。
【００５８】
１０ＧＢＡＳＥ−ＳＲおよび２Ｇ／４Ｇ／８Ｇファイバチャネル送受信機の代表的なサンプル母集団に基づき、伝送機およびファイバシステムの全分散が、−０．０１ｐｓ／ｍから−０．０４ｐｓ／ｍの間のＯＭ４タイプファイバのＤＭＤ遅延シフトに対して最小化することができることが、経験的に判定された。
【００５９】
一態様において、本発明は、材料分散およびモード分散効果を補償する、一連のファイバ結合光出力および特定のファイバ結合空間スペクトル分布の両方を生成する伝送機光サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）を備える光送受信機を提供する。
【００６０】
ファイバコアにわたりかなりの傾斜を有する任意のファイバ結合空間スペクトル分布は、適切に設計されたファイバにより補償されてもよい材料分散をもたらす場合があるが、本発明の１つの好ましい実施形態は、図１７に示されるように、高次ＶＣＳＥＬモードを高次ファイバモードに結合することである。これは、製造プロセス中にＴＯＳＡ内のより正確なコンポーネントおよびＴＯＳＡ整列のより正確な制御を必要とすることにより達成することができる。好ましくは、ＴＯＳＡ内のコンポーネントの整列は、１ｍｍ以下以内の許容差までであり、ＴＯＳＡ内のコンポーネントは、１ｍｍ以下以内の許容差まで製造される。実験データは、この特定の実施形態が、ファイバコアにわたるより大きなスペクトル分布をもたらし、それにより、補償に使用されてもよいより大きな材料分散効果を提供することを示唆している。
【００６１】
材料分散は、モード分散により補償されてもよいことが述べられたが、８ＧＨｚ・ｋｍ未満の有効モード帯域幅（ＥＭＢ）を有する中程度帯域幅レーザ最適化ファイバおよび市販の送受信機に対しては、モード分散の効果は材料分散よりも程度が大きく、したがって、モード分散は材料分散により少なくとも部分的に補償されると言うのが通例となる場合がある。
【００６２】
図１９、２０、および２１を参照すると、１０Ｇｂ／ｓイーサネットおよび８Ｇｂ／ｓファイバチャネル標準に適合する短波長高ビットレート多モードファイバ送受信機のファイバ結合空間スペクトル分布を定量化する、一連の実験が示されている。これらの実験において、未修正送受信機１４２に電源が投入され、１０Ｇｂ／ｓまたは８Ｇｂ／ｓ擬似ランダム２進法シーケンス（ＰＲＢＳ）で変調された。送受信機１４２の出力は、適切なコネクタ（ＬＣ）を有するＭＭＦパッチコード１４８を送受信機１４２に嵌合することにより結合した。ＭＭＦパッチコード１４８の遠位端の端面を整列させ、次いで、マイクロポジショニングステージ１４４を使用して単一モードファイバ（ＳＭＦ）パッチコード１５０でスキャンし、光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）１４６に結合した。この実験構成により、ファイバ結合スペクトルをＭＭＦパッチコード１４８のコアにわたり定量化した。 
【００６３】
図２０は、特定の送受信機に対する、２つの異なるファイバコア半径：ｒ＝０μｍおよびｒ＝２４μｍにおける測定されたファイバ結合スペクトルを示す。スペクトル成分は大体同じであるが、その大きさは同じではなく、したがって計算される中央波長λｃは異なることに留意されたい。ｒ＝０μｍにおけるλｃは８４９．７ｎｍであり、一方ｒ＝２４μｍにおけるλｃは８４９．２ｎｍである。
【００６４】
図２１を参照すると、２つの異なる送受信機に対するファイバコアにわたる中央波長の計算された変化Δλｃ（Δλｃ＝λｃ・λｃ ｍｉｎｉｍｕｍ）が示されている。ファイバ結合波長変動を特性決定するために、他のメトリクスを使用することもできることが理解される。送受信機Ａに対するファイバ結合モードは、送受信機Ｂに対するファイバコアオフセットに対し減少するλｃを示しており、スペクトルはより短い波長のより高い振幅を有している。この情報から、送受信機Ａの第１のＴＯＳＡ内のコンポーネントが正確であり、良好に整列していることが推察される場合がある。逆に、送受信機Ｂのファイバ結合モードは、ファイバコアオフセットに対し増加するλｃを示しており、これは、より低次のＶＣＳＥＬモードがより高次のファイバモードに結合される状況に対応する。さらに、送受信機Ｂの第２のＴＯＳＡ内のコンポーネントが不正確であり、かつ／または良好に整列していないことを推察することができる。要約すると、中心波長変動の大きさおよび均一性は、ＶＣＳＥＬおよび光サブアセンブリ整列に依存する。このファイバ結合空間スペクトル分布は、屈折率を波長と共に変動させるガラスの固有分散特性と共に、材料分散をもたらす。
【００６５】
従来のＭＭＦにおいて、８５０ｎｍの波長領域内で、屈折率は波長の増加と共に減少し、したがってより短波長の放射線は、増加した屈折率に起因して、より長波長の放射線よりも若干遅く移動する。特定のファイバ結合空間スペクトル分布の知識を使用して、材料分散、ならびに、材料分散を完全に補償して無効化し得る特定量（方向および大きさ）のモード分散の両方の効果を判定するために使用されてもよい。したがって、ファイバは、特定のファイバ結合スペクトル分布からもたらされる材料分散を効果的に平衡化する特定量のモード分散を有するように、意図的に設計および製造することができる。特定の送受信機／ＴＯＳＡからもたらされる材料分散効果は、特別設計ファイバ屈折率プロファイルで十分に補償される場合があるが、ファイバおよび送受信機の組合せを個別に最適化するのは商業的に実用的ではなく、その代わりに、この補償は一体として行われなければならない。
【００６６】
送受信機ファイバ結合空間スペクトル分布の範囲をより良く理解するために、３８の短波長高ビットレート多モードファイバ送受信機に対し、０μｍから５μｍの内部ファイバコア領域と、１９μｍから２４μｍの外部ファイバコア領域との間のファイバ結合中央波長の差を判定した。２４個の送受信機は、１０Ｇｂ／ｓイーサネットに適合し、１４個の送受信機は８Ｇｂ／ｓファイバチャネルに適合していた。これらの送受信機は、米国カリフォルニア州サニーベールのＦｉｎｉｓａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、米国カリフォルニア州サンノゼのＡｖａｇｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、Ｆｉｂｅｒｘｏｎ  Ｉｎｃ．、および米国カリフォルニア州ミルピタスのＪＤＳ  Ｕｎｉｐｈａｓｅを含む、いくつかの供給業者により製造された。このデータのヒストグラムを、図２２に示す。Δλｃの符号規約は、λｃが内部領域内にあるとき、０μｍから１０μｍの、＞λｃが外部領域内にあるとき、１１μｍから２４μｍであり、Δλｃは正であるように定義された。図２１中の送受信機Ａは、Δλｃ＝０．６２１ｎｍを有し、図２１中の送受信機Ｂは、Δλｃ＝−０．２９ｎｍを有していた。
【００６７】
残念ながら、図２２に示されるように、試験した送受信機の集団に対するファイバコアにわたる計算されたデルタ中央波長における著しい広がりが存在し、したがって、それに対応したファイバのモード分散により補償されなければならない分散の大きな広がりが存在する。その結果、良好に補償されたシステムには、この集団の多様性に対応するように多くのファイバを設計および製造する必要があることになる。さらに、ファイバおよび送受信機は、典型的には、異なる時点で設置されるため、特定のファイバを特定の送受信機に整合させることは実用的ではない。
【００６８】
代替のより有利でない実施形態は、特定のファイバ結合空間スペクトル分布が最小空間依存性を有するように、ＶＣＳＥＬモードを結合することである。この特定の実施形態は、ファイバが最小モード分散を有し、システムが材料分散の効果により制限されることになる場合に、最小限の全分散を実現することになる。しかしながら、良好に補償されたシステムは、モードおよび材料分散効果の両方を効果的に補償することができることにより、全分散の低減を実現することに留意されたい。
【００６９】
本発明の利点は、モードおよび材料効果を含む全分散が、正確な分散補償を介して最小化することができるという事実によって、より高性能の光リンクを促進することである。あるいは、ファイバ結合空間スペクトル分布における広い変動によって、モードおよび材料分散が、集団全体にわたり性能を最適化するようにファイバを設計することにより部分的にのみ補償することができる。
【００７０】
図２３を参照すると、１）ファイバ結合空間スペクトル分布を特定的に制御しない、したがって図２２により示されるＴＯＳＡ、および全般的にこの広い分布を補償するように設計されたファイバを備えるリンク、ならびに２）特定的に制御されたファイバ結合空間スペクトル分布を有するＴＯＳＡおよびモード分散によりこの材料分散を正確に補償するように設計されたファイバを備えるリンクに対する、最小光リンク距離の計算された確率分布が示されている。
【００７１】
その結果、本発明の一態様は、多モード  ファイバ伝送機光サブアセンブリにおける材料分散およびモード分散の両方の効果を補償するための方法を可能にする。方法は、基準多モード光ファイバケーブルと接続された多モードファイバ伝送機光サブアセンブリのファイバ結合空間スペクトル分布を測定することと、基準多モード光ファイバケーブルに存在する材料分散およびモード分散の量を判定することとを含む。存在する材料分散およびモード分散の量が判定されたら、多モードファイバ伝送機光サブアセンブリからもたらされる基準多モード光ファイバケーブルに存在する材料分散およびモード分散の少なくとも一部を補償するＴＯＳＡまたは改善されたＭＭＦを設計することができる。これにより、増加した帯域幅を有するＭＭＦ内の光信号の伝送が可能となる。
【００７２】
本明細書に記載の本主題の特定の態様を示し説明したが、本明細書における教示に基づき、本明細書に記載の主題およびそのより広い態様から逸脱することなく変更および修正を行うことができ、したがって添付の特許請求の範囲は、全てのそのような変更および修正を、本明細書に記載の主題の真の精神および範囲内であるとしてその範囲内に包含することは、当業者には明らかであろう。さらに、本発明は、添付の特許請求の範囲により定義されることを理解されたい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物を考慮する以外は制限されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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