(57)【要約】【課題】  ステップインデックス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。【解決手段】  光入射側の光ファイバ２１と光出射側の光ファイバ２２との間に光ファイバコネクタ２３を介在させ、光ファイバ２１から出射される高次モード光を低次モード光として光ファイバ２２へと入射させ且つ光ファイバ２１から出射される低次モード光を高次モード光として光ファイバ２２へと入射させるモード入替えを行う。光ファイバ２１から発散状態で出射される光を、光軸に関してそれぞれ回転対称な１対のレンズ面６’，６”をもつ透光性部材６を出射する時の光軸に対する傾きを入射時とは入れ替え、光ファイバ２２へと集束状態で入射させる。その際、内方反射面７’による反射を受けさせる。【選択図】  図７
2005043919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性部材（６）の両端面に中心軸に関してそれぞれ回転対称な１対のレンズ面（６’，６”）が形成されるか又は１対の透光性部材（８，９）の互いに対向する端面に中心軸に関してそれぞれ回転対称な１対のレンズ面（１０，１１）が形成されており、該レンズ面（６’，６”又は１０，１１）は、前記中心軸を含む断面内において、該中心軸により区分される２つの領域のそれぞれの形状が、前記中心軸を光軸とする凸レンズ面を前記光軸を含む断面内において該光軸により分割して得られる２つの部分のそれぞれの形状において光軸側を外径側となし且つ外径側を光軸側となすように前記光軸と平行な方向の周りで反転させて入れ替えた形態をなしていることを特徴とするレンズ。
【請求項２】
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、
この光ファイバコネクタは、
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、
請求項１に記載のレンズの第１の端面側及び第２の端面側に、前記光軸と同軸状に配置され前記レンズと同径の円筒状の第１の内方反射面（７’又は８’）及び第２の内方反射面（７’又は９’）をそれぞれ備えており、前記第１の内方反射面（７’又は８’）と前記第２の内方反射面（７’又は９’）は、前記第１の光ファイバからの出射光をその一方の反射面で反射させつつ前記レンズを通過させて前記第２の光ファイバの入射端に集光させる機能を有し、
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いる、
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３】
前記第１の内方反射面（８’）は透光性部材（８）の外周面に形成されており、前記第２の内方反射面（９’）は透光性部材（９）の外周面に形成されていることを特徴とする、請求項２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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
透光性部材（６）の両端面に中心軸に関してそれぞれ回転対称な１対のレンズ面（６’，６”）が形成されるか又は１対の透光性部材（８，９）の互いに対向する端面に中心軸に関してそれぞれ回転対称な１対のレンズ面（１０，１１）が形成されており、該レンズ面（６’，６”又は１０，１１）は、前記中心軸を含む断面内において、該中心軸により区分される２つの領域のそれぞれの形状が、前記中心軸を光軸とする凸レンズ面を前記光軸を含む断面内において該光軸により分割して得られる２つの部分のそれぞれの形状において光軸側を外径側となし且つ外径側を光軸側となすように前記光軸と平行な方向の周りで反転させて入れ替えた形態をなしていることを特徴とするレンズ、
が提供される。
【０００７】
また、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、
この光ファイバコネクタは、
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、
上記のレンズの第１の端面側及び第２の端面側に、前記光軸と同軸状に配置され前記レンズと同径の円筒状の第１の内方反射面（７’又は８’）及び第２の内方反射面（７’又は９’）をそれぞれ備えており、前記第１の内方反射面（７’又は８’）と前記第２の内方反射面（７’又は９’）は、前記第１の光ファイバからの出射光をその一方の反射面で反射させつつ前記レンズを通過させて前記第２の光ファイバの入射端に集光させる機能を有し、
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いる、
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。
【０００８】
本発明の一態様においては、前記第１の内方反射面（８’）は透光性部材（８）の外周面に形成されており、前記第２の内方反射面（９’）は透光性部材（９）の外周面に形成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光ファイバ伝送路の途中に本発明による特殊なレンズあるいは特殊な１対のレンズ面と内方反射面とを用いた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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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）。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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は同一長さ及び同一直径の２つの透明円柱ロッド３，４とこれらの間に配置された１つの屈折率分布型円柱レンズ５とからなる。円柱レンズ５は２つの透明円柱ロッド３，４と同一の直径を有する。また、透明円柱ロッド３，４の外周面は円筒形状の内方反射面３’，４’とされている。この反射面は、全反射を利用したものでもよいし、反射膜を付与したものであってもよい。
【００２１】
図５及び図６は円柱レンズ５の特性及び機能を説明するための概略図である。図５に示されているように、円柱レンズ５は半径がＲの円柱形状をなしており、屈折率が中心軸Ｚからの距離ｒの関数である。円柱レンズ５の屈折率分布をｎ（ｒ）とすると、この屈折率分布は、図６の様になっている。即ち、円柱レンズ５の屈折率分布ｎ（ｒ）は、中心軸Ｚ（光ファイバ２１，２２の光軸と合致する様にして配置される）の位置（即ちｒ＝０）が最も屈折率が低く、ｒが大きくなるにつれて次第に屈折率が高くなる単調増加関数の形態をとる。この曲線は例えば２次曲線あるいは４次曲線で近似される。本実施形態では、屈折率分布ｎ（ｒ）は、ｒ＝Ｒにおける接線の傾きが０とされている。
【００２２】
図３に示されている様に、光ファイバ２１の出射端から出射した光は、透明円柱ロッド３を通って、円柱レンズ５の一端面に入射する。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透明円柱ロッド３の内方反射面３’により内方反射を受け円柱レンズ５に光軸に対し大きな傾きを持って入射し、一方、低次モード光は円柱レンズ５に光軸に対し小さな傾きを持って入射する。円柱レンズ５の長さ並びに屈折率及びその分布を適正に設定することで、円柱レンズ５の一端面に光軸に対して大きな角度をもって入射した高次モード光を光軸に対して小さな角度をもって他端面から出射させる。円柱レンズ５を出た光のうち、光軸に対して小さい角度で進行する光は透明円柱ロッド４を通って光ファイバ２２の入射端へと入射し、光軸に対して大きい角度で進行する光は透明円柱ロッド４の内方反射面４’により内方反射を受けて光ファイバ２２の入射端へと入射する。
【００２３】
かくして、光ファイバ２１から透明円柱ロッド３を通って円柱レンズ５に入射した高次モード光は、透明円柱ロッド４を通って光ファイバ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、円柱レンズ５に入射した低次モード光は、透明円柱ロッド４を通って光ファイバ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）たこととなる。
【００２４】
円柱レンズ５を製造する方法としては、たとえば、有機重合体と単量体とからなる３種類以上の未硬化状混合物を同心円状に多層紡糸して、中心部から外周部に向かって屈折率が順次増加したファイバ状の未硬化物積層体を形成し、この積層体の各層間の屈折率分布が連続的に変化する様に隣接層間の成分の相互拡散を行いながら或は相互拡散を行った後に、積層体を硬化処理して屈折率分布型の光ファイバを得、これを適宜の長さに切断する方法が挙げられる。更に、ファイバを延伸して細径化することで、屈折率分布を調整することもできる。
【００２５】
図７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。
【００２６】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は、透光性部材６の両面に形成された１対のレンズ面６’，６”と、透光性部材６の径方向外方に配置された円筒状の内方反射部材７の内面に形成された内方反射面７’とを備えている。内方反射面７’は、光軸方向に関し透光性部材６の両端から軸方向に延出しており、該透光性部材６の外周面に隣接して配置されている。
【００２７】
透光性部材６に形成された１対のレンズ面６’，６”は、光軸に関して回転対称であるが、光軸を含む断面内において、該光軸により区分される２つの領域のそれぞれの形状が、あたかも凸レンズを光軸により分割して光軸側と外径側とを互いに入れ替えた様な形態をなしている。そして、透光性部材６の外径位置において、１対のレンズ面６’，６”の面法線の方向は光軸と平行であり、光軸上における面法線の方向は光軸に対して最も大きな傾きを持っている。
【００２８】
本実施形態では、図３及び図４の実施形態の円柱レンズ５の機能を透光性部材６の１対のレンズ面６’，６”に負担させているのであり、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。
【００２９】
図９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り、図１０はその概略斜視図である。これらの図において、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。
【００３０】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は、１対の透光性部材８，９の互いに対向する端面に形成された１対のレンズ面１０，１１と、透光性部材８，９の外周面に形成された内方反射面８’，９’とを備えている。
【００３１】
本実施形態では、図７及び図８の実施形態の１対のレンズ面６’，６”の機能を１対のレンズ面１０，１１に負担させているのであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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に使用される屈折率分布型円柱レンズの特性及び機能を説明するための概略図である。
【図６】本発明の光ファイバコネクタに使用される屈折率分布型円柱レンズの特性及び機能を説明するための概略図である。
【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。
【図１０】図９の光ファイバコネクタの概略斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
３，４  透明円柱ロッド
３’，４’  内方反射面
５  屈折率分布型円柱レンズ
６  透光性部材
６’，６”  レンズ面
７  内方反射部材
７’  内方反射面
８，９  透光性部材
８’，９’  内方反射面
１０，１１  レンズ面
２１，２２  光ファイバ
２３  光ファイバコネクタ
【図１】
2005043919.tif 000003
【図２】
2005043919.tif 000004
【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】
2005043919.tif 000009
【図８】
2005043919.tif 000010
【図９】
2005043919.tif 000011
【図１０】
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