JPS6389810A - 光フアイバタツプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第１の光ファイバを破壊することなくこの第
１の光ファイバと第２の光ファイバとを光学的に結合さ
せるための光ファイバタップに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の様な光ファイバタップにおいて、導波
モードの光の一部をタララドモードの光に変換させるモ
ード変換領域を第１の光ファイバに形成し、且つ第１の
光ファイバのモード変換領域と第２の光ファイバの一端
部との間に屈折率が１よりも大きな透光性材料を充填す
ることによって、伝送光のモード変換損失を抑制しつつ
良好な伝送特性を有する分岐光を得ることができる様に
したものである。

〔従来の技術〕

光通信システムや光波伝送系等においては、幹線光ファ
イバからタップ光ファイバへ光を導いたり、逆にタップ
光ファイバから幹線光ファイバへ光を導いたりしており
、そのために光ファイバタップが用いられている。

光ファイバタップには各種のものがあるが、幹線光ファ
イバを破壊することなくこの幹線光ファイバとタップ光
ファイバとを光学的に結合させ且つ多モード光ファイバ
用である光ファイバタップとしては、例えば特開昭６１
−１４６０７号公報に示されている様な光ファイバタッ
プがある。

この非破壊型の光ファイバタップは、幹線光ファイバを
屈曲させ、この屈曲部のモード変換領域において導波モ
ードの光の一部を放射モードの光へモード変換させ、こ
の放射モードの光をタップ光ファイバへ導くと共に、タ
ップ光ファイバから幹線光ファイバへ光を導くものであ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述の一従来例の様に導波モードの光の一部
を放射モードの光へモード変換させるためには、つまり
幹線光ファイバのコア中の伝送光をり、ランド中へ漏光
させるのみならずこのクラフト中から幹線光ファイバ外
にまで漏光させるためには、幹線光ファイバの屈曲部の
曲率半径を相当に小さくする必要がある。

しかし、幹線光ファイバの屈曲部の曲率半径をあまりに
小さくすると、幹線光ファイバ中の伝送光のモード変換
損失が大きくなってしまう。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による光ファイバタップでは、コア３及びクラッ
ド５を有する多モード光ファイバから成ると共に導波モ
ードの光の一部をタララドモードの光に変換させるモー
ド変換領域８を形成する屈曲部１ａを有している第１の
光ファイバ１と、前記モード変換領域８から放射される
光を受光する様に一端部２ａ、１２ａが前記モード変換
領域８の近傍に配されている第２の光ファイバ２．１２
と、前記モード変換領域８と前記一端部２ａ、１２ａと
の間に充填されており屈折率が１よりも大きな透光性材
料７とを夫々具備している。

〔作用〕

本発明による光ファイバタップでは、第１の光ファイバ
１のモード変換領域８では導波モードの光の一部かクラ
ッドモードの光に変換されるのみであるが、第１の光フ
ァイバ１のモード変換領域８と第２の光ファイバ２．１
２の一端部２ａ１１２ａとの間に屈折率が１よりも大き
な透光性材料７が充填されているので、モード変換領域
８におけるクラッドモードの光を透光性材料７中へ導き
更に第２の光ファイバ２中へ入射させることができる。

しかも、第１の光ファイバ１のモード変換領域８では、
導波モードの光の一部がクラッドモードの光に変換され
さえすればよく放射モードの光にまでは変換される必要
かないので、屈曲部１ａの曲率半径Ｒをあまり小さくす
る必要がない。

〔実施例〕

以下、本発明の第１及び第２実施例を第１図〜第１１図
を参照しながら説明する。

第１図が、第１実施例を示している。この第１実施例で
は、幹線光ファイバ１が曲率半径Ｒの屈曲状態で保持さ
れており、この屈曲によって幹線光ファイバ１には、屈
曲部１ａとその両側に連なっている直線部１ｂ、１ｃと
が形成されている。

またタップ光ファイバ２も、その一端部２ａが幹線光フ
ァイバ１の一方の直線部１ｂと同軸状に且つ屈曲部１ａ
に接する様に保持されている。なお幹線光ファイバ１、
タップ光ファイバ２の何れも、夫々屈折率がｎ、である
コア３．４及び屈折率がｎ２であるクラッド５．６を有
する多モード光ファイバである。

幹線光ファイバ１の屈曲部１ａのクラッド５とタップ光
ファイバ２の一端部２ａの端面との間には、屈折率ｎｃ
が１よりも大きな透光性材料７が充填されている。

透光性材料７は紫外線硬化樹脂や熱硬化性樹脂等で構成
されているが、これらの樹脂が硬化前に結合部以外の部
分へ拡散すると光の損失が増加する。従ってこれらの樹
脂は、高粘度であることが好ましく、具体的には硬化前
粘度が１０００ｃＰ以上であることが好ましい、また透
光性材料７は、作業性の良いゲル状材料や高弾性のゴム
状成形品等で構成されていてもよい。

また、光導波路の形状不整合による損失を低減させるた
めに、透光性材料７は、タップ光ファイバ２の一端部２
ａの端面との界面において、一端部２ａの端面と略同一
の横断面形状を有している。

この様な第１実施例では、幹線光ファイバ１中を直線部
１ｂから屈曲部１ａへ向かう様に光を伝搬させると、直
線部１ｂと屈曲部１ａとの境界において、両者の保持す
る界分布の不整合によって、モード変換損失が生じる（
用上彰一部著：光導波路、朝倉書店）。従って、直線部
１ｂと屈曲部１ａとの境界近傍が、モード変換領域８と
なっている。

そして、このモード変換領域８において導波モードの光
の一部をクラッドモードの光に変換するのみで放射モー
ドの光にまでは変換しない様に、既述の曲率半径Ｒが選
定されている。従ってこの曲率半径Ｒは、放射モードの
光にまで変換する場合の曲率半径に比べて大きい。

モード変換領域８でクラッドモードに変換された光は、
クラッド５中を伝搬してクラッド５と透光性材料７との
界面９へ入射し、この界面９で屈折して透光性材料７中
へ進む。

この様にして透光性材料７中へ進む光は、直線部１ｂの
軸方向にピークを有する様に放射される。

これは、マイクロ波領域での測定において確認されてい
る現象（Ｅ、Ｇ、Ｎｅｕｍａｎｎ　＆　Ｈ，Ｄ、Ｒｕｄ
ｏｌｐｈ、“Ｒａ−ｄｔａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　Ｂｅｎ
ｄｓ　ｉｎ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｊｃ　Ｒｏｄ　Ｔｒａｎ
ｓ−ｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅｓ”、　ＩＥＥＥ　Ｔｒ
ａｎｓ、　　Ｍｔｃｒｏｗａｖｅ　Ｔｈｅｏｒｙａｎｄ
　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、　ｖｏｌ、　　ＭＴＴ−２３
＋　Ｎｏｌ＋　ｐｐ１４２〜１４９１１９７５）と同様
の波動現象であると推定される。

第２図は、光源として波長６６０ｎｍのＬＥＤを用い、
幹線光ファイバ１としてコア３及びクラッド５の屈折率
ｎ１及びｎ２が夫々１．４９２及び１．４０５であるプ
ラスチック光ファイバを用いた場合の、幹線光ファイバ
１の定常モード分布における遠視野像つまり幹線光ファ
イバ１の屈曲させていない状態での遠視野像の実測値を
示している。この第２図から明らかな様に、この遠視野
像の光強度は３３″の半値全幅を有している。

第３図Ａ及びＢは、第１図の第１実施例において、曲率
半径Ｒ−１０ｍｍとし、透光性材料７として屈折率ｎｃ
＝１．４３２の紫外線硬化樹脂を用い、第２図に示した
様なモード分布を有する光を直線部１ｂから屈曲部１ａ
へ向かう様に伝搬させた場合の、直線部ＩＣ及び一端部
２ａから出射される光のモード分布を示している。

第３図Ａから明らかな様に、直線部ＩＣから出射される
光は、４０°の半値全幅を有しており、モード変換損失
が少ない。

また第３図Ｂから明らかな様に、一端部２ａから出射さ
れる光は、２１°の半値全幅を有しており、良好な伝送
特性を有している。

第３図Ｃは、第２図に示した様なモード分布を有する光
を一端部２ａから屈曲部１ａへ向かう様に伝搬させた場
合の、直線部１ｂから出射される光のモード分布を示し
ている。

この第３図Ｃから明らかな様に、この場合には、高次モ
ード励振が起こっており、半値全幅は５８゜である。

第４図は、直線部１ｂの軸方向に対する一端部２ａの取
付角度θが光の分岐に与える影響を示している。屈曲部
１ａから放射される光１０は、第３図Ｂに示した実測値
からも明らかな様に、直線部１ｂの軸方向にピークを有
している。従って、直線部１ｂの軸方向へ放射される光
１０をタップ光ファイバ２中へ入射させることができる
様に、上述の取付角度θを選定すればよい。

ところで、透光性材料７からタップ光ファイバ２中へ入
射し得る最大の角度θｗａｘは、と表わされる。従って
、 一θ□８≦θ≦θ□、　　　　　■ の関係が満足される様に取付角度θを選定すればよいこ
とになる。

なお、第４図Ｂに示す様にタップ光ファイバ２から放射
される光１１を幹線光ファイバ１中へ入射させる場合も
、光線逆進の原理によって当然に式■が成立する。

第５図は、第２実施例を示している。この第２実施例で
は、幹線光ファイバ１の直線部１ｂと直線部１ｃとが略
平行となる様に幹線光ファイバ１が１８０’だけ屈曲さ
れており、直線部１ｂ、ＩＣの夫々と略同輪状に２本の
タップ光ファイバ２．１２が保持されている。

この様な、第２実施例では、幹線光ファイバ１中を直線
部１ｂから屈曲部１ａへ向かう様に伝搬して来た光の一
部がタップ光ファイバ２へ分岐し、タップ光ファイバ１
２中を伝搬して来た光は幹線光ファイバ１へ入射する。

従って、幹線光ファイバ１とタップ光ファイバ２．１２
との間で光の授受が行われ、この第２実施例は双方向性
の光ファイバタップを形成している。

第６図は、透光性材料７の屈折率ｎｃに対する第２実施
例の分岐特性の依存性を示している。ここで、分岐光と
は直線部ｌｂ中を伝搬して来て一端部２ａ中を伝搬して
行く光であり、分岐比とはで定義される値である。但し
、Ｐ、は直線部ｌｂ中を伝搬して来て底部１ｃ中を伝搬
して行く光の強度であり、Ｐ２は分岐光の強度である。

第７図は、透光性材料７の屈折率ｎｃに対する第２実施
例の結合特性の依存性を示している。ここで、結合光と
は一端部１２ａ中を伝搬して来て直線部１ｃ中を伝搬し
て行く光であり、結合損失で定義される値である。但し
、Ｐｏは屈曲させていない状態の幹線光ファイバ１の直
線部ｌｂ中を伝搬して来て直線部ＩＣ中を伝搬して行く
光の強度であり、Ｐｌ！は結合光の強度である。

第８図は、透光性材料７の屈折率ｎｃに対する第２実施
例の過剰損失及び挿入損失の依存性を示している。ここ
で過剰損失及び挿入損失とは、夫夫・ で定義される値である。

以上の第６図〜第８図から明らかな様に、ｎｃ≦ｎ、の
範囲では、何れの値も良好な特性を示している。逆に、
ｎｃ＞ｎ、の範囲では、分岐比が低下し、分岐光の半値
全幅、結合損失及び過剰損失が増加している。

特に第６図の分岐特性に注目すると、ｎｃがｎ２に近い
程、伝送光量及び伝送モード特性が良くなっている。何
故ならば、半値全幅は、その値が小さい程、低次モード
成分が多く良好な伝送モード分布を呈しているというこ
とを意味しているからである。

また、第７図の結合特性に注目すると、ｎｃ＃ｎ２で結
合損失が最小となっている。これに対して、結合光の半
値全幅自体はｎｃに対する依存性が少ないが、低次モー
ド成分は実際にはｎｃが大きくなるに伴って増加してい
る。このことは、第９図からも明らかである。

即ち、第９図はｎｃ＝ｆｉ、　＝１．４９２とした場合
の結合光の遠視野像の実測値であるが、ｎｃ＝１．４３
２の場合である第３図Ｃの値に比べて第９図の値の方が
低次モード成分の多いことが分る。

つまり、高結合効率に主眼を置く場合にはｎｃＯ値とし
てｎ８に近い値を選定し、低次モード結合に主眼を置く
場合には大きい値のｎｃを選定すればよい。

更にまた、第８図に注目すると、過剰損失及び挿入損失
も、ｎｃが小さい程、小さい。特に挿入損失は、ｎｅ≦
ｎ！の範囲では、幹線光ファイバ１の屈曲部１ａで保持
されているタラソドモード成分のうちで取り出せる量が
現象するために、小さくなっている。従って、第６図及
び第８図から、分岐特性に関しては、ｎ３の値に近いｎ
ｃを選定するのが好ましい。

第１０図ＡＳＢは、ｎｃ＝ｎｔ及びｆｉ　ｃ＋１１１１
　ｆｉ　。

の夫々の場合におけるメリジオナル光線近イ以による光
線追跡の結果を示している。第１０図Ｂから、ｎｅｗｎ
、の場合には界面９における全反射のために結合効率が
低下している様子が分る。

従って、第１０図Ｂの様な場合には、タップ光ファイバ
２として低ＮＡの光ファイバを用いることによって、界
面９へ入射する光の成分を限定して結合効率を向上させ
ればよい。なおこのことは、タップ光ファイバ２として
幹線光ファイバ１よりも小径の光ファイバを用いること
によっても達成される。

第１１図は、第２実施例において屈曲部１ａへ向かう様
に直線部１ｂへ入射した光の半値全幅と分岐比並びに直
線部１ｃ及び一端部２ａから出射する光の半値全幅との
関係、つまり入射光の半値全幅に対する分岐特性の依存
性を示している。

第１１図から明らかな様に、入射光の半値全幅が大きい
程、屈曲部１ａの曲率半径Ｒが同じでもクラッドモード
へ変換される光の量が相対的に大きくなって、分岐比が
増加すると共に、タップ光ファイバ２から出射する光の
半値全幅も太き（なっている。

しかし、直線部１ｃから出射する光の半値全幅は、入射
光の半値全幅に対する依存性が小さい。

これは、入射光のうちの高次モード成分はタップ光ファ
イバ２へ分岐し、また屈曲部１ａにおいてモード間のミ
キシングが促進されるためである。

つまり、第２実施例は光ファイバタップとしての機能の
他にモードスクランブラとしての機能をも有している。

従って、第２実施例の光ファイバタップを光通信システ
ム等に組み入れる場合に、この様な光ファイバタップを
多段に連結しても、次段の光ファイバタップへは常に安
定したモード分布の光を提供することができる。

〔発明の効果〕 本発明による光ファイバタップでは、第１の光ファイバ
の屈曲部の曲率半径をあまり小さくすることなく第１の
光ファイバと第２の光ファイバとを光学的に結合させる
ことができるので、伝送光のモード変換損失を抑制しつ
つ、良好な伝送特性を有する分岐光を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部の平面図、第２図は
定常モード時に光ファイバの端面から出射される光の遠
視野像を示すグラフ、第３図は第１実施例における光フ
ァイバの端面から出射される光の遠視野像を示すグラフ
、第４図は第１実施例におけるタップ光ファイバの取付
角度の影響を示す平面図、第５図は第２実施例の要部の
平面図、第６図は透光性材料の屈折率ｎｃに対する第２
実施例の分岐特性の依存性を示すグラフ、第７図は透光
性材料の屈折率ｎｃに対する第２実施例の結合特性の依
存性を示すグラフ、第８図は透光性材料の屈折率ｎ、に
対する第２実施例の過剰損失及び挿入損失の依存性を示
すグラフ、第９図は透光性材料の屈折率が１．４９２で
ある場合の第２実施例における結合光の遠視野像を示す
グラフ、第１０図は光線追跡の結果を示す第２実施例の
平面図、第１１図は入射光の半値全幅に対する第２実施
例の分岐特性の依存性を示すグラフである。 なお図面に用いた符号において、 １・・−・−−−−−一・・−・−・・・幹線光ファイ
バ１ａ−・・−・・−・−・屈曲部 ２、１２−−−−−−−一・・・・・・・−・タップ光
ファイバ２ａ、１２ａ・−・−・・・−・−・一端部３
・−−−−−一−・・・・−・−・・・・コア５・−・
−・−・−−−−−−・クラッド７・−・−・・・・・
−・・・透光性材料８−・・・・−−−−−一−−・・
・−モード変換領域である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コア及びクラッドを有する多モード光ファイバから
   成ると共に導波モードの光の一部をクラッドモードの光
   に変換させるモード変換領域を形成する屈曲部を有して
   いる第１の光ファイバと、前記モード変換領域から放射
   される光を受光する様に一端部が前記モード変換領域の
   近傍に配されている第２の光ファイバと、 前記モード変換領域と前記一端部との間に充填されてお
   り屈折率が１よりも大きな透光性材料とを夫々具備する
   光ファイバタップ。 ２、前記第２の光ファイバの前記一端部から前記透光性
   材料中へ放射される光が前記屈曲部において前記第１の
   光ファイバ中へ入射する様に前記屈曲部が前記一端部の
   近傍に配されている特許請求の範囲第１項に記載の光フ
   ァイバタップ。 ３、前記屈曲部が複数の前記モード変換領域を形成して
   おり、これら複数のモード変換領域に対応して複数の前
   記第２の光ファイバが配されている特許請求の範囲第１
   項または第２項に記載の光ファイバタップ。 ４、前記透光性材料が硬化型樹脂、ゲル状材料またはゴ
   ム状成形品の何れかによって構成されている特許請求の
   範囲第１項〜第３項の何れか１項に記載の光ファイバタ
   ップ。 ５、前記透光性材料が前記第２の光ファイバとの界面に
   おいてこの第２の光ファイバの端面と略同一の横断面形
   状を有している特許請求の範囲第１項〜第４項の何れか
   １項に記載の光ファイバタップ。 ６、前記透光性材料の屈折率ｎ＿ｃが前記第１の光ファ
   イバの前記コアの屈折率ｎ＿１に対してｎ＿ｃ≧ｎ＿１
   である特許請求の範囲第１項〜第５項の何れか１項に記
   載の光ファイバタップ。 ７、前記透光性材料の屈折率ｎ＿ｃが前記第１の光ファ
   イバの前記コアの屈折率ｎ＿１及び前記クラッドの屈折
   率ｎ＿２に対してｎ＿２≦ｎ＿ｃ＜ｎ＿１である特許請
   求の範囲第１項〜第５項の何れか１項に記載の光ファイ
   バタップ。 ８、前記第２の光ファイバのＮＡが前記第１の光ファイ
   バのＮＡよりも低い特許請求の範囲第１項〜第７項の何
   れか１項に記載の光ファイバタップ。 ９、前記第２の光ファイバの径が前記第１の光ファイバ
   の径よりも小さい特許請求の範囲第１項〜第７項の何れ
   か１項に記載の光ファイバタップ。 １０、前記第１の光ファイバの前記屈曲部がこの屈曲部
   の全体に亘って一様な曲率半径を有している特許請求の
   範囲第１項〜第９項の何れか１項に記載の光ファイバタ
   ップ。