(57)【要約】【課題】 屈折率が予め設定している屈折率よりも低くなり、屈折率分布中心のくぼみを生じさせ、中心の導光が不完全なものになるという課題を解決する。【解決手段】  同軸のクラッドとコア部の屈折率が同一になるように構成し、導光がよりどころにする屈折率分布の中心はコアから光ファイバーが有する半径上にシフトする。即ち光はコアとその同軸のクラッド間で伝導することとなる。この新しい設計は従来技術における光ファイバーの製造後に生じる屈折率分布の中心くぼみ問題を防止するだけでなく、本発明が制御する同軸シングルモード（ＳＭ）光ファイバーに基づく光束密度が従来のＳＭ光ファイバーよりも大きいので、通信距離が増加する。【選択図】   図１５
2008152255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸中心殻と環状コア層と外殻の三部分を含み、主に光を伝導し、軸中心殻と外殻の間にあり、且つその屈折率が純酸化ケイ素よりも高い環状コア層と、Ｆｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ或いはその他の導光材料により製造された軸中心殻と外殻により形成されている同軸光ファイバー構造であって、光ファイバーの屈折率分布の依拠が半径にあり、光が二つの同一の屈折率である軸中心殻と外殻により形成される同軸導光構造において、屈折率分布により処理される導波路方式が伝送する同軸光導構造を特徴とする同軸光ファイバー構造。
【請求項２】
屈折率分布により処理される導波路方式構造の光ファイバーがシングルモード導波路形式であることを特徴とする請求項１に記載する同軸光ファイバー構造。
【請求項３】
屈折率分布により処理される導波路方式構造の光ファイバーがマルチモード導波路形式であることを特徴とする請求項1に記載する同軸光ファイバー構造。
【請求項４】
屈折率が等しい軸中心殻と外殻がドーピングされていない光伝導材料により構成されていることを特徴とする請求1に記載する同軸光ファイバー構造。
【請求項５】
基板或いは平板上に形成される同軸の電気を供給する二つの内外導体であり、前記内外導体の間隔が多層同心円環状の半導体層或いは導体層からなる同軸半導体光源構造であって、形成された正負同軸の両電極が中心に対する発光作用の円環状半導体層が同軸で電気を供給すると円環状発光半導体が同軸光ファイバー、或いは受光装置に対して光波を発する目的を達成させることができる構造を特徴とする同軸半導体光源構造。
【請求項６】
前記形成された正負同軸の両電極が中心に対する発光作用構造が、電子と正孔が結合して生じた自然性発光作用（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の有機或いは無機同軸発光ダイオード構造であることを特徴とする請求項５に記載する同軸半導体光源構。
【請求項７】
前記形成された正負同軸の両電極が中心に対する発光作用構造が、電子と正孔が結合して生じた励起性発光作用（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の同軸半導体レーザーダイオード構造であることを特徴とする請求項５に記載する同軸半導体光源構。
【請求項８】
基板に形成される同軸の電気を供給する二つの内外導体であり、前記内外導体の間隔が多層同心円環状の半導体層或いは導体層からなる半導体光検出構造であって、形成された正負同軸の両電極が中心に対する光検出作用の円環状半導体層が同軸で電気を供給すると円環状光検出半導体空乏層が同軸光ファイバーから伝送される光波の光子エネルギー、或いは光学システムが受信した映像光子エネルギーを直接吸収し、一定の半径が電界に対する作用の下で、励起した電子と正孔対の分離による推進電流を検出する目的を達成させることができる構造を特徴とする同軸半導体光検出器構造。
【請求項９】
前記形成された正負同軸の両電極が中心に対して配置した円環状半導体光検出層が生じる光検出作用の構造が、円環状光検出半導体層に入った光子を吸収し電子と正孔の推進電流の光検出作用を生じる同軸半導体ＰＮフォトダイオードであることを特徴とする請求項８に記載する同軸半導体光検出器構造。
【請求項１０】
前記形成された正負同軸の両電極が中心に対して配置した円環状半導体光検出層が生じる光検出作用の構造が、円環状光検出半導体層に入った光子を吸収し電子と正孔の推進電流の光検出作用を生じる同軸半導体ＰＩＮフォトダイオード構造であることを特徴とする請求項８に記載する同軸半導体光検出器構造。
【請求項１１】
前記形成された正負同軸の両電極が中心に対して配置した円環状半導体光検出層が生じる光検出作用の構造が、光子が高電界のインパクトイオン化層を有する円環状光検出半導体層に入り衝突により加速された或いは高エネルギーとなった電子と正孔を発生させ、さらに多くの新しい電子と正孔の倍増電流の光検出作用を続ける同軸ＡＰＤアバランシェフォトダイオード構造であることを特徴とする請求項８に記載する同軸半導体光検出器構造。
【請求項１２】
請求項５に記載する同軸半導体光源構、請求項1に記載する同軸光ファイバー構造、請求項８に記載する同軸半導体光検出器構造の少なくとも一つを含み、同軸光システムの通信とセンサーの目的を実行することを特徴とし、同軸半導体光源と同軸光ファイバーとの組み合わせ、同軸光ファイバーと同軸半導体光検出器との組み合わせ、同軸光ファイバーと同軸半導体光源と同軸半導体光検出器との組み合わせで使用することを特徴とする同軸光システム。
【請求項１３】
同軸半導体光源と同軸半導体光検出器の同軸構造を同じな基板に製造し同軸光システムの通信及び検知を実行することを目的とすることを特徴とする請求項１２に記載する同軸光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信に用いるための光ファイバーと光源及び光検出器により構成される同軸光システムに関わる。
【背景技術】
【０００２】
紀元前２５００年に人類がガラスを発見したが、ローマ時代になって初めてガラスを糸のように細いものとして使うようになった。１９５０年代に医学界でこのようなガラス繊維を束にすることで映像を伝送し内視鏡を作ることを期待していたが、漏光が大きく映像をはっきりと伝えることができなかった。これはこれらのガラス繊維の純度が低く、更に外部屈折率が低い空気を全反射層としたからである。１９５６年にＤｒ．Ｎａｒｉｎｄｅｒ Ｓｉｎｇｈ  Ｋａｐａｎｙが最初に”ｆｉｂｅｒ  ｏｐｔｉｃａｌ”光ファイバーの名前を作った。当時ガラス繊上に一層の屈折率が低いガラス材料を精確に包み込むために外殻を作ることで、全反射を制御すると共に漏光を防ぎ、光と映像を完全に送る内視鏡を作るという目的を達成した。これから、光ファイバーは屈折率の大きさが異なり内外の二つの層になっており、並びに直径全体により導光で必要な屈折率分布を基本依拠としてさまざまな光ファイバーの設計生産を行った。もともと内部の屈折率が高いガラス繊維は導光の重要な部分となり、それは光ファイバーのコアと呼ばれており、また外部の屈折率が低い外殻は光ファイバーのクラッドと呼ばれており、それは現在までそのまま使用されている。公に受け入れられている光線が光ファイバー内で全反射屈折により前進する“光線理論”、前記幾何光学物理の説明は現在までそのまま使用されている。
【０００３】
図１に従来の光ファイバー構造を示す。１０１が光ファイバーのコア、１０２が光ファイバーのクラッドである。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは光線が光ファイバー内で伝導する図を示し、図２Ｃがマルチモードステップインデックス光ファイバー、図２Ｂがマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバー、図２Ａがシングルモード光ファイバーである。各種光ファイバーはみな初めてだったのでガラスを繊維にする時、自然に円形状の導波路が何度も発展する結果になったが、１９６３年にイギリスのＳＴＬ  ＫＡＲＢＯＷＩＡＫが弾性薄膜導波路理論（ＦＬＥＸＩＢＬＥ  ＴＨＩＮ−ＦＩＬＭ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ）を示した。前記理論は平板導波路（ＳＬＡＢ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ）の極薄誘電体構造によりシングルモードの光波を伝送するが、光がまわりから支持される誘電体薄膜周囲空間伝播は図３Ａに示すように、薄膜３０１と前記薄膜の上下空気媒体３０２との屈折率の差が非常に大きく、薄膜がとても薄い場合、応用できる伝送損失値が達成できないので、このような方法は諦められた。
【０００４】
同様に図３Ａに示すような平板導波路の実現は、１９６８年Ｒ．Ａ．ＫＡＰＬＡＮによる米国発明特許ＵＳ３３８６７８７号“ＭＡＣＲＯＳＣＯＰＩＣ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ”において示された。図３Ｂに示すように、米国ベル通信実験室ＭＡＲＣＴＩＬＩ等による１９７０年の発明特許ＵＳ３６５９９１６号“ＳＩＮＧＬＥ−ＭＯＤＥ  ＤＩＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ”は平板構造のシングルモード導波路システムにより直接伝播結果を実現した。１９７４年にはＣｏｒｎｉｎｇ社のＫＥＣＫ等による米国発明特許ＵＳ３８０６２２３“ＰＬＡＮＡＲ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ”で平板導波路構造と関連する製造方法を完成させた。以前、１９６４年にイギリスのＳＴＬ  ＣＨＡＲＬＥＳ  Ｋ．ＫＡＯとＧＥＯＲＧＥ  ＲＯＣＫＨＡＭが薄膜導波路を放棄したので、シングルモードの円形導波路光ファイバーを改良するようになった。その後、彼らは１９６６年にガラス内の損失要因を詳しく調査した後、将来製造技術の改良並びにガラス内で起こる損失要因の移行金属イオン成分が１ｐｐｍよりも低い場合、吸収損失が２０ｄＢ/Ｋｍ以下に減少し、遠距離通信用の低損失光ファイバーを作ることができることを示した。前記理論は数年後にすぐ実証され、それにより光ファイバーの発展すべき方向が決定づけられ、光ファイバー通信の幕が開けられることとなった。
【０００５】
以上の従来の光ファイバーを製造する際によく用いられる方法は先ず予備成型体（ＰＲＥＦＯＲＭ）を製造し、前記予備成型体の横断面構造が最終的に必要とされる極めて小さい光ファイバー断面構造と一致すればよい。
【０００６】
通信で用いるガラス（石英）光ファイバーの製造過程には、一般的に先ず上記横断面予備成型体（ＰＲＥＦＯＲＭ ＲＡＤ）棒を製造すること及びその後にドローイングを行う二つの技術が含まれている。現在の成熟し安定している光ファイバー製造技術にとってみれば、光ファイバーがドローイングされて直径例えばよく用いられる１２５μｍ或いはその他の規格になる以前は、すべて拡大比率で成型される直径２ｃｍから４或いは５ｃｍの光ファイバー予備成型体の方式により予め拡大製造を行う。それから高温炉内に入れ細い繊維にドローイングする。これは光ファイバー製造の２大工程である。従ってあらゆる異なる種類の光ファイバー内部の屈折率分布と伝播特性が必要とする各設計、例えば材料選択、幾何構造配置、光学特性等は予備成型体を製造するときに大よそ定められている。つまり予備成型体製造技術が光ファイバー製造技術の重要な技術となる。
【０００７】
ここ２０年一般的に熟知されている光ファイバー予備成型体製造技術は主に大きく二つに分けられ全部で４種類の方法に分類される。まず内堆積方法（ＩＶＰＯ Ｉｎｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ−Ｐｈａｓｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）と外堆積方法（ＯＶＰＯ Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ−Ｐｈａｓｅ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）の二つに分けられる。内堆積方法にはさらにＭＣＶＤ(Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  即ち改良式化学気相堆積法)と及ＰＣＶＤ(Ｐｌａｓｍａ−Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ即ちプラズマ励起化学気相堆積法)がある。２００４年に私本人楊春足が発明した中国台湾特許第Ｉ２６１０７３号ＶＬＳＤ直立シンクロ管内堆積の光ファイバー予備成型体製造方法は光ファイバー予備成型体を大量製造することが可能である。
【０００８】
外堆積方法にはＯＶＤ(Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ即ち外堆積法)とＶＡＤ(Ｖａｐｏｒ-Ｐｈａｓｅｄ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ即ち軸上化学気相堆積法)等の多くの予備成型体製造方法がある。熟知されている光ファイバー予備成型体製造方法は上記の特許内容で述べられている資料を参考にできる。
【０００９】
通信で用いる光ファイバーは電磁波（光波）をある一端から別の離れた点まで伝送する能力がある。前記で述べたように、従来の光ファイバーは細長い均一な透明材料であるが、横断面に沿って屈折率の変化が配置されている。例えば高屈折率の中心であるコア部は低屈折率のクラッド部で覆われている。このような光ファイバーは純ケイ素クラッドのＦｕｓｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ材質がドーピングされたケイ素材を覆い屈折率を高めたコアにより構成されている。光はコアで制限され、並びにコアとクラッドの間で全反射することで伝送される。通常このような型の光ファイバーはモードが高い光波がコア内で伝導されるマルチモードと呼ばれるものを含み、各モードは異なる径路速度で伝導し、普通はパルス幅変調を出力し、これは分散（ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ）と呼ばれている。
【００１０】
このようなマルチモード分散により、バンド幅が低下する。従って、１９６４年に日本東北大学（ＴＯＨＯＫＵ  ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ）の西澤ＳＨＯＪＩＲＯと佐々木ＫＡＷＡＫＡＭＩはグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバー（ＧＲＡＤＥＤ ＩＮＤＥＸ ＭＵＬＴＩＭＯＤＥＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＢＥＲ）は各種異なる速度のモードをセルフフォーカス方式（ａｎ ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅｌｆ-ｆｏｃｕｓｉｎｇ）により図２Ｂに示すようにバンド幅を高くすることを発明されました。しかしグレーデッドインデックスマルチモードを形成させる上で、軸の中心の屈折率が最も高いドーピング量は外に向かって距離が遠くなるにつれドーピング量がだんだん低下する際、ドーピング量における精確度、再現性及び複雑度の問題及び屈折率がだんだん変化することで生じるリプル（ｒｉｐｐｌｅ）を制御することは、理論設計上の最適なバンド幅と合致しにくい。最後に、各モード速度を一致させ、同時に出発且つ同時に距離の離れた目的地に到達させるという通信目的のために、コアを小さくし基本モードの光がコア内でのみ伝導する方式によりモード分散を取り除くやり方を用いるしかなく、これは即ちシングルモード光ファイバーである。
【００１１】
極めて短い距離で使用するマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバーはＬＡＮを除いて、今まで通信で用いられる光ファイバー市場の９０％以上はシングルモード光ファイバーであるので、シングルモード光ファイバーは光ファイバー通信の主要商品であることが分かる。しかしシングルモード光ファイバーにおいて、主に光波を伝送する媒体材料のコアの面積は光ファイバー全体の面積の１％にしか過ぎず、残りの９９％は全反射のための反射層及び強度を保つために用いられるだけなので非常にもったいない。光ファイバーの強度と継続操作を容易に行う条件を考慮すると、従来の光ファイバーの外径１２５μｍから変更しないが、シングルモード光ファイバー内に多くの使用できる面積が存在するので、前記面積を充分利用すべきである。例えばシングルモードの光ファイバーの光束密度を高めるには、受信端を提供することで更に多くの光子エネルギーが供給され、受信端のパワーエネルギーの源が増加し、感度が同等の光検出器がさらに遠い距離の受信機を使えるようにすることで伝送距離が増加する。また感度が同等の光検出器は低パワーレーザー光源を用いることでシステムコストを減少させることが出来る。或いは、低感度光検出器を用いることでシステムコストを低減させると共に通信距離が長くなり、精純半導体資源の浪費をしないでもすむ。
【００１２】
光ファイバー通信はシステムコストのメリット以外に、完全に非の打ち所がない製品を使用する期待がある。ここ数十年自ら光ファイバー製造に従事してきたが、特に内堆積法により溶解収縮した予備成型体の多くの光ファイバーは、図４Ａ，４Ｂに示すようにシングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーに関わらず屈折率分布の中心ではいずれもくぼみ問題が生じている。
【００１３】
図４Ａにシングルモード光ファイバーの屈折率分布の中心くぼみ、図４Ｂにグレーデッドインデックスの中心くぼみの図を示す。現在の光ファイバー予備成型体の製造方法におけるＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ＯＶＤ法及びＶＡＤ法のうち、前三種類の方法はみな欠点が存在する。ＭＣＶＤ法とＰＣＶＤ法は約数百の層が重なった内堆積工程（この時まだ中空状態が存在するので予備成型管（ＰＲＥＦＯＲＭ ＴＵＢＥ）と呼ばれている）を完成し並びに溶解収縮させた後、またＯＶＤ法は約数百の層が重なった外堆積工程工程を完成し並びに脱水と透明化を行った後（この時まだ中空状態が存在するので予備成型管とも呼ばれている）、前記中空のまだ中身が詰まっていない堆積層のＧｅＯ．ｓｕＢ.２ドーピング材料が大量に揮発して外に出て行くので屈折率分布の中心くぼみを引き起こし、今に至るまで本人を悩ませている。
【００１４】
通常ＧｅＯ．ｓｕＢ.２ドーピングコア層は屈折率を増加させるためのものである。しかし堆積温度より高い温度で溶解収縮或いは透明化工程を行うことにより、度たび前記ＧｅＯ．ｓｕＢ.２ドーピング材料が揮発し純ケイ素内での濃度を低下させ、予め予測している屈折率値を得ることができない。従ってシングルモード光ファイバーとマルチモード光ファイバーに関わらず屈折率分布の中心ではいずれもくぼみが生じ、光ファイバーの伝送特性に不利となる。これがすべて以上３種類の光ファイバーの予備成型体工程での欠点というわけではなく、従来は直径を導光屈折率分布の全反射光路の依拠としており、その場合屈折率分布の中心の高屈折率部がちょうど製造時に長時間高温加熱されている状態に置かれた後、ＧｅＯ．ｓｕＢ.２ドーピングが高温で揮発することで屈折率分布中心のくぼみが引き起こされるのである。
【００１５】
従来の直径を導光屈折率分布の依拠として光ファイバーを製造することは、屈折率分布中心のくぼみ以外に、内堆積法で形成した予備成型体工程のＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法によりすべての堆積層工程が完成して、上記のまだ中空状態が存在する予備成型管になった後、すぐに予備成型体の品質管理測定及びドローイングができないので、製造効率に影響を及ぼす。最も内部に存在する中空のコア層が溶解収縮（ＣＯＬＬＡＰＳＥ）の前に保護されないので、各操作工程時にドローイングに至るまで容易に汚染され、中身が詰まった後損失特性に大きな影響を及ぼす。さらに屈折率を高める目的のためにドーピングされた二酸化ゲルマニウムのドーピング濃度は外側から内側にだんだん増加し、最も中心のコアそうで最も高いドーピング濃度となる。外側から内層の材料への膨張係数はだんだん増加し中空の開放部で止まる。このような予備成型管の内外材料の膨張係数が不均一な状態は、製造工程の変化や環境温度の変化によりひどい亀裂が生じることとなる。従って直接溶解収縮して中身を詰まらせるには品質管理測定とドローイングをしなければ、多くの問題を引き起こすこととなる。
【００１６】
屈折率分布中心のくぼみはバンドを低下させるが、マルチモード光ファイバーでは普遍的なものとなっている。特にＬＡＮのマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバーにおいてとりわけひどく、発展技術にはレーザーをコアの外環部分或いは中空を使用している環状コア光ファイバー（ＲＩＮＧ ＣＯＲＥ ＨＯＬＬＯＷ ＦＩＢＥＲ）に発する方法があり、中心が受ける屈折率のくぼみが導波路に影響を及ぼすことを防ぐが、一時的に管の光ファイバーに発するために用いられるだけの方法で、徹底的にバンド幅を高めることはできない。シングルモード光ファイバーでは、非常に小さな直径のコア部があるだけなので、屈折率のくぼみ部が全体に占める屈折率の不均一比率は非常に大きく、影響はさらに大きい。屈折率分布中心のくぼみを埋め合わせる技術はあるが、皆時間と労力を費やし、理想的とはいえない。
【００１７】
シングルモード光ファイバーの広帯域幅の伝送特性は光ファイバー通信の最高品質の主な製品といえる。しかしシングルモード光ファイバーは非常に小さな直径のコア部だけで光伝送を行っているので、従来のシングルモード光ファイバーのコアの光束密度が非常に低い。さらに遠い距離まで伝送を行うために、大パワーのレーザー光源が、縮小された光点が光ファイバーのコアに入ることに焦点をあわせることにより目的を達成することができる。且つ側射型強光レーザーは図５に示すような楕円形光輻射波形５０５が円形微小コア構造に焦点を合わせるものであるが、自然の法則に合致せず、パワーを浪費し且つ制御回路費用が増えると共に高電流により生じる高温を冷却する装置を必要となるのでシステムコストが増加する。図５の５０１は電極で、５０２は基板、５０３は作用層、５０４は発光領域、５０６はＳiＯ２絶縁層である。
【００１８】
面発光型レーザー光源ＶＣＳＥＬは図６に示すような円形出射波と円形コアの  マッチングである。しかし上下のＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）の格子極細層の堆積層或いは配向成長層６０１及び６０５,６０２を作用層とし、６０３が緩衝層、６０６が環状電極であり、λ/４高屈折率とλ/４低屈折率材料の配向成長層がコンポーネントにおいて偏る時、このような極細層の電圧が低下するので、特に異質の接する面が不連続な妨害電流を流すこととなる。これにより起こる不安定な電流はパワー向上に不利になり、高パワーの出力ができず、側射型強光レーザーに取って代わることは不可能である。従って側射型強光レーザーの楕円形光出力と円形コアのマッチングは依然として自然の法則に合致しない欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記の従来技術背景依拠における従来の光ファイバー、光源及び光検出器の製造を鑑みると、以下に示す６つの欠点があり、従来の光ファイバー通信システム、光源及び光検出器が最も自然に合った効果を発揮できないのである。
【００２０】
一、ＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法及びＯＶＤ法等の方法で製造した従来の光ファイバーはみな屈折率分布の中心に問題が生じている。堆積が完了した最も高い屈折率分布中心付近の数層に中空状態の領域が存在し、高温により中空部分がだんだんと収縮し中身が詰まった状態になる過程で、全く保護されていない堆積層の内部において、屈折率を高めるＧｅＯｓｕＢ.２ドーピング材料が大量に揮発して外にでていくので、予め設定している屈折率よりも低くなり、屈折率分布中心のくぼみを生じさせ、中心の導光が不完全なものになるという欠点が生じる、
【００２１】
二、成型管内層がむき出しになっていることにより予め品質管理を行うことができず、溶解収縮工程のコストを浪費することになる。ＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法等の内堆積方法により従来の光ファイバーの予備成型体を製造する際、最も高い屈折率分布中心付近の数層の堆積が完了すると、中空状態のもともと軸の中心となるはずの領域層が、溶解収縮して中身が詰まった予備成型体になる過程の前で、充分に厳しい温度環境の保護をしない限り、予め品質管理をするために、普通環境で屈折率分布の測定をすることが非常に難しい。特にＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法では、この時予備成型管の中空部分の内径が非常に大きく且つ保護されていないので、最も重要なコアが汚染されることによるＯＨイオン吸収の損失と内外応力の差による亀裂を防ぐために、直接溶解収縮工程を行わなければならない。しかし予備成型管内層がむき出しになり且つ直接溶接収縮を行わなければならないので、予備成型管が外部加熱下で高温ガスの衝突によりくぼまないように、数時間溶解収縮工程を行い、また予備成型体の真円度とドローイング後の光ファイバー真円度を維持するために、ガスを入れ一定の圧力を保たなければならない。長時間内部を通気するので、通気システムのガス密度と気体の含水分問題により、後後光ファイバー内の重要な導光コアのＯＨ含量を増加させることになり、損失を増加させる問題を引き起こす。
【００２２】
三、最も高いバンドのシングルモード導光コアは小さすぎ継続使用が難しく、且つ有効導光材料の使用比率が低すぎ高純度材料資源を浪費するので、環境保護と精純材料の適切使用法則に合わない。現在採用されている光ファイバー通信のブロードバンドのシングルモード光ファイバーは主にコアが小さすぎ、直径が約１０μｍしかない。その導光コア面積は光ファイバーの断面積の１％にも満たないが、その９９倍の面積は支持するために使用されており、単位面積の用いることができる有効導光材料の使用面積比率(Ａ)が低すぎ、精純材料資源を浪費している。例えば外径１２５μｍ、コア直径１０μｍのシングルモード光ファイバーを例に取ると、有効導光材料の使用面積比はＡ=５２π/６２.５２π×１００％=０.６４％となり、非常に低い。最適なシングルモード光波伝送通信位置を間違って用いていることが分かる。
【００２３】
四、従来のシングルモードコア導光面積が小さすぎ、光束密度が低いため受信距離が短くなるだけでなく、強光レーザーの楕円形輻射波形が円形の微小コアに焦点を合わせなければならない構造は自然法則に合致せず、システムコストを増加させる。現在採用されている光ファイバー通信のブロードバンド領域のシングルモード光ファイバーは主にコアが小さすぎ、導光面積が非常に小さく、孔径も小さいので強光レーザー光源によりレンズを通して焦点を合わせなくてはならず、小さな円であるコアに放射することで、さらに長い距離の伝送ができる。これは非常に高価なレーザーを使用するだけでなく、制御回路費用と冷却装置が必要となり、システムコストを増加させることになる。
【００２４】
五、光源の楕円形輻射波形が光ファイバーの円形コアに対するマッチング問題とは、強光レーザーが目下のところすべて側射型なので、楕円形輻射波が生じ、円形コアの導波路にマッチングできず、パワーの浪費を招く。とりわけ楕円形の光はスタートと同時に垂直軸及び水平軸の電界に対する幅が異なる分極モードのずれを有する。光ファイバーに入り長距離伝送の後、光源は開始時垂直及び水平分極値の大きさが僅かにずれており、且つ長距離光ファイバー導波路構造の内部がほぼ不均一な内部応力差と外部のケーブルになる工程で生じる応力のために、受信端で偏光モード分散（ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ−ＭＯＤＥ ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ(ＰＭＤ)）が生じ、特に更なる高速度通信時にバンドの受ける影響が大きくなる。
【００２５】
六、光ファイバーの出力光強度分布と光検出器の光検出機能のマッチング問題とは、従来の光ファイバーが光波を出力し、強度分布形状が軸の中心の最も強く並びに軸から距離が離れるにつれて強度が弱くなる正規分布形状であるので、光通信で最も多く採用されるのは図７に示すように、前照射式光検出器で、その表面電極は環状で電気を供給する。７０１が空乏層で、７０２がＳiＯ２絶縁層で、７０３は環状電極で、７０４は抵抗反射層で、７０５はｐ-型半導体層で、７０６は電界分布で、７０７が光入射で、７０８がｎ-型基板である。表面の環状電極７０３と底層平面電極の二つの電極は中間の各層の半導体に対して逆バイアス状態で電気を供給し、上表面中間の中空状の環状電極内における両端平面の電子密度が高く、また電流は最短距離を流れる作用があるので、前記空乏層域の電子と正孔は電位障壁がある電界分布を形成し、軸の中心領域が外環よりも低い不均一現象を生じさせる。励起により電子と正孔対が生じるので、空乏層７０１（ＤＥＰＬＥＴＩＯＮ  ＬＡＹＥＲ）内の電界が軸の中心の最小値からだんだん外環の大きな値になるという不均一分布作用を受ける。反対にこのような光ファイバーの出力中心が最も強い光エネルギーの分布を持つ光信号の正規分布(ＧＡＵＳＳＩＯＮ  ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ)は、中心の光検出伝達効率が低いものとはマッチングしないので、自然法則に合致しない。光検出器の軸中心の推進領域における電界分布は中空の低分布状態を生じさせる。従って空乏層が環状分布を呈し、不完全な分布は光検出機能を低下させノイズを生じさせることとなる。
【００２６】
世界の銅資源はだんだん不足してきていると共に、光ファイバー製造技術が二十数年以上の発展を続けている状況下において、われわれはバンドに対し日増しに切実な期待を寄せているが、光ファイバーはまだすぐには通信媒体材料に取って代わることができないので、人類は光ファイバーを家庭まで普及させられない。それは自ら前記技術に２５年間努力を続けてきた者にとって、非常に遺憾である。
【００２７】
従って、以上の従来の光ファイバー技術が有する欠点は本発明で解決すべき問題となる。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上述の従来の光ファイバー及び従来の光源と光検出器の問題を解決するために用いた技術案は本発明で提案している３つの発明で、光ファイバーの導波路の構造、半導体光源と半導体光検出器等の構造を新たに設計することで同時に上述の問題を解決する技術となると共に、一つの同軸に整合させた同軸導光システムにより応用が可能となった。３つの発明は以下に示すとおりである。
【００２９】
(１)同軸光導光ファイバー：本発明の同軸光導光ファイバーは屈折率分布により半径に形成され、従来技術の屈折率分布により直径に形成される光ファイバーとは異なる。同軸の円外殻と軸中心部の屈折率が同じになるように構成し、導光依拠となる屈折率分布の中心は軸中心から光ファイバーのすべての半径上にシフトする。光は軸中心とその同軸上の円外殻間を伝導し、軸中心では伝導しない。このように軸中心の屈折率と外殻の屈折率が同じなので、光波は元の場所から光ファイバー軸中心のコアに伝播するようになり、各半径の中間で形成される円環状テープ状コアまで伝播する。図８Ａ,８Ｂに示すとおりである。
【００３０】
図８Ａに同軸マルチモードグレーデッドインデックス光ファイバーの円環状コア８０３のセルフフォーカス方式による伝播を示す。一般的に知られている光は幾何図で示される径路方式により同一の屈折率の軸殻と外殻の同一半径上に全反射する。つまり光ファイバーの半径が縦切断面に向かって導光面のために設計されていることにより光ファイバーを製造しており、従来の直径が縦切断面に向かって導光面のために設計されているものに取って代わる。図８Ｂに同軸シングルモード光ファイバー８０１の円環状コア８０２の光伝播を示す。図９Ａ,９Ｂ,９Ｃに示すように、本発明の光ファイバー構造は従来の光ファイバー構造とは異なる。新しい部分の名称は図９Ａを例に取り以下に示す。新しい環層構造の主な導光領域９０１を円環状コア層（ＡＮＮＵＬＡＲ ＣＯＲＥ）と呼び、その屈折率をｎ１とする。全反射作用を生じる内外二つの低屈折率の部分はそれぞれ外殻９０２(ＯＵＴＥＲ ＣＬＡＤＤＩＮＧ)及び軸殻９０３(ＡＸＩＡＬ ＣＬＡＤＤＩＮＧ)、或いは外殻９０２(ＯＵＴＥＲ ＣＬＡＤＤＩＮＧ)及び内殻９０３(ＩＮＴＥＲ  ＣＬＡＤＤＩＮＧ)と呼ばれ、内殻屈折率はiｎ２、外殻屈折率はoｎ２と表示されるが、屈折率が同じなのでiｎ２=oｎ２である。しかし時々導光環状コアドーピング材料の光波伝播特性に及ぼす影響、或いはこのような屈折率の差(△％)が僅かな湾曲による損失に対する感度、又は例えばＯＨの水分等のその他の要素がコアに進入することを防止する為に、例えばＭＡＴＣＨＥＤ ＣＬＡＤＤＩＮＧ及びＤＥＰＲＥＳＳＥＤ ＣＬＡＤＤＩＮＧのような二層以上の殻層を作成することにより屈折率の差を調整するなどのことを考慮するために、別の記号表示をすることができる。
【００３１】
図９Ａに本発明における同軸光ファイバーのシングルモードステップインデックス光ファイバー、図９Ｂに本発明における同軸光ファイバーのマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバー、図９Ｃに本発明における同軸光ファイバーのマルチモードステップインデックス光ファイバーの構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す。
【００３２】
(２)同軸半導体光源：同軸光ファイバー中心軸殻が導光しないので、導光の環状コア部分は軸中心殻を取り囲んでいる。これはちょうど光源の軸中心を中心電極の電気を供給する部分に変えると共に、同軸導体により形成されている同軸半導体光源を構成できる。正負内外の同軸両電極形式は中間で発光する環状半導体層の同軸方式に対し電気を供給することで、円環状発光体が円環状コア光ファイバーに対し光波を完全に発射する目的を達成することができ、従来の入射光パワー損失が生じることはない。本発明の同軸光ファイバーは最適なエネルギー形状にマッチングする。
【００３３】
同軸半導体構造のレーザー光源構造は図１０Ａに示すように、１００１が軸中心正極、１００２は外環負極、１００３はｎ-型基板、１００４はｎ-型半導体層、１００５はｐ-型作用管、１００６はｐ-型半導体層、１００７が反射層である。図１０Ａは本発明の同軸化された本導体環状層レーザー構造の断面の概略図（以下の断面図は図１６を除いて、中央から半分を示した概略図である）、図１０Ｂは従来の平面層分布で製造された半導体レーザーの基本構造の概略図を示し、１００４為はｎ-型半導体層，１００５がｐ-型作用層，１００６がｐ-型半導体層，１００７が反射層，１００８が正極，１００９が負極，１０１０がレーザーの出力である。本発明で示している各同軸半導体光源は、各種発光機能を構成する円環状半導体層の配置に基づいて、発光作用を実現し完全入射による同軸光ファイバーを製造することができる。例えば同軸ＤＦＢ（分布帰還型）半導体レーザー或いは同軸波長調整可能な半導体レーザー等の従来発光原理により発光作用を配置するものである。
【００３４】
(３)同軸半導体光検出器：同軸光ファイバー中心軸殻が導光しないので、同軸光ファイバーから射出される光波形状は円環状である。従って、従来の光検出器の中間受光部は使用の必要がなく、且つノイズ源となりえる。前記軸中心部はちょうど電気を供給する電極部になることができると共に、同軸導体により形成されている同軸半導体光検出器を構成できる。正負内外の同軸両電極形式は中間で発光する環状半導体層に対し同軸で電気を供給することで、環状コア光ファイバーに対し光波を完全に受信する目的を達成することができ、従来技術の入射光パワー損失が生じることはなく、また感度を向上させることができる。本発明の同軸光ファイバーは最適なエネルギー形状にマッチングする。
【００３５】
同軸化半導体構造の光検出ＰＩＮダイオードと光検出ＡＰＤアバランシェフォトダイオード構造を図１１Ａと図１２Ａにそれぞれ示すが、図１１Ａ,１２Ａは本発明の同軸化した半導体層光検出器の構造図で、図１１Ｂ,１２Ｂは従来の平面層分布の半導体光検出器の構造概略図である。本発明で示す各同軸半導体光検出器は各種光検出機能を構成する円環状半導体層の配置に基づいて、同軸光ファイバーが射出する光に対して光検出作用を実現する。図１２Ａにおいて、前記同軸ＡＰＤは正電気を提供する導体軸中心電極１１０１と負電気を提供する同軸外環導体１１０２を含み、その間の多層環状同心半導体層と共にＰ+型 ＩｎＰ １１０６基板上に設置形成されている。１１０３はｎ+ ＩｎＰで、１２０１はｐ-ＩｎＰ倍増層、１１０４はｎ-ＩｎＧａＡｓ本質ＩＮＴＲＩＮＣＴ吸収層，１１０５はＰ+-ＩｎＰ層，１１０７は反射層，１１０８は抵抗反射層である。図１１Ｂの１００８は正極，１００９は負極，１１０９は光子入射である。
【００３６】
詳細な説明を以下に示す。
一、同軸光導光ファイバーは上述の一つ目の欠点を解決することが出来る。光導同軸光ファイバーの導光屈折率分布の依拠を新たに半径上に設定すると、光波エネルギーが主に集中通過した屈折率分布の中心が半径の中段部にシフトするので、予備成型体を製造する際に採用される管内堆積製造工程のＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法の堆積工程は最外殻層の屈折率依拠によりドーピング材料の配分を行い、内層に向かって一層一層屈折率が増加するように順番に堆積させ、並びに内層になるほど厚みが増す。屈折率分布中心の最高屈折率層の堆積が完了すると、屈折率層の堆積を徐徐に低下させる。最後に外殻石英管の純ケイ素材料と同じ屈折率の数層純ケイ素堆積工程か完了する時、透明な予備成型管が完成し、すぐに溶解収縮工程に進めることができる。
【００３７】
図１３Ａ,１３Ｂにマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバー予備成型体の堆積例を示す。図１３Ａは予備成型管の堆積完成後、溶解収縮して中身を詰まらせる前の断面屈折率分布であり、堆積順序はＡlからＡｎに向かっており、１３０は石英管、１３１は屈折率分布、１３２は屈折率分布の中心に存在しないくぼみ，１３３は予備成型管中空である。図１３Ｂは予備成型体が溶解収縮して中身を詰まらせた後の断面屈折率分布である。本発明の光ファイバーは光ファイバー半径の縦向きの切断面を導光面の設計として製造するので、前記軸中心の屈折率と外殻の屈折率が同じになり、ドーピングされた高屈折率の堆積層は各半径の中段部の配置にシフトする。これにより高屈折率のドーピング材料が高温の溶解収縮工程で揮発して外に出ていくことを防ぐことができる。同様に、ＯＶＤ法は内軸中心の屈折率と外殻の屈折率が同じ純ケイ素層から始まり内層から外側に向かって順に堆積する（順序はＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法の逆になり、即ちＡｎからＡ１に向かってである）。最後の堆積工程が完成し、高温脱水及び透明化工程の際、本発明における軸中心の屈折率と外殻の屈折率が同じになるように設計されているので、ドーピングされた高屈折率の堆積層は各半径の中段部にシフトする。これにより高屈折率のドーピング材料が高温工程で揮発して外に出ていくことを防ぐことができる。従って本発明は光ファイバー半径の縦向きの切断面を導光面の設計として製造する光ファイバーであり、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤ及びＯＶＤ等の方法により屈折率分布中心のくぼみ問題が生じることはなく、並びに三種類の方法はそれぞれの製造メリットを発揮することができる。
【００３８】
二、同軸光導光ファイバーは上述の二つ目の欠点を解決することが出来る。光導同軸光ファイバーの導光屈折率分布の依拠を新たに半径上に設定すると、上記で説明した堆積が完了した予備成型管により予め品質管理ができると共に直接ドローイングができる。堆積が完成すると、中空状態の軸中心領域層の屈折率と外殻の屈折率が同じなので、溶解収縮して中身を詰まらせた予備成型体になる前、予備成型管内外層材料の構造は一致し、普通環境に移して屈折率分布の測定が可能なので前もって品質管理ができ、内管が汚染される心配はない。とりわけ品質管理測定後に直接ドローイングすることができるので、溶解収縮工程の費用を大幅に減らすことが可能である。ＭＣＶＤ法及びＰＣＶＤ法の場合、予備成型管の中空部分の内径はまだ大きいが、最も重要なことは導光コア部に数百層ものゲルマニウムがドーピングされていない純ケイ素の保護層があり、且つ後工程の汚染を受けないだけでなく、内外応力差も材料の内外対称分布の一致により均衡が保たれていることで、応力差により亀裂が生じる問題を取り除くことである。
【００３９】
三、同軸光導光ファイバーは上述の三つ目の欠点を解決することが出来る。通信用の光ファイバーは伝送損失特性を低下させるために、純度が極めて高い高価な材料により製造され、精密で高価な設備を使用することによりコストが高く、製造された製品は非常に高価のものといえる。従って如何に光ファイバー内の導波路材料を有効利用し光束密度を向上させ、さらに多くのエネルギーを伝送するかが目的であり、非常に高いコストも考慮すべき点である。単位面積の有効光束密度は材料が有効的に使用されているかどうかで計算することができる。光ファイバーの単位面積の有効光束密度をＡと設定し、並びに前記Ａを有効光束比と呼ぶ。Ａは以下の式を用いて定義する。
Ａ=Ａｗ/Ａf ×１００％   (１)
式中のＡfは光ファイバーの横切断面面積である。Ａｗは光ファイバー内の導光部の横切断面面積である。図１４Ａ,１４Ｂに示すように、外径１２５μｍと同等のシングルモード光ファイバー１４０１を用いて計算すると、従来の図１４Ａのシングルモード導光コア１４０３の直径が１０μｍで、有効光束比はＡＴである。本発明のガラス同軸光ファイバーの新しいシングルモード光ファイバー１４０２を図１４Ｂに示す。同様に波長を停止させる時、円環境平面層の導波路構造の１０μｍ厚さ２ｔにより計算を行う。ｔは
λＣ =４ｔ × (ｎ１ ２- iｎ２ ２) ０.５ (２) 
=(２π /２ . ４０５ ) × ａ × (ｎ１ ２-iｎ２２) ０.５ (３) 
式(２)は平板型導波路の理論計算で、式(３)は円筒形導波路の理論計算である。平板層本同軸シングルモード光ファイバーの導波層１４０４の厚さを求めると、ｔ=０.６５３ａ=０.６５３× ５=３.３、つまり平板層厚さは２ｔ=６.６μｍとなる。
従って有効光束比はＡＮと比較し、式(１)より求めることができる。
ＡＴ=πx５２/πx６２.５２×１００％=０.６４％
Ａｎ=πx(３４.５５２-２７.９５２)/πx６２.５２×１００％=１０.５６％
Ａｎ/ＡＴ=１０.５６/０.６４=１６.５倍，
【００４０】
以上の二つを比較することにより、外径が同様のシングルモード光ファイバーを製造するとき、本発明の同軸シングルモード光ファイバーの有効光束比は従来のシングルモード光ファイバーの１６.５倍であることがわかる。有効光束比の増加は有效導光材料の使用効率を１６.５倍向上させることになり、もともと光ファイバー強度を支持することと容易に継続させるためだけの同様の面積もそれに応じて光束密度が増加した。これは有効光導材料資源の使用率が１６.５倍に増加しただけでなく、シングルモード光ファイバーが提供する受信端の更に多くのエネルギー供給チャンネルを向上させ、同様の感度で受信端の今後の通信距離の延長の目的を達成することができる。
【００４１】
四、同軸光導光ファイバーは上述の四つ目の欠点を解決することが出来る。本発明の光導同軸光ファイバーは導光屈折率分布の依拠を新たに半径上に設定し、シングルモード導光領域が従来の軸中心の小円コアから外に向かって各半径の中段組成の環状テープ状面積に拡大すると、導光面積及び有効光束比が１６.５倍増加し、従来のコアが非常に小さいという第四の問題を解決することが出来る。以上の例のように従来と本発明のシングルモード光ファイバー内の導光横切断面面積Ａｗを計算すると、従来のシングルモード光ファイバーはＡｗ=５２π=２５πμｍ２で、本発明のシングルモード光ファイバーはＡｗ=(３４.５５２-２７.９５２)π=４１２.５πμｍ２となる。
【００４２】
両者の導光面積の差は４１２.５/２５=１６.５倍である。光束密度と導光面積は正比例となり、本発明を用いた同軸シングルモード光ファイバーの導光面積が１６.５倍増加するので、１６.５倍のシングルモード光ファイバー内におけるエネルギーのチャンネルを提供することができる。前記シングルモード平面層の導光構造が１６.５倍の光波エネルギーを伝達できると、受信端の光検出器の感度が変わらない場合、光源のレーザーパワーとコストを大幅に減らす、或いは同等の光源によるレーザーパワーで通信距離を増大させることもできる。
【００４３】
Ｐｏを入力光検知ダイオードの光パワー、Ｎｐを単位時間当たりの入射光検出ダイオードの光子数、υを光線周波数、ｈをプランク定数とすると、
Ｐo=Ｎｐ × ｈυ
従来のシングルモードから伝送された光検出ダイオードの光パワーをＰo(１)、本発明のシングルモードから伝送された光検出ダイオードの光パワーをＰo(２)とすると、
Ｐo(１)=Ｎｐ × ｈυ
Ｐo(２)=１６.５Ｎｐ × ｈυ
【００４４】
本発明のシングルモード光ファイバーの光束密度が従来の１６.５倍であるので、１６.５倍の光子量を伝送できるので、同様の光検出ダイオードにおいてＰo(２)/Ｐo(１)=１６.５倍の光パワーを受信できる。１６.５倍の光パワーの伝送は、光強度１０ × ｌｏｇ１６.５=１２ｄＢになる。従って、同じ感度の光検出器と同じレーザーパワーの光源を用いると、本発明のシングルモード光ファイバーは損失０.４ｄＢ/Ｋｍの零分散波長１３００ｎｍを伝送でき、１２/０.４=３０Ｋｍの距離が増える。本発明のシングルモード光ファイバーは零分散波長による１６.５倍の光子量を伝送させるので、３０Ｋｍ離れた距離まで充分であり、同じ感度の光検出器は最少の光子受信量を検知することができる。従って受信端における光受信機の感度が変わらない場合、光源のレーザーパワーとコストを大幅に減らす、或いは同等の光源によるレーザーパワーで通信距離を大幅に増大させることもできる。
【００４５】
五、同軸半導体光源が入射する同軸光ファイバーは上述の五つ目の欠点を解決することが出来る。本発明の屈折率分布が半径上の同軸光ファイバーの光ファイバー導光構造はすべての半径上の導光可能な線分により成る円環状面に変わり、つまり軸中心の内殻部は導光せず、本同軸半導体光源軸中心の電極部が発光しないようになる。発光する円環状半導体層が発する円環状光が同軸光ファイバーの円環状部に入ることにより、円環状が円環状に対する自然のマッチング法則が成り立つ。形状がマッチしないパワー損失問題を解決した後、さらにＰＭＤ偏光モード分散低下の問題を解決する。同軸の電気を供給する二つの電極が二つの電極間の円環状半導体層に対して電子と正孔の流動が生まれ、最も近い距離で形成される方向を取ると、ちょうど各半径の分極方向になっているので、最大放射電界を形成する作用において、担体と励起した光子は最大放射電界が推進する方向に基づいて移動する。本発明の同軸半導体層による単周波或いは選択周波の共振回路が励起発光した同調光波レーザーを発生させるとき、励起光の分極及び輻射方向は本同軸の電気供給により生じる半径分極方向の最強電界の作用を受け、半径分極輻射による射出波を形成する。前記半径分極波は水平分極がゼロの唯一垂直分極波と同じであるので、偏光モード分散の問題を低下させることができる。本発明の同軸半導体レーザーで生じた環状零分散１３００ｎｍ単周波同調半径分極レーザー光が本発明の同軸シングルモード平面層光ファイバーの環状コア内に入射し、半径分極光は各半径縦切断面内に伝導する同軸半径縦導波路光ファイバー(ＴＨＥ ＲＡＤＩＩＳ ＬＯＮＧＩＴＵＤＩＮＡＬ ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＤ ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＢＥＲ)と同じなので、更に広帯域で長距離の光ファイバー通信を実現することができる。本発明の同軸半導体構造の光源は図１５Ａ、Ｂに示すように、ちょうど本発明の同軸光ファイバーの環状コア導光構造とマッチングしている。
【００４６】
六、同軸半導体の光検出器は上述の六つ目の欠点を解決することが出来る。本発明の同軸半導体の光検出器は同軸を形成する二つの電極により電気が供給されており、本軸中心電極を中心とする同心半導体の各環状層の厚さと一致し、電子或いは正孔が半径に沿って最短径路を通って外環電極まで達する。逆バイアスによって電気を供給する場所は環状空乏層或いはアバランシェフォトダイオードの倍増層或いは吸収層の電界分布方向を形成し、それらは皆半径極方向分布となる。横切断面から見ると、環状空乏層は同軸光ファイバー出力の環状光波と十分マッチングするので、最適なカップリング効率で光検出する目的を達成できる。図１５Ｂと１５Ｃに示すように、従来の光検出器も本発明における光ファイバーの光導波路環状テープ状が射出する光波エネルギー分布形状を受信するが、本発明における光ファイバーの最適エネルギー形状とマッチングするためには、すべての射出される光子が最適な受信効果を持ち、光検出効果を十分発揮するために、最適なカップリング効率を達成するか、或いは本発明における同軸半導体層構造の光検出器構造を用いて自然法則に合致させなければならない。また主に光検出の空泛層が直接光を受け生じた電子正孔対の光電流が駆動電流ＤＲＩＦＴになり、拡散電流ではないので、反応速度を向上させ、通信距離を増やすことができる。
【発明の効果】
【００４７】
以上のことを総括すると、本発明は光ファイバー内の導光屈折率分布を半径上に新たに設定し、従来の光ファイバーが屈折率を直径上で生じる光ファイバー内の光導自身及びその光源と光検出器の間に分布する欠点を解決すると共に以下の目的を達成する。
【００４８】
一、従来用いていたＭＣＶＤ、ＰＣＶＤ及びＯＶＤ等の方法により生じていた屈折率分布中心のくぼみ問題は完全になくなると共に、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤ及びＯＶＤ等の方法は屈折率分布が完全な各種高品質光ファイバーを作り出すことができ、光を光ファイバー内の予め設定されている径路により伝播できる。
【００４９】
二、内堆積法の予備成型管は予め品質管理を行えると共に、直接ドローイングができるので、溶解収縮工程のコストを大幅に減らせる以外に、伝送損失を低下させることとバンド幅を向上できる。予備成型管を溶解収縮する必要がなく大幅に省エネができるので直接ドローイングでき、並びに従来の数時間溶解収縮工程で水分子が汚染されることがない。水平操作のガラス旋盤上で溶解収縮を行う際、予備成型体はガラス旋盤両端の鋏口の角度により、高温下で位置が離れることと回転操作時に変形の影響を受ける。このような操作変形により、中身を詰まらせた予備成型体の内部構造の真円度が低下し、コア偏心度が高くなるので、伝送特性が悪くなり、品質に影響を及ぼす。本発明の同軸光ファイバーの予備成型管は品質管理測定を行ってから直接垂直ドローイングマシーン上で直接ドローイングをするので、予備成型管を充填化して予備成型体にするエネルギーの消費を減少でき、製造時間の短縮及び水平溶接収縮工程の機会設備の投入コスト削減を達成する。且つ導光コアが汚染を受けないので、高品質の製品を得ることが可能である。
【００５０】
三、光波エネルギーは主に通過する完全な屈折率分布中心に集中し、半径の中心部にシフトし、またシングルモード光ファイバー内の有効光束比を１６.５倍に向上させ、高価な半導体材料の使用効率を高めることにより、製造コストを低下させることができる。
【００５１】
四、光波エネルギーは主に通過する完全な屈折率分布中心に集中し、半径の中心部にシフトすることにより増加する総光束密度は１６.５倍であり、前記従来のシングルモード光ファイバー及びマルチモード光ファイバーの二重のメリットを合わせるもので、本発明は損失が続くことに耐え、製造の複雑さを省くことができる。コストが非常に高いグレーデッドインデックスマルチモード光ファイバーは最も簡単に製造できる光ファイバー構造及び完璧な自然パワーマッチング光源と光検出器を完成させ、且つケイ素製のシングルモード光ファイバーを選択すると最も自然な零分散波長l３００ｎｍが得られ、通信距離をのばす、或いは光源及び操作コストを減らすなどの最も優勢な条件を組み合わせることにより、光ファイバー通信の各種応用ができる。特に光ファイバーの家庭用ブロードバンドへの応用は、情報がスムーズに伝わり、知識を共用するという世界平等の理想を実現することができる。
【００５２】
五、同軸光ファイバー、同軸光源及び同軸光検出器が一体構造になっており、自然法則に合致すると共に完全にマッチングする組み合わせを達成し、前記同軸の光システムを新たに作り出した。有効導光材料資源の使用率、貴重なレーザーの励起光エネルギーの利用度及び遠くへ伝送された非常に少ない光子の十分な光検出効果を高める。
【００５３】
六、同軸世紀の延長−同軸の電線ケーブルが一世紀以上貢献してきたが、ここ二十数年、従来の光ケーブルシステムは電磁妨害に耐え、低損失及び広帯域幅である等のメリットが実証されたので、従来電子通信時代最も高い周波数であった同軸ケーブルは次第に淘汰されているが、同軸という非の打ち所がない特性を備える本発明の同軸光ファイバー、同軸光源、同軸光検出器を一体化させ、実施例２と各実施例のように拡大応用することで再度同軸の優勢を実現した。また引き続き人類が使用できるように、電磁波を光波に純化し、先人が蓄積した知恵を共用することで新たな発見があるのである。
【００５４】
導光屈折率分布を光ファイバー半径上に変更するので、上記の目的を達成でき、光ファイバー通信における従来存在していた数多くの問題については、このような問題を解決するために、従来技術を用いている本発明では新たに屈折率分布の位置を設定することで、上記の根本的な問題が発生することはない。これまでの複雑でコストが高く、資源材料を浪費する方法の使用をやめ、新しく効果的な光ファイバー製造技術と通信方式を新たに提案する。家庭に普及する光ファイバーは新世代のシンプル同軸シングルモード構造であるので、低パワーの同軸レーザーにより零分散波長で広帯域幅の経済効果を発揮できる。人類が広帯域幅の情報を応用した生活を追及し、そこから光ファイバーの新しい設計が生まれ、知識を共有することとでさらに容易、便利になり、世界平等の理想目標は皆の努力により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
以下に例を挙げて本発明の実施例の説明を行う。
実施例１
図１５に示すように、同軸光ファイバー、同軸光源及び同軸光検出器により組み合わせられた同軸一体化光ファイバー及び送受信端構造を実施例とする。本発明の実施例で詳しく述べている各種細部で引用されている各参考番号の構成要素はみな同じ或いは機能上類似している構成要素であり、且つ簡略化した図解方式で重要な実施特徴を示す。従って、前記図は実施例のすべての特徴並びに描かれた部品の相対する寸法を描いているわけではなく、従って示されている図は比例に基づいて描かれているわけではなく、本発明の同軸光導基本精神により描かれている。
【００５６】
図１５に光源Ａが同軸半導体レーザーで、同軸円環状半導体層の同心構造のＣＯＡＸＩＡＬ ＤＦＢ ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＬＡＳＥＲ分布の帰還型異質接合半導体レーザー構造の局部断面図を示す。前記構造は従来の平面層板型構造ＤＦＢの異質接合レーザーであり、自然法則により合致した同軸構造の新しい発明である。具体的に言うと、前期分布の帰還型異質接合半導体レーザー構造は正電気を供給する導体軸中心電極１００１と負電気を供給する同軸外環導体１００２を含み、その間の多層環状同心半導体層は共同でｎ型ＩｎＰ基板１００３に設置される。本同軸半導体レーザーの各層環状半導体層は同質接合(ＨＯＭＯ ＪＵＮＣＴＩＯＮ)或いは同位型(ＩＳＯＴＹＰＥ)異質接合(ＨＥＴＥＲＯ ＪＵＮＣＴＩＯＮ)、又は非同位型(ＵＮＩＳＯＴＹＰＥ)異質接合など各種半導体材料構造の組み合わせで自然発光或いは励起光の発光作用を可能にし、発光作用は従来技術のようにブラッグ・グレーティング(ＢＲＡＧＧ'Ｓ  ＧＲＡＴＩＮＧ)の帰還作用を用いて、分布の帰還型シングルモードレーザーダイオード(ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤＦＥＥＤＢＡＣＫ ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ)を形成する。本発明の同軸半導体光源の主な精神は同軸の構造を主張とし、本実施例の同軸半導体レーザー光源は上記の同軸異質接合分▲ほ▼帰還型レーザーダイオードとして具体的に説明する。１５０４が円環状活性作用層で、１５０５が円環状半導体層、１５０３が帰還型ブラッグ・グレーティング、１５０３の前記グレーティングは１５０１のｎ-型円環状ＩｎＰ半導体層及び１５０２のｎ型ＩｎＧａＡｓＰ円環状半導体層から形成されており、ブラッグ・グレーティングの帰還波長λＢはλＢ=２ｎΛ/ｍを用いて求めることができる。ｎは用いる半導体材料の屈折率、Λはブラッグ・グレーティング周期、ｍは１或いは２の数値で回折数(ＯＲＤＥＲ  ＯＦ ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ、通常は１)と呼ばれている。
【００５７】
図１５に光ファイバーＢが同軸光導シングルモード光ファイバーで、その外径が１２８μｍを例に取り説明すると、シングルモード平板型導光の円環状部の厚さが２ａ=７μｍで、環状コア屈折率がｎl=１.４６２９で、内殻屈折率iｎ２が外殻屈折率oｎ２に等しいので、iｎ２ = oｎ２=１.４６となり、操作波長はλo=１.３μｍである。平板型導波路理論に基づくと、厚さが２ａの平板伝播モード数Ｎは：
Ｎ=４ａ/λo × (ｎ１２一iｎ２ ２)１/２=０.９９≦１
Ｎ≦１のとき同軸シングルモード光ファイバーとなり、その終了波長λＣは：
λＣ=４ａ × (ｎ１２− iｎ２ ２)１/２=１.２８９μｍ 
前記厚さ７μｍの円環状平板層導波路構造は同軸半導体レーザー入射のシングルモード光波をシングルモード導波路方式及び、ガラスの零分散波長１.３μｍにより同軸光ファイバー内で遠く離れた場所にある同軸光検出半導体端まで伝送することができる。図１５の光ファイバーＢに示すとおりである。
【００５８】
図１５の光検出器Ｃは同軸円環状半導体層の同心構造であるＣＯＡＸＩＡＬ ＡＰＤ同軸ＡＰＤダイオード結合の局部断面図を示し、前記構造は従来の平面層型半導体構造ＡＰＤで自然法則に合致した同軸構造の発明である。具体的に述べると、前記実施例である同軸ＡＰＤは正電気を供給する導体軸中心電極１１０１及び負電気を供給する同軸外環導体１１０２を含み、その間の多層環状同心半導体層と共にＰ+型 ＩｎＰ １１０６基板上に設置形成されている。１１０３はｎ+ ＩｎＰで、１２０１はｐ-ＩｎＰ倍増層、１１０４はｎ-ＩｎＧａＡｓ本質ＩＮＴＲＩＮＣＴ円環状半導体吸収層，１１０５はＰ+-ＩｎＰ円環状半導体層である。１１０７は反射層，１１０８は抵抗反射層である。平面層板型で構成されている従来のＡＰＤアバランシェフォトダイオードは多くの種類に分類されるが、本発明の同軸半導体光検出器は主な精神である同軸構造の主張を示すためだけのものであり、その他同等の効果を発揮する同軸円環状光検出機能及び応用された各種状態を説明する。
【００５９】
実施例では、本同軸シングルモード光ファイバーの外径１２８μｍが従来の１２５μｍよりも大きく、２の指数倍(即２２、２３、２４、２５、２６、２７=１２８)に変更されるので、計算性は増し、このように如何なる数値でも２で割ると皆整数になる。前記変更は従来の１２５による計算よりも科学的で、増大がほとんどなく、半径が約１.５μｍ大きくなるだけである。本実施例の同軸シングルモード光ファイバーの光束面積は従来のシングルモード光ファイバーの光束面積より２２倍大きくなり、且つ従来の直径が５０μＭであるマルチモード光束面積の約７２％の高光束密度と容易に互換するメリットを持つ。なぜなら：
同軸の光束面積Ａｗ=(３５.５２-２８.５２)π
=４４８π であるので
従来の直径が９μＭのシングルモード光束面積=４.５２π=２０.２５π
従来の直径が５０μＭマルチモード光束面積=２５２π=６２５π
となる。
【００６０】
つまり本発明のシングルモード光ファイバーはマルチモード光ファイバーの容易に操作ができることと低パワー送受信器によりコストを低下させるというメリットを持つだけでなく、シングルモードの広帯域幅の特性を備えている。故に、従来の一マイルに満たないバンド幅能力のマルチモード光ファイバーを使用する必要がなくなる。従って、光ファイバー通信の複雑で多様変化する障害による光ファイバー全体のボトルネックを克服することができ、さらに低いコストで広帯域幅光ファイバー通信の目的を達成できる。
【００６１】
実施例２
図１６は同軸光システムの実施例２の構造簡略化断面図である。同軸の半導体送受信機を同軸構造で基板１６０２上に設置することで、唯一の同軸光ファイバー８０１を共有し、光ファイバーの応用例を省くことができる。従来の光ファイバーの送受信機は光源発射器及び光信号受信の光検出器が別別に製造された後、一つに組み立てられる。光ファイバー自身が二方向の光導波路能力を有するので、本発明の同軸半導体光送受信機を同軸構造で同一基板上に設置することで、多くのハードウェア構造のコストを省くことができる。三つのものが同軸であるので、容易に上下に重ねて一体化構造となり、各種応用の組み合わせが可能である。前記送受信機の上層がＡＰＤ光検出器で、１１０３がｎ+-半導体層，１２０１がｐ型倍増層、１１０４がＩｎＰ本質半導体層（ＩＮＴＲＩＮＳＩＣ）、１１０５がｐ型半導体層、１１０７が反射層で、１６０１は絶縁層の下端が部分反射面（ＰＡＲＴＩＡL ＲＥＦＬＥＣＴＯＲ）となっており、１６０４は上層光検出器の外環導体である。下層はＤＦＢレーザーで、１６０３は下層同軸外環導体、１５０１~１５０５は実施例１の光源構造構成要素と同じで、１１０１は送受信機の共用軸中心正極である。実施例２における右図の電気の供給順序により光ファイバー使用者の送受信状態が決定され、１６０５はレーザーが動作していない時、上層ＡＰＤ光検出器が高圧で電気を供給していることを表示し、逆バイアスで光検出衝撃を提供すると共に倍増電流の光検出作用を生じる。光ファイバー使用者が送受信している時、下層ＤＦＢレーザーは高圧で電気を供給し１６０６、単周波光波射出が生じ、同時に上層の光検出器が低圧で電気を供給し１６０７、且つＩｎＰエネルギー間隔が光子エネルギーよりも大きいので、低圧逆バイアスの時光線に対して透明で、故に大量の光パワーを通過させ同軸光ファイバー入力環状コア８０２に送信できる。同時に光子により生じた電流を吸収するだけでレーザー発射パワーのフィードバックパワーモニター機能となる。このように構成された同軸光送受信機は大量に建設されたネットワークコストを減らすことが可能で、光ファイバー送受信ネットワークの半分の経費を節約できる。
【００６２】
上述の各実施例における各部品の機能及びその同軸使用光導機能、或いは二つか複数個の部品の機能及びその同軸使用光導機能は皆単独或いは共同で上述のタイプとは異なるその他のタイプにおける同軸構造の光導及び光学システムに有効的に応用できる。
【００６３】
本文は同軸光導光ファイバー及びその同軸半導体光源と光検出器の組み合わせによる同軸光システムの図解説明並びに本発明の詳細説明をしているが、本発明は前記図面に制限されるものではない。本発明精神から離れない方式であるという前提の下では、本発明の実施に対し修正や構造の変更をすることができる。
【００６４】
本発明では最適な実施例の説明を上記に示したが、本考案の主張する特許範囲はこれに限られるものではない。その特許保護範囲は前記に示す特許請求の範囲と同等の領域で定められる。この領域を熟知している技術者が、本特許の主旨と範囲内から外れることなく、手を加え、本考案が示している主旨の下で変更或いは設計されているものも、上記の特許請求の範囲内に含まれるべきである。例えば同軸カラー映像モニター、同軸固体白光照明装置、同軸カラー映像感知デバイス、同軸太陽電池等の応用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来の光ファイバーの断面構造を示す概略図。
【図２Ａ】従来の各種光ファイバー構造及び各導波路を示す概  略図。
【図２Ｂ】従来の各種光ファイバー構造及び各導波路を示す概  略図。
【図２Ｃ】従来の各種光ファイバー構造及び各導波路を示す概  略図。
【図３Ａ】弾性薄膜導波路構造を示す概略図。
【図３Ｂ】１９７０年発明特許ＵＳ３６５９９１６の平面層導波路を示す概略図。
【図４Ａ】シングルモード光ファイバーの屈折率分布中心のくぼみを示す図。
【図４Ｂ】グレーデッドインデックス分布中心のくぼみを示す図。
【図５】側射型レーザーの楕円形光出力輻射波形を示す概略図。
【図６】従来の環状で電気を供給する前照射式面発光型レーザー光源ＶＣＳＥＬレーザ  ー光源の断面を示す概略図。
【図７】従来の環状で電気を供給する前照射式光検出器の空乏域概電界分布を示す概略図。
【図８Ａ】本発明における同軸光ファイバーのマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバー構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す概略図。
【図８Ｂ】本発明における同軸シングルモード光ファイバー構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す概略図。
【図９Ａ】本発明における同軸光ファイバーの同軸シングルモードステップインデックス光ファイバー構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す概略図。
【図９Ｂ】本発明における同軸光ファイバーのマルチモードグレーデッドインデックス光ファイバー構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す概略図。
【図９Ｃ】本発明における同軸光ファイバーのマルチモードステップインデックス光ファイバー構造及び光ファイバー内の光波伝導方式を示す概略図。
【図１０Ａ】本発明における同軸化された半導体環状層レーザー構造を示す断面概略図。
【図１０Ｂ】従来の平面層分布で製造された半導体レーザーの基本構造を示す概略図。
【図１１Ａ】同軸化半導体構造の光検出ＰＩＮダイオードで、本発明における同軸化された半導体層ＰＩＮの光検出器構造を示す断面概略図。
【図１１Ｂ】従来の平面層分布の半導体ＰＩＮ構光検出器構造を示す概略図。
【図１２Ａ】同軸光検出ＡＰＤアバランシェフォトダイオード構造で、本発明における同軸化された半導体層の光検出器構造を示す断面概略図。
【図１２Ｂ】従来の平面層分布の光検出ＡＰＤアバランシェフォトダイオード構造を示す概略図。
【図１３Ａ】予備成型管の堆積完成後、溶解収縮して中身を詰まらせる前の断面屈折率分布であり、堆積順序はＡlからＡｎに向かっていることを示す図。
【図１３Ｂ】予備成型体が溶解収縮して中身を詰まらせた後の断面屈折率分布を示す概略図。
【図１４Ａ】外径１２５μｍと同等のシングルモード光ファイバーの有効光束比を計算したシングルモード導光コアの直径が９μｍであることを示す概略図。
【図１４Ｂ】本発明のガラス同軸シングルモード光ファイバーで、終了波長条件が薄膜の厚さ７μｍであることを示す図。
【図１５】同軸光システムの実施例が同軸光ファイバー、同軸光源及び同軸光検出器の３つの同軸構造から構成された光ファイバー及び送受信端構造を示す断面概略図。
【図１６】同軸光システムの実施例２の断面図で、同軸の半導体送受信機を同軸構造で同一の基板上に設置することで、唯一の同軸光ファイバーを共有し、光ファイバーの応用例を省くことができることを示す図。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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９Ｃ】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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