(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、
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、
中心軸からの距離ｒの関数で表される屈折率分布ｎ（ｒ）［０≦ｒ≦ｒ0］を持ち、該屈折率分布ｎ（ｒ）は前記ｒが０を越え且つｒ0未満である特定値ｒmにおいて極大値を有する上に凸の関数である、屈折率分布型円柱レンズ（５）の第１の端面及び第２の端面に、屈折率分布が中心軸からの距離Ｒの関数であって上に凸の滑らかな単調減少関数Ｎ（Ｒ）で表される第１の屈折率分布型円柱レンズ（３）及び第２の屈折率分布型円柱レンズ（４）をそれぞれ備えており、前記第１の屈折率分布型円柱レンズ（３）は前記第１の光ファイバの出射端から出射される光を前記屈折率分布型円柱レンズ（５）の第１の端面に導く機能を有し、前記第２の屈折率分布型円柱レンズ（４）は前記屈折率分布型円柱レンズ（５）の第２の端面から出射される光を前記第２の光ファイバの入射端に収束させて導く機能を有し、
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２】
ｒm＝ｒ0／２である、請求項１に記載の光ファイバコネクタ。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の屈折率分布型円柱レンズ（３）の代わりに同様の機能を有する少なくとも１つの凸レンズを配置し、
前記第２の屈折率分布型円柱レンズ（４）の代わりに同様の機能を有する少なくとも１つの凸レンズを配置してなる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、
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、
中心軸からの距離ｒの関数で表される屈折率分布ｎ（ｒ）［０≦ｒ≦ｒ0］を持ち、該屈折率分布ｎ（ｒ）は前記ｒが０を越え且つｒ0未満である特定値ｒmにおいて極大値を有する上に凸の関数である、屈折率分布型円柱レンズ５の第１の端面及び第２の端面に、屈折率分布が中心軸からの距離Ｒの関数であって上に凸の滑らかな単調減少関数Ｎ（Ｒ）で表される第１の屈折率分布型円柱レンズ３及び第２の屈折率分布型円柱レンズ４をそれぞれ備えており、前記第１の屈折率分布型円柱レンズ３は前記第１の光ファイバの出射端から出射される光を前記屈折率分布型円柱レンズ５の第１の端面に導く機能を有し、前記第２の屈折率分布型円柱レンズ４は前記屈折率分布型円柱レンズ５の第２の端面から出射される光を前記第２の光ファイバの入射端に収束させて導く機能を有し、
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。
【０００７】
本発明の一態様においては、ｒm ＝ｒ0 ／２である。
【０００８】
屈折率分布ｎ（ｒ）の好ましい態様は、例えば、ｒm ＝ｒ0 ／２でｎ（ｒm −ｒ）＝ｎ（ｒm ＋ｒ）を満たす上に凸の関数であり、具体的にはｒm における屈折率をｎm とした場合に
ｎ（ｒ）＝ｒm −ａ（ｒ−ｒm ）2
の如き式で近似できる関数である。
【００１０】
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、
前記光ファイバコネクタにおいて、
前記第１の屈折率分布型円柱レンズ３の代わりに同様の機能を有する少なくとも１つの凸レンズを配置し、
前記第２の屈折率分布型円柱レンズ４の代わりに同様の機能を有する少なくとも１つの凸レンズを配置してなる、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。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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つの第１種の屈折率分布型円柱レンズ３，４とこれらの間に配置された１つの第２種の屈折率分布型円柱レンズ５とからなる。
【００２２】
図５及び図６は以上のような円柱レンズ３，４，５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３，４，５はいずれも、屈折率が中心軸Ｚからの距離ｒ，Ｒの関数である。円柱レンズ３，４の屈折率分布をＮ（Ｒ）とし、円柱レンズ５の屈折率分布をｎ（ｒ）とすると、これらの屈折率分布は、図６の様になっている。即ち、円柱レンズ３，４としては、たとえば、等倍結像素子としてのアレイに利用されているものが例示される。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）が最も屈折率が高く、半径Ｒが大きくなるにつれて次第に屈折率が小さくなる単調減少関数の形態をとる。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。これに対して、本発明による円柱レンズ５の屈折率分布ｎ（ｒ）は、図６の実線に示すとおり、特定値ｒm で極大値をとる上に凸の曲線となる。円柱レンズ５の断面全体が有効に機能するためには、ｒm をｒ0 ／２に等しくすることが望ましい。ｒm がｒ0 ／２より小さいと半径が２ｒm を越える外周部が利用されなくなり、ｒm がｒ0 ／２より大きいと半径が（２ｒm −ｒ0 ）より小さい内周部が利用されなくなり、無駄を生ずる。
【００２３】
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、円柱レンズ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光はその出射角に対応した位置に収束され、高次モード光は破線で示されている様に円柱レンズ５の周辺部に入射し、一方、低次モード光は実線で示されている様に円柱レンズ５の中心部に入射する。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の一端面の周辺部に入射した高次モード光を他端面の中心部から出射させることができ、円柱レンズ５の一端面の中心部に入射した低次モード光を他端面の周辺部から出射させることができる。これらの出射光は、円柱レンズ４へと入射し、その入射位置に対応した角度の光に変換された上で、光ファイバ２２の入射端へと入射する。即ち、円柱レンズ４は、円柱レンズ５の出射端面の外周部からの光を第２の光ファイバ２２に高次モード光として入射させるとともに、円柱レンズ５の出射端面の中心部からの光を第２の光ファイバ２２に低次モード光として入射させる。
【００２４】
かくして、光ファイバ２１から円柱レンズ３を通って円柱レンズ５の周辺部に入射した高次モード光は、円柱レンズ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、光ファイバ２１から円柱レンズ３を通って円柱レンズ５の中心部に入射した低次モード光は、円柱レンズ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）たことなる。
【００２５】
円柱レンズ３，４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減少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（前記特開平３−１７４１０５号公報参照）、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。
【００２６】
同様にして、本発明の円柱レンズ５を製造することができる。この場合には、多層紡糸の際に、中心部から外周部に向かって一旦屈折率が順次増加し続いて屈折率が順次減少する様に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、積層体を硬化処理すればよい。
【００２７】
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。
【００２８】
本実施形態では、光ファイバコネクタ２３は円柱レンズ５と、該円柱レンズ５への光入射側に配置された２つの凸レンズ９，１０と円柱レンズ５の光出射側に配置された２つの凸レンズ１１，１２とからなる。凸レンズ９は光ファイバ２１の出射端に取り付けられており、凸レンズ１１は光ファイバ２２の入射端に取り付けられており、これら凸レンズ９，１１は同等のものである。また、凸レンズ１０は円柱レンズ５の入射端に取り付けられており、凸レンズ１２は円柱レンズ５の出射端に取り付けられており、これら凸レンズ１０，１２は同等のものである。
【００２９】
本実施形態では、図３及び図４の実施形態の円柱レンズ３の機能を凸レンズ９，１０に負担させており、図３及び図４の実施形態の円柱レンズ４の機能を凸レンズ１１，１２に負担させている。凸レンズ９，１０を一体化し、凸レンズ１１，１２を一体化することもできる。
【００３０】
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。
【００３１】
【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特殊な屈折率分布型レンズ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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
３，４，５    屈折率分布型円柱レンズ
９，１０，１１，１２    凸レンズ
２１，２２    光ファイバ
２３    光ファイバコネクタ
【図１】
0003916280.tif 000002
【図２】
0003916280.tif 000003
【図３】
0003916280.tif 000004
【図４】
0003916280.tif 000005
【図５】
0003916280.tif 000006
【図６】
0003916280.tif 000007
【図７】
0003916280.tif 000008
【図８】
0003916280.tif 000009