(57)【要約】【課題】  移動体などとの通信のように細長い通信範囲での高速、高品質の通信を実現した通信システムを提供するとともに、そのような通信システムで用いて好適な漏洩光ファイバを提供する。【解決手段】  光ファイバ２は、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバであり、散乱体を混入しておくことができる。送信器１から光ファイバ２へ変調光が入射すると、変調光は光ファイバ２内を進行するが、一部が光ファイバ２の側面から漏洩する。受信機３は、この漏洩光を受光し、復調して情報を得る。光ファイバ２がＧＩ型であることから、波形のなまりが少なく、高速、高品質の移動体通信が可能である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報により変調された光を送通する光ファイバと、該光ファイバの側面から漏洩する光を受光して情報を取得する受信手段を有し、前記光ファイバは、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバであることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記光ファイバは、散乱体が混入されていることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記光ファイバの中心部と周辺部の屈折率との関係により漏洩光強度及び伝送距離を調整することを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項４】
前記受信手段が移動体に設けられ、前記光ファイバは移動しないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項５】
前記光ファイバが移動体に設けられ、前記受信手段は移動しないことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の通信システム。
【請求項６】
中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバであって、内部に散乱体が混入されていることを特徴とする漏洩光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体との通信などのように、細長い領域において通信を行うための通信システムと、その通信システムに用いる光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信などのように細長い通信範囲において情報を送信する技術として、従来より漏洩同軸ケーブル（ＬＣＸ：Ｌｅａｋｙ  Ｃｏａｘｉａｌ  Ｃａｂｌｅ）を用いて電波による通信を行う技術がある。漏洩同軸ケーブルは、同軸ケーブルの外部導体にスロットを周期的に設けて、ケーブルの内部を伝播するＶＨＦ帯の電波の一部を外部に輻射させるようにしたものである。輻射電界は、ほぼ円対称になっており、発生した電界を利用してケーブルの周囲で、道路、鉄道などの限られた範囲の通信に利用されている。
【０００３】
しかし、この技術は、高周波で減衰が大きくなるという欠点や、通信速度が遅いという欠点がある。例えば新幹線で実用化されている技術では、１チャンネルの通信速度は６４ｋｂｐｓであり、４０チャンネルを用いて通信を行うので、合計２．５６Ｍｂｐｓ程度の通信速度である。この通信速度は、現在の地上の有線方式と比較するとはるかに遅い。
【０００４】
一方、高速、大容量の通信を行うための伝送路として、光ファイバが多く用いられている。光ファイバの種類として大きくわけて二種類ありＳｔｅｐ  Ｉｎｄｅｘ型（ＳＩ型）光ファイバとＧｒａｄｅｄ  Ｉｎｄｅｘ型（ＧＩ型）光ファイバがある。図１１は、ＳＩ型光ファイバの説明図である。ＳＩ型光ファイバは、屈折率がコアとクラッド（図１１ではコアのみを示し、クラッドは省略してある）の境界面ではっきりと二分されており、光はコアの境界面でスネルの法則にしたがって全反射しながらファイバ内を進行する。光の軌跡が中心線沿いを通り、境界面に反射しないで進行した場合に、一番早い時間で出口にたどり着く。しかし、境界面で複数回反射しながら進行した場合、軌跡が中心線よりも長いため、出口にたどり着く時間が長くかかることになる。
【０００５】
このように様々の方向で進行した光が出口で混ざるので、図１１に示したように、せっかく入り口では短くてシャープだった光パルスも出口にたどり着くとその信号の立ち上がり速度、立下り速度が遅くなってしまい、結果として高速なデータ通信を行うことが出来ない。
【０００６】
図１２は、ＧＩ型光ファイバの説明図である。ＧＩ型光ファイバでは、図１２に示すように、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるように構成されている。このような構成によって、光の軌跡は屈折率の変化に応じて緩やかに蛇行する。しかも様々な方向をもった軌跡の光が同じタイミングで末端まで運ばれるという特性を有している。つまり、光の軌跡が中心を通って進行した場合と、大きく蛇行して進行した場合とで、軌跡の長さは異なるが、伝播時間を同じにすることが出来る。従って、一端から入射した短くてシャープな光パルスは出口にたどり着いても、その波形はほとんどひずむことなく保存される。その結果、高速なデータ通信を行うことができ、また伝送距離を伸ばすこともできる。
【０００７】
このような光ファイバを用いた通信は、光を用いてデータを通信線の端から端まで、光を漏洩させないで送信することを目的とするものである。光が漏洩すると、それは伝送損失となるため、いかに光を漏洩させないで端から端まで光を届けるかが、光ファイバの中心的な技術であった。
【０００８】
旧来の光ファイバ技術では、通信用としては端から端まで光を届けることが第一義であり、なるべく光が漏洩しないようにしている。逆に、光が漏洩してしまう光ファイバは通信用としては利用されることはなく、そのような漏洩光を照明やディスプレイなどに応用することが考えられているのみである。
【０００９】
図１３は、照明用の光ファイバの一例の説明図である。図中、４１はＳＩ型光ファイバ、４２は散乱体である。照明用の光ファイバとしては、例えば図１３に示すように、ＳＩ型光ファイバ４１に散乱体４２を混入し、ＳＩ型光ファイバ４１内で光を散乱させ、周囲から光を漏洩させている。これによって漏洩する光量を増やすことができる。また、別の方法として、コアの側面に白色のペイントやフィルムを密着させ、コアの境界面で光を散乱させて外部に漏洩させる方法などもある。
【００１０】
これらの光を漏洩させる光ファイバにおいては、上述のように照明やディスプレイなどへの応用は考えられているものの、通信に使用することは考えられていなかった。また、上述のような光を漏洩する光ファイバを通信に利用しても、高速な通信を行うことができない。図１４は、照明用の光ファイバを通信に利用した場合の問題点の説明図である。上述のように照明用などの光を漏洩する従来の光ファイバでは、ＳＩ型の光ファイバを用い、あるいはさらに散乱体を混入して構成されている。光ファイバに入射した光はファイバのコア内をさまざまな方向に直進して境界面で反射しながら進行し、散乱体で反射、屈折などがおこると進行方向を変える。変えられた進行方向がスネルの法則による全反射の角度よりも深い場合は全反射せずに境界面から外に光が漏洩する。光が散乱されずにファイバ内を長距離間境界面で反射を繰り返しながら進行した場合、従来のＳＩ型光ファイバと同様に短い光パルスは波形がなまってしまい、より遅い立ち上がり時間と立ち下がり時間をもつパルスになる。この波形は、漏洩してファイバの外に出てきた光でも同様であり、立ち上がり、立ち下がりの遅い漏洩光パルスになる。以上のような理由から、ＳＩ型漏洩光ファイバを高速通信用の漏洩光ファイバとして使うことは難しい。
【００１１】
従来のＧＩ型やＳＩ型とは異なる構造では、散乱体を用いないで光を漏洩させる光ファイバも考案されており、例えば特許文献１などに記載されている。図１５は、従来の漏洩光ファイバの一例の説明図である。図中、５１はセンターコア、５２はセカンドコアである。図１５に示した漏洩光ファイバでは、光ファイバのコアの外周にそのコアより屈折率の小さなクラッド（図示せず）を有する光ファイバであることは従来と変わりないが、そのコアを内側のセンターコア５１と外側のセカンドコア５２とで形成し、セカンドコア５２をその径方向の屈折率分布が外周面へ向けて放物線状に大きくなるように形成したものである。また、ファイバに沿って長手方向に長く漏洩させるために、コアの屈折率を長手方向に０．０６％／ｋｍ以上の変動率で増加させたり、コアの径を長手方向に３％／ｋｍ以上の変動率で減少させたりしている。しかしながら、このようなファイバを作成するには、センターコア５１の外にセカンドコア５２を作成しなければならず、また長手方向に屈折率を増減させたり径を変動させる必要があり、製造上、きわめて困難なものであった。
【００１２】
以上のように、通信線の側面から通信情報を漏らす技術は電波用や光用に既に存在するが、性能や製造技術上様々な問題があり、高速な通信速度で通信でき、しかも容易に製造できる技術というのは今まで発明されていなかった。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１３３６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、移動体などとの通信のように細長い通信範囲での高速、高品質の通信を実現した通信システムを提供するとともに、そのような通信システムで用いて好適な漏洩光ファイバを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、通信システムにおいて、情報により変調された光を送通する光ファイバと、該光ファイバの側面から漏洩する光を受光して情報を取得する受信手段を有し、前記光ファイバは、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバであることを特徴とするものである。ＧＩ型の光ファイバには、散乱体を混入して漏洩する光の強度を増すことができる。また、光ファイバの中心部と周辺部の屈折率との関係により漏洩光強度及び伝送距離を調整することができる。
【００１６】
なお、通信を行う際には、受信手段を移動体に設け、光ファイバは移動しない構成としたり、あるいは逆に光ファイバを移動体に設け、受信手段は移動しない構成として、光ファイバから漏洩する光を受信手段で受光することにより情報の送受信を行うことができる。
【００１７】
また本発明は、例えば本発明の通信システムに用いられる漏洩光ファイバにおいて、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバであって、内部に散乱体が混入されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、移動体などとの通信のように細長い通信範囲での通信の際に、光を用いて行うので、従来の電波を用いた同様の通信に比べて、高速、高品質の通信を行うことができる。このとき、ＧＩ型の光ファイバを用いるので、漏洩する光の波形が安定しており、より高速、高品質の通信を実現することができる。また、従来のような特殊な漏洩光ファイバを用いることはなく、低コストで通信システムを構築することができるという効果がある。
【００１９】
さらに、ＧＩ型光ファイバに散乱体を混入することによって、光ファイバから漏洩する光量を増加することができ、より確実な通信を実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の通信システムの実施の一形態を示す概念図である。図中、１は送信器、２は光ファイバ、３は受信器である。送信器１は、送信する情報により変調された光を光ファイバ２に放出する。例えばレーザ・ダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）などを用い、レーザ光を光ファイバ２内に入射させるように構成することができる。もちろん光源はレーザ・ダイオードに限られるものではなく、ＬＥＤなど、高速に光量あるいは点滅を制御可能な光源であれば送信器１の光源として用いることができる。
【００２１】
光ファイバ２は、中心の屈折率が大きく、周辺に向かうに従って徐々に屈折率が低くなるようにコアが構成されたＧＩ型の光ファイバである。特に本発明の通信システムでは、ＧＩ型の光ファイバに散乱体を混入して、漏洩する光の強度を増した本発明の漏洩光ファイバを光ファイバ２として用いることができる。このような光ファイバ２の製造には、すでに確立されているＧＩ型光ファイバの製造方法をそのまま利用することができ、容易に製造することができる。
【００２２】
光ファイバ２の一端面に送信器１から入射された光は、光ファイバ２内を蛇行して進むが、一部は光ファイバ２の側面から漏洩する。これによって、光ファイバ２が設けられている細長い領域に、情報により変調された光が放出されることになる。
【００２３】
受信器３は、光ファイバ２の側面から漏洩してくる変調光を受光し、復調して情報を受信する。光ファイバ２に沿った細長い領域では、同じ情報により変調された光が光ファイバ２から漏洩している。そのため、例えば受信器３と光ファイバ２とが相対的に移動している場合でも、光ファイバ２からの漏洩光を受信器３で受光することによって通信を続けることができる。
【００２４】
なお、光ファイバ２の送信器１とは反対側の端面に受光器と発光器を有する中継器を設け、中継器の発光器から放射される光を別の光ファイバに送ることによって、非常に長距離の通信が可能である。
【００２５】
図２は、本発明の通信システムで用いる光ファイバにおける光の漏洩原理の説明図である。１１は散乱体である。図２（Ａ）には、ＧＩ型の光ファイバに散乱体１１を混入した本発明の漏洩光ファイバを用いた場合を示し、図２（Ｂ）には、従来のＧＩ型光ファイバを用いた場合を示している。
【００２６】
本発明の通信システムでは光ファイバ２としてＧＩ型の光ファイバを用いているので、その特性上、送信器１から光ファイバ２に入射した光は、光ファイバ２内を蛇行して進む。光ファイバ２として本発明の漏洩光ファイバを用いる場合には、図２（Ａ）中、黒丸で示している散乱体１１に衝突すると反射、屈折が起こり、光の進路が変更される。進路が変更された光が、光ファイバ２の境界面に臨界角以下の入射角で到達すると、外部へ漏洩することになる。この漏洩した光を受信器３で受光すればよい。
【００２７】
光が光ファイバ２内で散乱体による反射屈折を受けるまでは、従来のＧＩ型光ファイバと同様に、同じタイミングで光ファイバ２内を蛇行して進行する。そのため、もし散乱体１１に衝突して反射、屈折が起こり、その結果その進路が変更されて光ファイバ２の外に漏洩した場合でも、その漏洩した光も同じタイミングで光ファイバ２の外へ漏洩してくることになる。つまり、一端から入射した短くてシャープな光パルスは、途中でファイバ外に漏洩しても、その波形はほとんどひずむことなく保存される。したがって、高速、高品質なデータ通信を行うことができる。また、光が光ファイバ２内の散乱体１１で複数回の反射、屈折を受けても、光ファイバ２外に漏洩せずに光ファイバ２内に残る可能性はきわめて少ないので、複数回の反射、屈折による遅延広がり（ｄｅｌａｙ  ｓｐｒｅａｄ）は大きくはならない。
【００２８】
このような特徴は従来の漏洩光ファイバでは得られない特性である。また、ＧＩ型光ファイバは、ファイバ内を光を送通させることのみを目的として開発されてきており、ＧＩ型光ファイバから漏洩光を利用しようとする試みは今まで行われたことはない。ＧＩ型光ファイバを利用することによって、ギガビット級高速通信が可能になる。
【００２９】
図２（Ａ）に示した本発明の漏洩光ファイバにおいて、散乱体１１の濃度を変えることで様々な特性の漏洩光ファイバを作成することができる。具体的には、散乱体１１の濃度を濃くすると、より多くの光が漏洩することになり、漏洩光のパワーは強くなる。しかし、多くの光が漏洩する分だけ伝送距離は短くなる。また、散乱体１１の濃度を薄くすると、漏洩光のパワーは弱くなるが、伝送距離を延ばすことができる。その極端な例として、図２（Ｂ）に示すように散乱体１１をあえて混入しない場合にも、光ファイバ２内の不純物が散乱体の代わりとなり、あるいは製造時のムラなどによって、少量の光が光ファイバ２から漏洩する。このことは実験的に確認されており、その微小な漏洩光を用いても通信を行うことができる。  
【００３０】
本発明の漏洩光ファイバの具体例について説明する。本発明の漏洩光ファイバとしては、例えばコアとしてＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）というメタクリル樹脂を使用し、散乱体として直径７．３μｍのトスパール（ｔｏｓｐｅａｒｌ）という球状をしたシリコーン樹脂微粒子を使用することができる。これらの材料を用い、界面ゲル重合法によって、散乱体が混入したＧＩ型の屈折率分布を持つ直径１ｍｍの光ファイバを作成することができた。トスパールは、撥水性、潤滑性、耐熱性が優れており、粒子径が良く揃い、粒径分布がシャープなので、光の散乱体として適している。このような本発明の漏洩光ファイバに可視光の６７０ｎｍの波長の可視光レーザーの赤い光を注入したところ、ファイバの表面から効率よく光が漏洩した。
【００３１】
図３は、本発明の漏洩光ファイバの一例における端面からの距離と漏洩光強度分布の具体例を示すグラフである。図３では、本発明の漏洩光ファイバに１００ｍＷのレーザーを注入し、そのときの入射端からの距離を横軸に取り、漏洩光の強度（電力）を縦軸に取って、両者の関係を示している。また図３では、トスパールとＰＭＭＡとを異なる重量混合比（ｗｔ％）で混合して作成した複数の漏洩光ファイバについて、その漏洩光強度を測定した。その結果、散乱体であるトスパールが最も多く混合された重量混合比か０．１ｗｔ％の例では、入射端から５メートル程度で−５０ｄＢｍまで漏洩光強度が落ちた。しかし、重量混合比が０．０００１ｗｔ％の例では２０メートル近くまで漏洩光がある程度出ていることがわかる。現在のＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）の感度が−５０ｄＢｍ程度あるので、これを受信器３に使用すれば１５メートル近くまで通信可能であることがわかる。逆に入射端に近い領域では、散乱体であるトスパールの混入量が多い方が漏洩光強度が大きいこともわかる。このように、散乱体の濃度を変えることによって、漏洩光の強度を制御できることがわかる。
【００３２】
図４は、散乱体を混入していないＧＩ型の光ファイバの一例における端面からの距離と漏洩光強度分布の具体例を示すグラフである。図３に示した散乱体が混入されている本発明の光ファイバの場合と比較して、入射端に近い領域では漏洩光強度が小さいものの、より長距離まで光が漏洩しており、１５メートルの距離では、０．０００１ｗｔ％と比較して１５ｄＢほど漏洩光強度が強く、２０メートル以上でも−３５ｄＢｍ程度の漏洩光強度があるので通信が可能であることがわかる。
【００３３】
図５は、本発明の漏洩光ファイバにおける漏洩光の放射分布の一具体例の説明図である。図５（Ａ）における角度φ１は、図５（Ｂ）に示しているように、光ファイバに垂直な方向から光ファイバ中の光の進行方向への角度を示している。図５に示したように角度φ１が約７０°、つまりファイバの進行方向から角度２０°の方向に最も強く光が漏洩していることがわかる。
【００３４】
図６は、本発明の漏洩光ファイバにおいて漏洩光ファイバ中を伝送される波形の一例の説明図である。漏洩光ファイバの入射端から入射される光パルス波形が、入射端からの距離とともにどのように変化するかを図６に示している。ここではパルス幅が０．１５ｎｓｅｃの光パルスを入射している。伝送距離とともにパルス幅は広がるが、光が２５メートル程度進行しても０．５ｎｓｅｃ程度にしか広がっておらず、ほとんど波形はなまっていないことがわかる。
【００３５】
図７は、本発明の漏洩光ファイバにおける端面からの距離と帯域幅の具体例を示すグラフである。図７では、図６に示したような光パルス波形の測定結果をフーリエ変換し、３ｄＢ帯域幅を求めた結果を示している。この結果によれば、２０メートルを超えても１ＧＨｚ程度の帯域を確保することができる。従って、本発明の漏洩光ファイバを用いると２０メートル程度の距離では１ＧＨｚ以上の通信が可能であることがわかる。
【００３６】
このように、本発明の漏洩光ファイバを用いることによって、パルス波形の広がりがほとんど起きずに、高速な通信を行うことが可能である。なお、上述の各測定結果は、試作したサンプルによるものであり、今後性能を改良する余地は十分に残されている。もちろん、光ファイバのコアの材質や、散乱体の材質及び径などは上述の具体例に限られるものでないことは言うまでもない。
【００３７】
図４にも示したように、散乱体を混入していないＧＩ型の光ファイバを用いても、その漏洩光を用いて通信を行うことができる。このとき、光ファイバの中心部と周辺部の屈折率の関係により、漏洩光の強度と、伝送距離を調整することができる。光ファイバは一般に、その中心部と周辺部の屈折率の違いにより、光を内部で屈折させて伝送する。しかし、両者の屈折率で決まる最大角度（入射臨界角度θｍａｘ）以上の入射角度となると、光ファイバ内から外部への漏洩光として出射されることになる。
【００３８】
図８は、光ファイバへの入射角度とファイバ内での反射の関係の説明図である。本発明ではＧＩ型の光ファイバを用いているが、説明を簡単にするため、図８ではＳＩ型の光ファイバにより説明している。また、光ファイバの中心部であるコアの屈折率をｎ２とし、周辺部であるクラッドの屈折率をｎ１としている。一般にｎ１＜ｎ２である。
【００３９】
図８（Ａ）に示すように、光ファイバへの入射角θが入射臨界角度θｍａｘより小さければ、コアとクラッドの屈折率の違いにより、コアとクラッドの境界において反射が起こり、入射光は光ファイバ内へと進む。光ファイバへの入射角が入射臨界角度θｍａｘの場合には、図８（Ｂ）に示すように、コアとクラッドの境界において、その境界の方向に屈折して進むことになる。そして、光ファイバへの入射角θが入射臨界角度θｍａｘよりも大きくなると、図８（Ｃ）に示すようにコアとクラッドの境界において屈折するものの、そのままクラッドを抜けて外部へ漏洩することになる。
【００４０】
上述の入射臨界角度θｍａｘは、コアの屈折率ｎ２とクラッドの屈折率ｎ１で決まり、
θｍａｘ＝ｎ１・√（２・Δ）
Δ＝（ｎ１−ｎ２）／ｎ１
で求めることができる。
【００４１】
この入射臨界角度θｍａｘの正弦、つまりｓｉｎ（θｍａｘ）を開口数（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ、以下、ＮＡと略す）という。この開口数ＮＡが大きいほど、光ファイバの一端から他端へ到達する光の損失が小さいことが知られている。逆に考えれば、開口数ＮＡが小さいと、漏洩する光が増加すると考えることができ、漏洩光を用いた通信においては、信号強度を強めることができることになる。この場合、光の漏洩が到達距離を縮めることになる。
【００４２】
このような関係はＳＩ型の光ファイバに限られるものではなく、ＧＩ型の光ファイバにおいても同様の関係がある。ＧＩ型の光ファイバの場合は中心から周辺に向けて徐々に屈折率が変化するが、その中心部の屈折率と周辺部の屈折率との関係において、上述のようなことが同様に言える。
【００４３】
図９は、開口数ＮＡの違いによる距離と漏洩光強度の関係の一例を示すグラフである。図９に示した例では、開口数ＮＡが０．２０と０．１８の２種類のＧＩ型光ファイバを用いた場合について、０〜２０ｍの漏洩光強度の測定結果を示している。その結果、ＮＡ＝０．１８の場合は、ＮＡ＝０．２０の場合に比べて、１５ｍまでは、より多くの光が漏洩しており、逆に１５ｍ以上では、漏洩光は少なくなっている。例えば強い漏洩光を必要とする場合には、開口数ＮＡが小さい光ファイバを用いるとよく、より長距離での通信を行う場合には、開口数ＮＡが大きい光ファイバを用いるとよいことが分かる。
【００４４】
このように、光ファイバの開口数ＮＡ（または入射臨界角度θｍａｘ）を調整する、すなわち光ファイバの中心部の屈折率ｎ２と周辺部の屈折率ｎ１を調整することによって、より強い漏洩光を得たり、逆により長距離の通信を行うといった調整が可能になる。
【００４５】
なお、散乱体を混入する場合には、その散乱体の影響の方が大きくなるが、もちろん、散乱体を混入した場合であっても、上述のように光ファイバの中心部の屈折率ｎ２と周辺部の屈折率ｎ１を調整することにより開口数ＮＡ（または入射臨界角度θｍａｘ）を調整し、漏洩光強度及び伝送距離を調整しても良い。
【００４６】
図１０は、本発明の漏洩光ファイバを用いた本発明の通信システムの応用例の説明図である。図中、２１は固定ネットワーク、２２は固定中継器、２３は固定送信器、２４は固定光ファイバ、２５は固定受信器、３１は移動体受信器、３２は移動体中継器、３３は移動体ネットワーク、３４は移動体送信器、３５は移動体光ファイバである。上述のような本発明の漏洩光ファイバを用いることによって、例えば移動体と地上との通信を行う通信システムを構築することができる。その一例として、図１０には列車通信への応用例を示している。なお、図１０に示した例は、図１に示すような一方向の通信システムを地上などの固定側と、列車などの移動体側にそれぞれ設け、双方向の通信を可能にしている。
【００４７】
地上側には、固定ネットワーク２１に接続された固定中継器２２、及び、固定送信器２３と固定光ファイバ２４、固定受信器２５などが設けられる。固定中継器２２は固定ネットワーク２１から列車に送信すべき情報を取得し、その情報を固定送信器２３に渡す。固定送信器２３は、固定中継器２２から受け取った情報に従って変調された変調光を固定光ファイバ２４に入射させる。固定光ファイバ２４は本発明の漏洩光ファイバであり、例えば線路脇や架線脇など、走行する列車の周辺に敷設される。固定送信器２３から固定光ファイバ２４に入射した変調光は、そのまま固定光ファイバ２４内を進むが、その間に漏洩光が固定光ファイバ２４の側面から漏洩する。
【００４８】
一方、移動体である列車には、車内の移動体ネットワーク３３に接続された移動体中継器３２と、移動体受信器３１、及び、移動体送信器３４と移動体光ファイバ３５などが設けられている。上述のように固定光ファイバ２４からの漏洩光は、移動体受信器３１によって受光することができる。これを移動体受信器３１で復調することによって、情報を得ることができる。得られた情報は移動体中継器３２に送られ、移動体ネットワーク３３へと送出される。
【００４９】
このようにして、地上から列車への情報の送信を行うことができる。列車は高速に移動しているが、１本の固定光ファイバ２４が設けられている区間においては同じ情報が送信されているので、列車が移動しても安定して固定光ファイバ２４からの漏洩光を受光し、情報を受信することができる。
【００５０】
なお、図１０に示すように固定光ファイバ２４を連続して配置しておくことによって、列車は走行するにつれて隣接して設けられている固定光ファイバ２４から漏洩光を受光し、情報を受信することができる。１本の固定光ファイバ２４から大きな漏洩光強度を得られるのは、現在のところは上述のように数十メートル程度であるため、図１０に示すようにある程度の長さの固定光ファイバ２４を並べて配置することによって、長距離の線路であっても途切れることなく通信を行うことができる。
【００５１】
列車内で地上へ送信すべき情報は、移動体ネットワーク３３から移動体中継器３２を通じて移動体送信器３４へ送られる。移動体送信器３４は、移動体中継器３２から受け取った情報に従って変調された変調光を移動体光ファイバ３５に入射させる。移動体光ファイバ３５も本発明の漏洩光ファイバであり、列車の進行経路方向に設けられる。移動体送信器３４から移動体光ファイバ３５に入射した変調光は、そのまま移動体光ファイバ３５内を進むが、その間に漏洩光が移動体光ファイバ３５の側面から漏洩する。
【００５２】
この列車に設けられた移動体光ファイバ３５からの漏洩光は、線路脇や架線脇などに設けられた固定受信器２５によって受光され、復調されて情報が受信される。受信された情報は、固定中継器２２を介し、固定ネットワーク２１を通じて送信される。
【００５３】
このようにして、列車から地上への情報の送信を行うことができる。列車は高速で移動しており、移動体光ファイバ３５も移動するが、地上の受信器２５上を移動体光ファイバ３５の端から端まで通過するのにある程度の時間を要する。この時間の間においては安定した通信が可能である。地上側に移動体光ファイバ３５の長さ以内の間隔で受信器２５を設けておき、移動体光ファイバ３５からの漏洩光を受光する受信器２５を順次切り替えてゆくか、あるいはそれぞれの受信器２５が受信できた情報を後でつなぎ合わせることによって、列車からの情報を連続して受信することができる。
【００５４】
上述のようにして、地上から列車への通信と、列車から地上への通信とにより、双方向の通信を実現することができる。この場合、地上から列車への通信と、列車から地上への通信は、ほぼ同じギガビット以上の通信速度での高速通信を行うことができる。従来の新幹線における移動体通信の通信速度が全チャンネルの合計でも２．５６Ｍｂｐｓ程度であったのを考えれば、本発明の通信システムが格段に高速な通信が可能であることがわかる。これによって、乗客に対して様々なサービスを提供することができるし、また、列車制御などにおいても大量のデータ通信を利用した制御が可能になる。このような高速通信を行うためのインフラの整備は、本発明の漏洩光ファイバあるいは従来から用いられているＧＩ型の光ファイバを敷設することになるが、本発明の漏洩光ファイバもＧＩ型の光ファイバも、上述のように安価な材料で製造でき、しかも容易に製造可能であることから、インフラ整備に要するコストも抑えることができる。
【００５５】
もちろん、移動体は列車に限られたものではなく、例えば自動車などにおいても、固定側として道路脇に光ファイバを敷設すれば同様に自動車と道路の間における高速通信を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の通信システムの実施の一形態を示す概念図である。
【図２】本発明の通信システムで用いる光ファイバにおける光の漏洩原理の説明図である。
【図３】本発明の漏洩光ファイバの一例における端面からの距離と漏洩光強度分布の具体例を示すグラフである。
【図４】散乱体を混入していないＧＩ型の光ファイバの一例における端面からの距離と漏洩光強度分布の具体例を示すグラフである。
【図５】本発明の漏洩光ファイバにおける漏洩光の放射分布の一具体例の説明図である。
【図６】本発明の漏洩光ファイバにおいて漏洩光ファイバ中を伝送される波形の一例の説明図である。
【図７】本発明の漏洩光ファイバにおける端面からの距離と帯域幅の具体例を示すグラフである。
【図８】光ファイバへの入射角度とファイバ内での反射の関係の説明図である。
【図９】開口数ＮＡの違いによる距離と漏洩光強度の関係の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の漏洩光ファイバを用いた本発明の通信システムの応用例の説明図である。
【図１１】ＳＩ型光ファイバの説明図である。
【図１２】ＧＩ型光ファイバの説明図である。
【図１３】照明用の光ファイバの一例の説明図である。
【図１４】照明用の光ファイバを通信に利用した場合の問題点の説明図である。
【図１５】従来の漏洩光ファイバの一例の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…送信器、２…光ファイバ、３…受信器、１１…散乱体、２１…固定ネットワーク、２２…固定中継器、２３…固定送信器、２４…固定光ファイバ、２５…固定受信器、３１…移動体受信器、３２…移動体中継器、３３…移動体ネットワーク、３４…移動体送信器、３５…移動体光ファイバ、４１…ＳＩ型光ファイバ、４２…散乱体、５１…センターコア、５２…セカンドコア。
【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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【図１０】
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【図１１】
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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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