JP2005072737A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、多モード光伝送路のモード分散による波形劣化を抑制できるようにすることで、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現することを目的とする。
【解決手段】光伝送路としてグレーディッドインデックス型光伝送路を用い、かつ、光送信部と光伝送路との間または光伝送路の途中に、特定のモードを励振することのできる励振機構を備えるとともに、光伝送路の途中または光伝送路と光受信部との間に、特定のモードを透過させることのできる透過機構を備えるように構成する。この構成に従って、特定の低次モードを低損失で励振させることを可能としたことに加え、仮に伝送路途中で一部に高次モードへの変換が生じたとしても、光受信部の直前において当該低次モード成分が低損失で選択的に透過されることになる。したがって、多モード光伝送路のモード分散による波形劣化を抑制できるようになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信部と光受信部とそれらの間を接続する光伝送路とで構成される光伝送システムに関し、特に、多モード光伝送路のモード分散による波形劣化を抑制できるようにすることで、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現する光伝送システムに関する。

従来、建物のフロア内、フロア間、および建物間のＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）配線などにおいては、複数モード伝搬可能な光伝送路である多モード光ファイバが広く用いられてきた。これは、コア径が５０μｍまたは６２．５μｍ程度と大きいことで接続作業が容易であるということや、周辺機器・部品が低価格であるということなどによるものである。

このように、従来の光伝送システムでは、図８に示すように、光送信部１１と光受信部１２との間を、複数モード伝搬可能な光伝送路である多モード光ファイバ１を使って接続している。

近年、コンピュータの高性能化や画像データの増加などに伴い、これら光伝送路の高速化が求められているが、図８のような従来構成の光伝送システムの場合、多モード光ファイバ１内を伝搬する複数モード間の伝搬遅延差（モード分散）に起因する波形劣化のために、伝送可能な距離は１０Ｇbit/s において６５ｍ程度、最近の広帯域（2000ＭＨz-km）の多モード光ファイバを用いても３００ｍ程度と限られていた。

このため、すでに古い光ファイバを敷設済みの建物においては、これまでの１００Ｍbit/s や１Ｇbit/s から１０Ｇbit/s へとネットワークを高速化しようとする場合に、伝送距離が充分でないため、新規に単一モード光ファイバや広帯域多モード光ファイバを敷設し直さなければならない場合が多く、多額の費用を要するという問題があった。

一方、多モード光ファイバが用いられている場合に、モード分散の影響を回避する方法として、例えば図９に示すように、多モード光ファイバ１の入口部分に単一モード光ファイバ２を接続した構造により、送信側で最低次モードを励振するという発明が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。

また、受信側のモード制限としては、１.2〜１.7μｍという長波長では単一モード伝送特性を示すものの、０.6〜１.0μｍという短波長では多モード伝送特性を示すことになるコア径１０μｍ程度のステップインデックス型光ファイバが光伝送路として用いられている場合に、０.6〜１.0μｍという短波長に対しても単一モード伝送特性を示すことになるコア径６μｍ程度のステップインデックス型光ファイバを出口部分に接続することにより、０.6〜１.0μｍという短波長の光を用いて従来以上に広帯域な伝送を行うようにする発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
米国特許ＵＳ６１８５３４６ 特開２００３−２１７２３

しかしながら、非特許文献１に記載される発明により、入口部分で最低次モードのみを励振するようにしても、光伝送路の途中で光ファイバが曲がったり応力がかかったりすることで高次モードの発生することが避けられない。しかるに、この発明では、受信側における高次モードについては何ら考慮しておらず、これから、結局、伝搬中に発生した高次モードによりモード分散の影響がでてしまうことで波形劣化が避けられないという問題があった。

一方、特許文献１に記載される発明では、光伝送路として、コア径１０μｍ程度のステップインデックス型の所謂単一モード光ファイバ（短波長では多モード動作）が想定されている。仮にこれを、コア径のさらに大きいステップインデックス型多モード光ファイバ（長波長、短波長の両者で多モード動作）にまで拡大して適用しようと試みた場合、以下のような問題が生ずる。

すなわち、例えばコア径５０μｍのステップインデックス型多モード光ファイバを光伝送路として用いた場合、励振される基底モードの直径は４０μｍ程度と大きいことから、モード直径１０μｍ程度の所謂単一モード光ファイバ（励振用の光ファイバ）との結合損失が１接続点当たり６ｄＢ以上と無視できないほど大きくなり、実用的でない。これに対して、コア径５０μｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバの基底モード直径は１６μｍ程度と小さく、これを所謂単一モード光ファイバ（励振用の光ファイバ）と接続した場合の結合損失は１接続点当たり１ｄＢ以下とほぼ無視できる。このような知見については特許文献１には全く述べられておらず、本発明によって新たに示された技術である。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、多モード光伝送路のモード分散による波形劣化を抑制できるようにすることで、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現することにある。さらに、グレーディッドインデックス型多モード光ファイバで構成される既設のローカルエリアネットワークの高速化を図ることにある。

この目的を達成するため、本発明の光伝送システムは、光伝送路としてグレーディッドインデックス型光伝送路を用い、かつ、光送信部と光伝送路との間または光伝送路の途中に、特定のモードを励振することのできる励振機構を備えるとともに、光伝送路の途中または光伝送路と光受信部との間に、特定のモードを透過させることのできる透過機構を備えるように構成する。

このように、本発明の光伝送システムでは、従来技術で考慮されていなかった光受信部側においても、特定のモードを透過させることのできる機構を導入した点で従来技術と異なる。

このような構成をとることにより、光伝送路を伝搬するあいだに発生した高次モードによりモード分散の影響がでるという問題を回避することができる。

また、本発明の光伝送システムでは、モード分散による波形劣化を防止するための光伝送路として、ステップインデックス型多モード光伝送路を用いることに換えて、基底モードのモード直径の小さいグレーディッドインデックス型多モード光伝送路を用いる点で従来技術と異なる。

従来では、光伝送路として、ステップインデックス型多モード光ファイバを用いていたために、基底モードの直径が４０μｍ程度と大きく、単一モード光ファイバとの結合損失が６ｄＢ以上と無視できないほど大きくなり、実用的でない。これに対して、本発明では、光伝送路として、グレーディッドインデックス型多モード光ファイバを用いているために、基底モードの直径は１６μｍ程度と小さく、これを単一モード光ファイバと接続した際の結合損失は１ｄＢ以下とほぼ無視できる程度に小さい。そのため、長い距離での高速な伝送が可能である。

本発明の光伝送システムによれば、多モード光伝送路のモード分散による波形劣化を抑制できるようになることで、従来以上に長い距離での高速な光伝送を実現できるようになる。

そして、グレーディッドインデックス多モード光ファイバで構成される既設のローカルエリアネットワークに対して本発明を適用することで、その既設のローカルエリアネットワークの高速化を図ることができることから、ローカルエリアネットワークの高速化を低コストで実現できるようになる。

本発明の光伝送システムは、光送信部と光受信部とそれらの間を接続する光伝送路とで構成されるときにあって、光伝送路としてグレーディッドインデックス型光伝送路を用いる。さらに、光送信部と光伝送路との間または光伝送路の途中に、特定のモード（例えば基底モード）を励振することのできる励振機構を備えるとともに、光伝送路の途中または光伝送路と光受信部との間に、特定のモード（例えば基底モード）を透過させることのできる透過機構を備える。

このグレーディッドインデックス型光伝送路として、コア径が５０μｍまたは６２．５μｍの標準化されているグレーディッドインデックス型光ファイバを用いることができるが、コア径としては５０μｍまたは６２．５μｍに限られるものではなく、この近傍の実用的な値である４０μｍ以上１００μｍ以下であってもよい。

励振機構としては、単一モード光ファイバや単一モード平面光波回路で構成される単一モード型光伝送路を用いたり、レンズを含む光学系を用いたり、光伝送路コア部の特定の位置に開口部を有する絞りを用いることができる。

そして、透過機構としては、単一モード光ファイバや単一モード平面光波回路で構成される単一モード型光伝送路を用いたり、レンズを含む光学系を用いたり、光伝送路コア部の特定の位置に開口部を有する絞りを用いることができる。

図１に、本発明による光伝送システムの第１の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１３は励振用単一モード光ファイバ、１４は透過用単一モード光ファイバである。

本実施例においては、光伝送路として、長さ３００ｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０（コア径５０μｍ、帯域５００ＭＨz-km）を用いている。

そして、このグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０と波長１.3μｍ帯の光源を内蔵する光送信部１１との間に、特定のモードを励振することのできる機構として、長さ２ｍの励振用単一モード光ファイバ１３（コア径９μｍ）を用い、これら両ファイバのコア中心を一致させるようにとコネクタを介して接続している。

そして、このグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０と光受信部１２との間に、特定のモードを透過させることのできる機構として、長さ２ｍの透過用単一モード光ファイバ１４（コア径９μｍ）を用い、これら両ファイバのコア中心を一致させるようにとコネクタを介して接続している。

このように本発明では、コア中心部付近に低次モードのパワーが集中しているグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０を用いるようにして、このグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０と単一モード光ファイバ１３，１４とを接続することにより、両者の間で良好なモード・カップリングを実現し、従来提案されているステップインデックス型光ファイバ同士を接続する方法に比べて、より低損失での接続を実現している。

本発明では、励振用単一モード光ファイバ１３を備えることで、特定の低次モードを低損失で励振させることを可能としたことに加え、透過用単一モード光ファイバ１４を備えることで、仮に伝送路途中で一部に高次モードへの変換が生じたとしても、光受信部１２の直前において当該低次モード成分が低損失で選択的に透過され、不要な高次モード成分を除去するとともに充分な強度の低次モード成分が受信できることから、モード間の遅延時間差に起因する波形劣化が生じないという効果があり、従来構成に比べ、高速信号の伝送距離を大幅に拡大することが可能である。

例えば、従来構成では、１０Ｇｂit/s信号の伝送距離は６５ｍ程度であるのに対し、本発明によれば、少なくともその４倍以上、状態の良い伝送路を用いた場合には１０倍以上の距離をエラーフリー伝送可能であることから、すでに敷設済みの帯域５００ＭＨz-km以下の旧型多モード光ファイバをそのまま用い、新たに広帯域多モード光ファイバや単一モード光ファイバを敷設し直すことなく、低コストでもってネットワークを高速化できるという利点がある。

本実施例においては、コア径５０μｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０を用いた場合について説明したが、これが例えばコア径６２．５μｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０であった場合にも同様の効果が得られ、本発明は有効である。

また、本実施例においては、単一モード光ファイバ１３，１４の長さが２ｍの場合について説明したが、これを１ｍあるいは５ｍなどとした場合にも同様の効果が得られ、本発明は有効である。ただし、実験結果によれば、この単一モード光ファイバ１３，１４の長さが１ｃｍ以下の場合には顕著な効果が得られないことが判明している。

また、本実施例においては、特定モードを励振、透過する場合について説明したが、このとき仮に当該モード以外の成分がわずかに含まれる場合にも、程度の差はあるものの全モードを励振、透過する従来構成に比べて、モード分散に起因する波形劣化が抑制されるため、本発明は有効である。

さらに、本実施例においては、波長１.3μｍ帯の光源を用いているが、１.5５μｍ帯の光源を用いた場合にもモード分散が抑制され、本発明は有効である。また、０.8５μｍ帯の光源を用いた場合には、単一モード光ファイバ１３，１４のコア径を６μｍとすることにより同様の効果が得られ、本発明は有効である。

図２に、本発明による光伝送システムの第２の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１３は励振用単一モード光ファイバ、１４は透過用単一モード光ファイバ、１５は中継用単一モード光ファイバである。

本実施例においては、長さ３００ｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０を２本用いることにより全長６００ｍの伝送を実現するものであり、光送信部１１とグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０との間に励振用単一モード光ファイバ１３を設け、グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０と光受信部１２との間に透過用単一モード光ファイバ１４を設けることに加えて、２本のグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０の間にも特定モードを透過、励振することのできる機構として、長さ２ｍの中継用単一モード光ファイバ１５を設けることにより、不要なモードを伝送途中で排除し中継処理を行なっている。

なお、本実施例においては、中継回数１回の場合について説明したが、例えば、長さ３００ｍのグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０を３本用いることにより全長９００ｍとし、中継に用いる各単一モード光ファイバの長さ２ｍ、中継回数２回とした場合においても同様の効果が得られ、本発明は有効である。ここで、中継距離ならびに中継回数は、中継による損失ならびに光受信部１２の感度マージンなどを考慮した上で各システムごとに最適化し決定されるべきものである。

図３に、本発明による光伝送システムの第３の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１０ａは接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１３は励振用単一モード光ファイバ、１４は透過用単一モード光ファイバ、１５は中継用単一モード光ファイバである。

本実施例においては、光送信部１１と励振用単一モード光ファイバ１３との間と、光受信部１２と透過用単一モード光ファイバ１４との間に、比較的短い接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０ａを配置している。

本来、光送信部１１と励振用単一モード光ファイバ１３との間と、光受信部１２と透過用単一モード光ファイバ１４との間には、多モード光ファイバを挿入せずに両者を直接接続することが望ましいが、仮に多モード光ファイバの長さが高次モードへの遷移を無視できる程度に充分短い場合には、第１及び第２の実施例の場合とほぼ同様の効果が得られ、本発明は有効である。

図４に、本発明による光伝送システムの第４の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１０ａは接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１６は励振用単一モード平面光波回路、１７は透過用単一モード平面光波回路である。

本実施例においては、特定のモードを励振する機構として、導波路長が１ｍの励振用単一モード平面光波回路１６を用いるとともに、特定のモードを透過させる機構として、導波路長が１ｍの透過用単一モード平面光波回路１７を用いており、このような単一モード平面光波回路１６，１７はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０に接続されている。

本実施例においては、送信側では、励振用単一モード平面光波回路１６よりグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０へ光信号が入射される際に特定低次モードのみが励振されるとともに、受信側では、伝送途中で一部高次モードへ遷移した成分が透過用単一モード平面光波回路１７により除去され、特定低次モードのみが選択的に光受信部１２へと導かれる。このためモード間の遅延時間差に起因する波形劣化が抑止され、高速光信号を従来以上に長い距離で伝送可能となる。

本実施例においては、単一モード平面光波回路１６，１７の導波路長が１ｍの場合について説明したが、この導波路長が２ｍの場合にも同様の効果が得られ、本発明は有効である。

図５に、本発明による光伝送システムの第５の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１０ａは接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１８は励振用光学系、１９は透過用光学系である。

本実施例においては、特定モードを励振することのできる機構として、２つのレンズと絞りとからなる光学系を用いていることから、入射角の小さい低次モード成分のみを選択的に集光することができる。

したがって、送信側では、これに接続されたグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０に特定低次モードのみが励振される。そして、受信側では、同様の光学系を用いることにより、伝送路途中で高次モードへ遷移した成分を除去し、特定低次モード成分のみを選択的に受信できるようにしている。この構成に従って、従来以上に長距離区間での伝送が可能となる。

図６に、本発明による光伝送システムの第６の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１０ａは接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、２０は励振用絞り、２１は透過用絞りである。

本実施例においては、特定モードを励振することのできる機構として、光送信部１１に接続される接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０ａとグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０との接続点に、開口部直径１０μｍ、厚さ５０μｍで構成される励振用絞り２０を用いるとともに、特定モードを透過させることのできる機構として、光受信部１２に接続される接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０ａとグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０との接続点に、開口部直径１０μｍ、厚さ５０μｍで構成される透過用絞り２１を用いている。

この絞り２０，２１を用いると、グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０中で中心軸に対する入射角が小さくコア中心部付近にパワーが集中している特定低次モード成分を励振し透過させることができる。

本実施例では、このような絞り２０，２１を使うことで高次モード成分を除去し、モード間遅延時間差に起因する波形劣化を抑制することができることから、従来以上に長距離区間での伝送が可能となる。

なお、本実施例においては、１００％特定モード成分のみを分離することは必ずしも容易ではないが、混入する特定モード以外の成分の相対強度は実用上問題のない程度に小さく抑えることが可能であるため、明らかな波形劣化抑制効果が得られる。

本実施例においては、絞り２０，２１を単独で用いた場合について説明したが、これをファイバ接続用コネクタ内の接続点に絞りを内蔵した構成とするなど、多様な応用の可能性が考えられる。

図７に、本発明による光伝送システムの第７の実施例を示す。

図中、１０はグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ、１１は光送信部、１２は光受信部、１３は励振用単一モード光ファイバ、１９は透過用光学系である。

グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０には、その製造方法によって、コア中心部付近に屈析率のディップ（凹み）を有するものがある。

このような屈析率のディップを持つグレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０を用いる場合には、本実施例に示すように、励振用単一モード光ファイバ１３のコア中心軸を、グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ１０のコア中心軸より１０μｍ程度偏心させた位置になるようにと配置する。

この場合には、中心軸を完全に合わせて入射可能な場合に比べて高次モード成分が増えるため損失がやや大きくなるものの、受信側で、透過用光学系１９を使って特定低次モードのみ選択的に受信できることから、従来以上に長距離区間での伝送が可能となる。

本発明は、光送信部と光受信部とそれらの間を接続する光伝送路とで構成される光伝送システムに適用できる。

第１の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第２の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第３の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第４の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第５の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第６の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 第７の実施例のシステム構成の一例を示す図である。 従来技術の説明図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１０ グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ
１０ａ 接続用グレーディッドインデックス型多モード光ファイバ
１１ 光送信部
１２ 光受信部
１３ 励振用単一モード光ファイバ
１４ 透過用単一モード光ファイバ
１５ 中継用単一モード光ファイバ
１６ 励振用単一モード平面光波回路
１７ 透過用単一モード平面光波回路
１８ 励振用光学系
１９ 透過用光学系
２０ 励振用絞り
２１ 透過用絞り

Claims (14)

1. 光送信部と光受信部との間に設けられて、グレーディッドインデックス型光伝送路で構成される光伝送路と、
   上記光送信部と上記光伝送路との間または上記光伝送路の途中に設けられて、特定のモードを励振することのできる励振機構と、
   上記光伝送路の途中または上記光伝送路と上記光受信部との間に設けられて、特定のモードを透過させることのできる透過機構とを有することを特徴とする光伝送システム。
2. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記光伝送路がコア径４０μｍ以上１００μｍ以下であるグレーディッドインデックス型光ファイバで構成されることを特徴とする光伝送システム。
3. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記光伝送路がコア径５０μｍまたはコア径６２．５μｍのグレーディッドインデックス型光ファイバで構成されることを特徴とする光伝送システム。
4. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記特定のモードが基底モードであることを特徴とする光伝送システム。
5. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記励振機構として、単一モード型光伝送路を用いることを特徴とする光伝送システム。
6. 請求項５に記載の光伝送システムにおいて、
   上記単一モード型光伝送路として、単一モード光ファイバを用いることを特徴とする光伝送システム。
7. 請求項５に記載の光伝送システムにおいて、
   上記単一モード型光伝送路として、単一モード平面光波回路を用いることを特徴とする光伝送システム。
8. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記励振機構として、レンズを含む光学系を用いることを特徴とする光伝送システム。
9. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
   上記励振機構として、光伝送路コア部の特定の位置に開口部を有する絞りを用いることを特徴とする光伝送システム。
10. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
    上記透過機構として、単一モード型光伝送路を用いることを特徴とする光伝送システム。
11. 請求項１０に記載の光伝送システムにおいて、
    上記単一モード型光伝送路として、単一モード光ファイバを用いることを特徴とする光伝送システム。
12. 請求項１０に記載の光伝送システムにおいて、
    上記単一モード型光伝送路として、単一モード平面光波回路を用いることを特徴とする光伝送システム。
13. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
    上記透過機構として、レンズを含む光学系を用いることを特徴とする光伝送システム。
14. 請求項１に記載の光伝送システムにおいて、
    上記透過機構として、光伝送路コア部の特定の位置に開口部を有する絞りを用いることを特徴とする光伝送システム。

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