JP2005078027A - Optical multiplex transmission system and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】 マルチモード光ファイバに屈曲部が生じてもモード変換による著しい受信劣化を抑え、集光レンズやビームイクスパンダのような精密なデバイスを用いることなく、用途に応じた変更が容易で安価な光多重伝送システムおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光多重伝送システムは、Y軸方向に光信号La〜Ldが1次元配列された屈折率分布型の光ファイバ1を、Y軸方向には一切曲げずY軸と垂直なX−Z平面上に配置するようにする。これによって、光ファイバ1の光軸は、各伝搬モードの振幅方向と常に垂直となり、光ファイバ1を屈曲させたことによるモード変換の影響を極めて小さく抑えることが可能となる。そして、光多重伝送システムは、VCSELアレイ10から出射される4つの光信号La〜Ldを、屈曲部を有する1本の屈折率分布型光ファイバ1を介して、正確に受光器アレイ20で受光することができる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress significant reception deterioration due to mode conversion even when a bent portion is generated in a multimode optical fiber, and to easily change according to use without using a precise device such as a condensing lens or a beam expander, and is inexpensive. An optical multiplex transmission system and a manufacturing method thereof are provided.
An optical multiplex transmission system according to the present invention includes a refractive index distribution type optical fiber 1 in which optical signals La to Ld are arranged one-dimensionally in the Y-axis direction and is perpendicular to the Y-axis without bending in the Y-axis direction. It is arranged on the XZ plane. As a result, the optical axis of the optical fiber 1 is always perpendicular to the amplitude direction of each propagation mode, and the influence of mode conversion due to the bending of the optical fiber 1 can be minimized. In the optical multiplex transmission system, the four optical signals La to Ld emitted from the VCSEL array 10 are accurately received by the photodetector array 20 through the single gradient index optical fiber 1 having a bent portion. can do.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光多重伝送システムおよびその製造方法に関し、より特定的には、屈折率分布型のマルチモード光ファイバを用いた光多重伝送システムおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an optical multiplex transmission system and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical multiplex transmission system using a gradient index multimode optical fiber and a manufacturing method thereof.
従来、光ファイバは、広帯域・低損失性に優れており、インターネットに代表される高速・大容量伝送を目的とした基幹系への導入が進んでいる。今後、光ファイバは、幹線から家庭までのアクセス系や、さらにはホームネットワークへの適用が期待される。 Conventionally, optical fibers are excellent in broadband and low-loss characteristics, and their introduction into backbone systems for the purpose of high-speed and large-capacity transmission typified by the Internet is progressing. In the future, optical fibers are expected to be applied to access systems from trunk lines to homes and to home networks.
光ファイバは、その特性上、シングルモード光ファイバ(SMF:Single Mode Fiber)とマルチモード光ファイバ(MMF:Multi Mode Fiber)とに大別される。SMFは、一般的には、コアおよびクラッド層の材質が共にシリカ(SiO2)から成っており、コア径が10μm程度と極めて小さく、特定のモードのみ伝送するため伝送帯域が広いのが特長である。したがって、SMFは、幹線系などの長距離・大容量伝送用として開発が進められ、広く普及してきた。 Optical fibers are roughly classified into single mode optical fibers (SMF) and multimode optical fibers (MMF) due to their characteristics. SMF is generally characterized in that both core and clad layers are made of silica (SiO 2 ), the core diameter is as small as about 10 μm, and only a specific mode is transmitted, so the transmission band is wide. is there. Therefore, SMF has been developed and widely spread for long distance and large capacity transmission such as trunk line systems.
一方、MMFは、コア径が50μm〜1mmであってSMFと比較して大きい。そして、MMFは、コアまたはクラッドの母材によって、さらに分類される。例えば、MMFのうち、コアおよびクラッド層の材質がシリカから成るものはGOF(Glass Optical Fiber)と呼ばれ、コア層がシリカでクラッド層がポリマーから成るものはPCF(Polymer Clad Fiber)と呼ばれ、コアおよびクラッド層の材質が全てプラスチックから成るものはPOF(Plastic Optical Fiber)と呼ばれる。そして、MMFは、光の道筋である伝搬モードが多数存在するため、その伝送形態が多モード伝送(マルチモード伝送)となる。 On the other hand, MMF has a core diameter of 50 μm to 1 mm and is larger than SMF. The MMF is further classified according to the core or clad base material. For example, an MMF whose core and clad layer material is made of silica is called GOF (Glass Optical Fiber), and whose core layer is made of silica and whose clad layer is made of polymer is called PCF (Polymer Clad Fiber). A material whose core and cladding layers are all made of plastic is called POF (Plastic Optical Fiber). And since MMF has many propagation modes which are the course of light, the transmission form turns into multimode transmission (multimode transmission).
図11は、上述したMMFにおける伝搬モードの違いを、概略的に示した図である。MMF100には、ファイバのコア102およびクラッド101が形成されている。一般的に、MMF100における光の各伝搬モードでは、ファイバのコア102内をコア102およびクラッド101の界面で光が反射を繰り返しながら進んで行く。したがって、上記界面に対して光が平行(つまり、MMF100の光軸に平行)に近いほど、界面で反射する間隔が広く、ある反射から次の反射までに光軸上で到達できる距離が長い。このような反射を繰り返して伝送されるモードが、低次モードと呼ばれる。一方、上記界面に対して光が大きな角度を有している場合、界面で反射する間隔が狭く、ある反射から次の反射までに光軸上で到達できる距離が短い。つまり、光は、光軸に対して大きな角度を有しているので、同じファイバ長さを考えた場合、上記低次モードに比べて界面での反射回数が多く、光路差が生じる。このような反射を繰り返して伝送されるモードが、高次モードと呼ばれる。
FIG. 11 is a diagram schematically showing the difference in propagation modes in the MMF described above. In the MMF 100, a
ところで、上述した各伝搬モードでは光路差が生じるため、パルス列として伝送される光信号は、それぞれ同じファイバ長さに対して到達する時間に差異が生じる。したがって、MMFにおける各伝搬モードは、それぞれ固有の伝送速度でファイバ中を伝搬するため、伝送速度が速い低次モードに含まれるパルス列と、伝送速度が遅い高次モードに含まれるパルス列とが、同じ光信号であるにもかかわらず時間的なずれが生じてしまい、受信不能となる場合がある。これは、モード分散と呼ばれ、SMFに比べてMMFの伝送帯域を大きく制限する要因となっている。一般的に、これらの光ファイバの伝送帯域は、伝送速度と伝送距離との積(例えば[Mbps×km])で表され、高速の信号レートにするほど伝送可能な距離は短くなり、伝送距離を長くするためには信号レートが遅くなる。また、上記モード分散の影響も信号レートが高く、伝送距離が長いほど大きくなる。したがって、MMFを使った伝送システムでは、所望の信号レートを伝送させるために伝送距離を短くしなければならないことがしばしば起こり得る。 By the way, in each propagation mode mentioned above, since an optical path difference arises, the optical signal transmitted as a pulse train differs in the time which reaches | attains with respect to the same fiber length, respectively. Therefore, each propagation mode in the MMF propagates through the fiber at a unique transmission rate, so the pulse train included in the low-order mode with a high transmission rate and the pulse train included in the high-order mode with a low transmission rate are the same. In spite of being an optical signal, a time lag occurs and reception may be impossible. This is called mode dispersion and is a factor that greatly restricts the transmission band of the MMF compared to the SMF. In general, the transmission band of these optical fibers is represented by the product of the transmission speed and the transmission distance (for example, [Mbps × km]), and the higher the signal rate, the shorter the transmittable distance. In order to lengthen the signal rate, the signal rate becomes slow. In addition, the influence of the mode dispersion is higher as the signal rate is higher and the transmission distance is longer. Therefore, in a transmission system using MMF, it is often possible to shorten the transmission distance in order to transmit a desired signal rate.
一方、MMFのメリットとしては、光ファイバおよび光伝送システムのコストが安いことがあげられる。これは、MMFのコア径が、GOFで50μm〜1mmであり、SMFに比べて大きいため、光ファイバ接続時の光軸合わせが容易となり、コネクタの実装精度の緩和から光伝送システムのコスト削減に大きく貢献するからである。そこで、モード分散の影響が問題とならない伝送距離における光伝送では、MMFが使用されることが多い。 On the other hand, the merit of MMF is that the cost of the optical fiber and the optical transmission system is low. This is because the core diameter of the MMF is 50 μm to 1 mm in GOF, which is larger than that of the SMF, making it easy to align the optical axis when connecting the optical fiber, and reducing the mounting accuracy of the connector, thus reducing the cost of the optical transmission system. Because it contributes greatly. Therefore, MMF is often used in optical transmission at a transmission distance where the influence of mode dispersion does not matter.
例えば、伝送距離が数cm〜数m程度の短距離の場合、MMFを用いた光伝送では、角伝搬モードがほぼ一定に保たれ、モード分散の影響をほとんど受けない。この場合、各伝搬モードがそれぞれ個別の伝送経路を有するため、各伝搬モードにそれぞれ個別の情報を光信号に担わせれば1本のMMF内で光多重伝送することができる。これにより、高速のデジタル信号を光伝送する光伝送システムを省スペースのサイズで実現することが可能となる。このような特性を利用して1本のPOFを用いた光多重伝送システムがある(例えば特許文献1参照。)。以下、図12を参照して、上記光多重伝送システムについて説明する。なお、図12は、当該光多重伝送システムの概略構成を示す図である。 For example, when the transmission distance is a short distance of about several centimeters to several meters, in the optical transmission using MMF, the angular propagation mode is kept almost constant and is hardly affected by mode dispersion. In this case, since each propagation mode has an individual transmission path, optical multiplexing transmission can be performed within one MMF if each propagation mode carries individual information in an optical signal. As a result, an optical transmission system that optically transmits high-speed digital signals can be realized in a space-saving size. There is an optical multiplex transmission system using one POF using such characteristics (see, for example, Patent Document 1). The optical multiplex transmission system will be described below with reference to FIG. FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of the optical multiplex transmission system.
図12において、光多重伝送システムは、大口径POF100、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器面発光レーザ)110a〜110cを含むVCSELアレイ110、集光レンズ111、ビームイクスパンダ121、および受光器120a〜120cを含む受光器アレイ120を備えている。そして、大口径POF100は、ファイバのコア102およびクラッド101が形成されている。
In FIG. 12, the optical multiplexing transmission system includes a large-
VCSEL110a〜110cは、それら基板と垂直方向に光を発振する半導体レーザであり、それぞれ光信号La〜Lcを出射する。集光レンズ111は、VCSEL110a〜110cから出射された光信号La〜Lcに個別の入射角度を付け、大口径POF100に形成されたコア102の入射側端面へ入射させる。大口径POF100では、それぞれの光信号La〜Lcが個別の伝搬モード(POF100の光軸に対してそれぞれ角度θa〜θc)で伝送し、短距離伝送の間において当該伝搬モードがそれぞれ保持される。そして、大口径POF100を伝搬した光信号La〜Lcは、それぞれコア102の出射側端面から個別の出射角度で出射され、ビームイクスパンダ121にて出射角度がさらに強調されて受光器120a〜120cに達する。受光器120a〜120cでは、各出射光がビームイクスパンダ121によって十分な間隔に分離されているので、それぞれの光信号La〜Lcを誤り無く受信することができる。
ここで、上記光多重伝送システムを確立する前提条件は、大口径POF100の長さが短く理想的な直線状であることが要求され、その場合、各伝搬モード(角度θa〜θc)が保持される。そして、各伝搬モードが保持される場合、大口径POF100の出射側端面からビームイクスパンダ121へ到来する各伝搬モードの精確な角度および位置を把握することができる。上記光多重伝送システムは、これら情報に基づいて集光レンズ111およびビームイクスパンダ121を厳密に設計し、受光器120a〜120cへ各伝搬モードの光信号La〜Lcをそれぞれ導くことができる。
Here, the precondition for establishing the optical multiplex transmission system is that the large-
しかしながら、上記光多重伝送システムにおいて、大口径POF100に屈曲部がある場合、図13に示すように受光器120a〜120cまで各伝搬モードを導波することができない。図13において、大口径POF100の入射側端面に入射した光信号Lxは、角度θ1を保持してその直線部を伝搬する。大口径POF100の直線部は、十分に短い距離であるため、光信号Lxは、伝搬モード(角度θ1)を保持したまま伝送される。そして、光信号Lxが大口径POF100の屈曲部へ入ると、コア102およびクラッド101の界面が湾曲しているため当該界面への入射角度が変化し、それに伴って反射される角度も変化するため、角度θ1は保持されない。そして、光信号Lxが上記屈曲部から直線部へ出てきたとき、角度θ2を有し、θ1≠θ2となってモード変換される。このように、大口径POF100の屈曲部ではモード変換が生じ、ビームイクスパンダ121へ到来する各伝搬モードの角度および位置がずれてしまう。
However, in the optical multiplex transmission system, when the large-
このような屈曲部を有するMMF(POF)は、上記光多重伝送システムの想定外であり、MMFに屈曲部が生じている場合、このモード変換は致命的な現象となる。また、上記モード変換は、故意に設けた屈曲部のみならず、コア/クラッド界面の非平坦性やコア屈折率の不均一性、あるいはコア内の不純物によっても引き起こされる。これらの要因は、理想的なMMFでは想定されないものの、実際の光多重伝送システムでは頻繁に生じる現象であり、MMF内の伝搬モード数が大きくなると、上記光多重伝送システムに著しい影響を与える。 MMF (POF) having such a bent portion is beyond the scope of the optical multiplex transmission system, and when the bent portion is generated in the MMF, this mode conversion becomes a fatal phenomenon. The mode conversion is caused not only by the intentionally provided bent portion but also by non-flatness of the core / cladding interface, nonuniformity of the core refractive index, or impurities in the core. Although these factors are not assumed in an ideal MMF, they are phenomena that frequently occur in an actual optical multiplex transmission system. When the number of propagation modes in the MMF increases, the optical multiplex transmission system is significantly affected.
図14を参照して、4つの伝搬モードを伝送可能な上記光多重伝送システムについて説明する。なお、図14は、4つの伝搬モードを伝送可能な光多重伝送システムの概略構成を示す図である。 The optical multiplex transmission system capable of transmitting four propagation modes will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a diagram showing a schematic configuration of an optical multiplex transmission system capable of transmitting four propagation modes.
図14において、図12を用いて説明した3つの伝搬モードを伝送可能な光多重伝送システムとの違いは、光信号Ldが増えているため、伝搬モードの数が3つ(角度θa〜θc)から4つ(角度θa〜θd)に増えており、それらに伴ってVCSEL110dおよび受光器120dが増設されている。大口径POF100内における4つの伝搬モードのうち、VCSEL110aおよび110dから出射された成分である伝搬モードθaおよびθdが、VCSEL110bおよび110cから出射された成分である伝搬モードθbおよびθcと比較して高次の伝搬モード(角度θが大きい)である。ここで、図14の一例では、ビームイクスパンダ121に到達した光信号La〜Ldの配置は、紙面上方向から順にLd、Lb、Lc、Laである。しかしながら、大口径POF100内で屈曲部や上述した想定外の要因から引き起こされるモード変換が生じると、大口径POFのファイバ長さを伝搬した後の出射側端面における各光信号La〜Ldの配置およびそれらの出射角度が変動してしまう。その結果、ビームイクスパンダ121に到達した上記光信号La〜Ldの配置は、上から順にLa、Lb、Lc、Ldとなることもあり得る。
14, the difference from the optical multiplex transmission system that can transmit the three propagation modes described with reference to FIG. 12 is that the number of propagation modes is three (angles θa to θc) because the optical signal Ld is increased. To four (angles θa to θd), and accordingly, the VCSEL 110d and the
ここで、集光レンズ111およびビームイクスパンダ121は、各伝搬モードが保持されたまま受光器アレイ120まで誤り無く伝送されることを前提に厳密な設計をされているのであるから、実際の運用において生じる上記モード変換は許されない。さらに、集光レンズ111およびビームイクスパンダ121が精密な設計が必要で高コストであることを考えると、大口径POF100内を伝送する伝搬モード数の増減やファイバ長の調整等の用途に応じた変更を簡単に行うことはできない。これにより、上記光多重伝送システムでは、システムとしての柔軟性を欠き、高コストな光伝送システムとなってしまう。
Here, the condensing
それ故に、本発明の目的は、マルチモード光ファイバに屈曲部が生じたとしてもモード変換による著しい受信劣化を抑え、さらに集光レンズやビームイクスパンダのような精密なデバイスを用いることなく、用途に応じた変更が容易で安価な光多重伝送システムおよびその製造方法を提供することである。 Therefore, the object of the present invention is to suppress significant reception deterioration due to mode conversion even when a bent portion is generated in a multimode optical fiber, and further, without using a precise device such as a condenser lens or a beam expander. It is an object to provide an optical multiplex transmission system that can be easily changed according to the cost and a manufacturing method thereof.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号等は、本発明の理解を助けるために後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. Note that reference numerals and the like in parentheses indicate correspondence with embodiments described later to help understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
本発明の光多重伝送システムは、マルチモード光ファイバ(光ファイバ1)、複数の発光部(VCSEL10a〜10d)、および複数の受光部(受光器20a〜20d)を備えている。複数の発光部は、少なくとも第1の方向(Y軸方向)へ直列に配置され、それぞれ出射する光信号(La〜Ld)をマルチモード光ファイバの入射側端面(A)に入射する。複数の受光部は、少なくとも第1の方向へ直列に配置され、マルチモード光ファイバを伝搬してそのマルチモード光ファイバの出射側端面(D)から出射される複数の光信号をそれぞれ受光する。マルチモード光ファイバは、第1の方向に基づいた平面(X−Z平面)上に配設される。
The optical multiplex transmission system of the present invention includes a multimode optical fiber (optical fiber 1), a plurality of light emitting units (VCSELs 10a to 10d), and a plurality of light receiving units (
上記第1の方向は、マルチモード光ファイバが配設される平面に対して垂直であってもかまわない。一例として、複数の発光部は、マルチモード光ファイバの入射側端面における光軸と交差する第1の方向の直線上に1次元配置される。この場合、複数の受光部は、マルチモード光ファイバの出射側端面における光軸と交差する第1の方向の直線上に1次元配置される。他の例として、複数の発光部は、第1の組(VCSEL10a〜10d)と第2の組(VCSEL10e、10f)とによって2次元配置される。第1の組は、マルチモード光ファイバの入射側端面における光軸と交差する第1の方向の直線上に配置される。第2の組は、第1の方向と垂直で、かつ入射側端面に平行なその光軸と交差する第2の方向(X軸方向)の直線上に配置される。この場合、複数の受光部は、第3の組(受光器20a〜20d)と第4の組(受光器20e、20f)とによって2次元配置される。第3の組は、マルチモード光ファイバの出射側端面における光軸と交差する第1の方向の直線上に配置され、第1の組に属する発光部から出射された光信号(La〜Ld)をそれぞれ受光する。第4の組は、第1の方向と垂直で、かつ出射側端面に平行なその光軸と交差する第3の方向の直線上に配置され、第2の組に属する発光部から出射された光信号(Le、Lf)をそれぞれ受光する。そして、上記第2の組に属する発光部は、マルチモード光ファイバの入射側端面における光軸に対して相対的に近い位置に配置されてもかまわない。
The first direction may be perpendicular to the plane on which the multimode optical fiber is disposed. As an example, the plurality of light emitting units are one-dimensionally arranged on a straight line in a first direction intersecting the optical axis on the incident side end face of the multimode optical fiber. In this case, the plurality of light receiving portions are one-dimensionally arranged on a straight line in the first direction intersecting the optical axis at the emission side end face of the multimode optical fiber. As another example, the plurality of light emitting units are two-dimensionally arranged by a first group (VCSELs 10a to 10d) and a second group (VCSELs 10e and 10f). The first set is arranged on a straight line in the first direction intersecting the optical axis at the incident side end face of the multimode optical fiber. The second set is arranged on a straight line in a second direction (X-axis direction) that is perpendicular to the first direction and intersects the optical axis parallel to the incident-side end surface. In this case, the plurality of light receiving units are two-dimensionally arranged by the third group (
上記マルチモード光ファイバは、入射側端面から入射した複数の光信号を、それぞれ固有の伝搬モードを保持して出射側端面から出射してもかまわない。具体的には、第1の例として、マルチモード光ファイバは、屈折率分布型の光ファイバである。この場合、屈折率分布型の光ファイバは、それぞれ固有の振幅(Ymax)を有する光信号を同一周期(Λ)の伝搬モードで伝送する。そして、屈折率分布型の光ファイバの出射側端面は、光信号の伝搬モードの振幅が最大(「腹の部分」)となる位置に形成される。第2の例として、マルチモード光ファイバは、そのコア(3)およびクラッド(2)の材質が全てプラスチックから成る屈折率分布型プラスチック光ファイバ(GI−POF:Graded−index Polymer Optical Fiber)である。第3の例として、マルチモード光ファイバは、マルチレイヤー型プラスチック光ファイバ(ML−POF:Multi−layer Polymer Optical Fiber)である。 The multimode optical fiber may emit a plurality of optical signals incident from the incident-side end face from the emission-side end face while maintaining a unique propagation mode. Specifically, as a first example, the multimode optical fiber is a gradient index optical fiber. In this case, the gradient index optical fiber transmits an optical signal having a specific amplitude (Ymax) in a propagation mode having the same period (Λ). The exit-side end face of the gradient index optical fiber is formed at a position where the amplitude of the propagation mode of the optical signal is maximized (“antinode”). As a second example, the multimode optical fiber is a graded-index polymer optical fiber (GI-POF) in which the core (3) and the cladding (2) are all made of plastic. . As a third example, the multi-mode optical fiber is a multi-layer type plastic optical fiber (ML-POF: Multi-layer Polymer Optical Fiber).
具体的には、複数の発光部は、マルチモード光ファイバの入射側端面に平行な同一ウエハ上に集積された複数の垂直共振器面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)で構成される。そして、複数の垂直共振器面発光レーザは、それぞれ集光レンズが付設されていてもかまわない。また、具体的には、複数の受光部は、マルチモード光ファイバの入射側端面に平行な同一ウエハ上に集積された複数のフォトダイオードで構成される。そして、複数のフォトダイオードは、それぞれ集光レンズが付設されていてもかまわない。 Specifically, the plurality of light emitting units are composed of a plurality of vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) integrated on the same wafer parallel to the incident side end face of the multimode optical fiber. . The plurality of vertical cavity surface emitting lasers may each be provided with a condensing lens. Further, specifically, the plurality of light receiving units are configured by a plurality of photodiodes integrated on the same wafer parallel to the incident side end face of the multimode optical fiber. Each of the plurality of photodiodes may be provided with a condensing lens.
本発明の製造方法は、複数の発光部から出射されるそれぞれの光信号をマルチモード光ファイバの入射側端面に入射し、そのマルチモード光ファイバを伝搬して出射側端面から出射される複数の光信号をそれぞれ複数の受光部で受光する光多重伝送システムの製造方法である。光多重伝送システムの製造方法は、以下に述べるように2つの方法が考えられる。第1の製造方法は、まず、複数の発光部を、少なくとも第1の方向へ直列に配置し、複数の受光部を、少なくとも第1の方向へ直列に配置する。その後、マルチモード光ファイバを第1の方向に対して垂直な平面上に配設して、複数の発光部および複数の受光部を光接続する。第2の製造方法は、まず、マルチモード光ファイバを所定の平面上に配設する。その後、複数の発光部を、少なくとも平面に対して垂直な第1の方向へ直列に配置し、複数の受光部を、少なくとも第1の方向へ直列に配置する。 In the manufacturing method of the present invention, a plurality of light signals emitted from a plurality of light emitting portions are incident on an incident side end face of a multimode optical fiber, propagated through the multimode optical fiber, and emitted from the emission side end face. This is a method of manufacturing an optical multiplex transmission system in which an optical signal is received by a plurality of light receiving units. As a manufacturing method of the optical multiplex transmission system, two methods can be considered as described below. In the first manufacturing method, first, a plurality of light emitting units are arranged in series in at least a first direction, and a plurality of light receiving units are arranged in series in at least a first direction. Thereafter, the multimode optical fiber is disposed on a plane perpendicular to the first direction, and the plurality of light emitting units and the plurality of light receiving units are optically connected. In the second manufacturing method, first, a multimode optical fiber is disposed on a predetermined plane. Thereafter, the plurality of light emitting units are arranged in series in at least a first direction perpendicular to the plane, and the plurality of light receiving units are arranged in series in at least the first direction.
具体的には、マルチモード光ファイバは、屈折率分布型の光ファイバである。この場合、屈折率分布型の光ファイバは、それぞれ固有の振幅を有する光信号を同一周期の伝搬モードで伝送する。そして、屈折率分布型の光ファイバを配設する前に、屈折率分布型の光ファイバの出射側端面をその屈折率分布型の光ファイバの入射側端面に対して光信号の伝搬モードの振幅が最大となる位置に形成する。 Specifically, the multimode optical fiber is a gradient index optical fiber. In this case, the gradient index optical fiber transmits an optical signal having a specific amplitude in a propagation mode having the same period. Before arranging the gradient index optical fiber, the output side end face of the gradient index optical fiber is set to the amplitude of the propagation mode of the optical signal with respect to the incident end face of the gradient index optical fiber. Is formed at a position where is the maximum.
本発明の光多重伝送システムによれば、マルチモード光ファイバに屈曲部が生じてもモード変換による著しい受信劣化を抑えることができる。また、第1の方向がマルチモード光ファイバの配設される平面に対して垂直である場合、上記モード変換による著しい受信劣化を大幅に低減することができる。 According to the optical multiplex transmission system of the present invention, it is possible to suppress significant reception deterioration due to mode conversion even if a bent portion is generated in the multimode optical fiber. In addition, when the first direction is perpendicular to the plane on which the multimode optical fiber is disposed, significant reception deterioration due to the mode conversion can be greatly reduced.
上記光多重伝送システムは、互いに同一の方向へ直列に1次元配置された複数の発光部および受光部を用いて、光多重伝送を行うことができる。また、上記1次元配置された複数の発光部および受光部に対して、上記方向とは垂直な方向にさらに複数の発光部および受光部を増設した2次元配置であっても、同様に光多重伝送を行うことができる。この場合、増設された発光部を光軸近辺に配置することによって、それらの光信号の伝搬モードが低次モードとなるため、光ファイバの屈曲による伝搬モードの高次化を許容することができる。 The optical multiplex transmission system can perform optical multiplex transmission using a plurality of light emitting units and light receiving units arranged one-dimensionally in series in the same direction. Further, even in a two-dimensional arrangement in which a plurality of light emitting units and light receiving units are further added in a direction perpendicular to the above direction with respect to the plurality of light emitting units and light receiving units arranged one-dimensionally, optical multiplexing is similarly performed. Transmission can be performed. In this case, by arranging the added light emitting unit in the vicinity of the optical axis, the propagation mode of those optical signals becomes a low-order mode, so that higher-order propagation modes due to bending of the optical fiber can be allowed. .
マルチモード光ファイバが屈折率分布型の光ファイバで構成される場合、集光レンズやビームイクスパンダのような精密なデバイスを用いることなく、用途に応じた変更が容易となる。また、屈折率分布型の光ファイバで伝送される光信号は、コア/クラッドの界面の影響を受けにくいため、コア/クラッド界面の非平坦性によるモード変換を防止することができる。さらに、屈折率分布型の光ファイバの出射側端面を光信号の伝搬モードの振幅が最大となる位置に形成することによって、出射側端面で各伝搬モード間隔が最大となり、受光部で光信号をそれぞれ受光する際の誤りが最小となって伝送性能が最適化される。 When the multimode optical fiber is composed of a refractive index distribution type optical fiber, a change according to the application is facilitated without using a precise device such as a condenser lens or a beam expander. Further, since the optical signal transmitted through the gradient index optical fiber is not easily affected by the core / cladding interface, mode conversion due to non-flatness of the core / cladding interface can be prevented. Furthermore, by forming the exit-side end face of the gradient index optical fiber at a position where the amplitude of the propagation mode of the optical signal is maximized, each propagation mode interval is maximized on the exit-side end face, and the optical signal is received at the light receiving section. Each transmission error is minimized and transmission performance is optimized.
また、光多重伝送システムは、マルチモード光ファイバとして屈折率分布型やマルチレイヤー型のプラスチック光ファイバ、発光部として垂直共振器面発光レーザ、受光部としてフォトダイオードで構成することができるため、一般的な各構成部の組合わせで容易に構成することができる。 In addition, the optical multiplex transmission system can be composed of a refractive index distribution type or multi-layer type plastic optical fiber as a multimode optical fiber, a vertical cavity surface emitting laser as a light emitting part, and a photodiode as a light receiving part. It can be easily configured by combining the respective components.
本発明の光多重伝送システムの製造方法によれば、光信号をその内部で多重伝送する各種機器に組み込む場合等、機器内部に光多重伝送システムを組み込む作業が容易に実現可能である。また、組み込まれた光多重伝送システムは、上述した効果を同様に得ることができる。 According to the method of manufacturing an optical multiplex transmission system of the present invention, an operation of incorporating an optical multiplex transmission system inside a device can be easily realized, for example, when incorporating an optical signal into various devices that multiplex-transmit an optical signal. Further, the built-in optical multiplex transmission system can similarly obtain the above-described effects.
図1〜図6を参照して、本発明の一実施形態に係る光多重伝送システムついて説明する。なお、図1は当該光多重伝送システムの全体構成を示す上面図であり、図2は図1のA−B区間をm方向から見た側面図であり、図3は図1のC−D区間をn方向から見た側面図であり、図4は図1の入射側端面Aを光信号進行方向から見た図であり、図5は図1の断面Bを光信号進行方向から見た断面図であり、図6は図1の出射側端面Dを光信号進行方向から見た図である。また、図1〜図3においては、光多重伝送システムを伝送される光信号の状態を示すために、光ファイバの内部を透視して表している。 An optical multiplex transmission system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a top view showing the overall configuration of the optical multiplex transmission system, FIG. 2 is a side view of section AB in FIG. 1 viewed from the m direction, and FIG. 3 is a CD in FIG. 4 is a side view of the section viewed from the n direction, FIG. 4 is a view of the incident side end face A of FIG. 1 viewed from the optical signal traveling direction, and FIG. 5 is a sectional view of FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view, and FIG. 6 is a view of the emission side end face D of FIG. 1 to 3, the inside of the optical fiber is seen through in order to show the state of the optical signal transmitted through the optical multiplex transmission system.
図1〜図3において、当該光多重伝送システムは、光ファイバ1、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser:垂直共振器面発光レーザ)10a〜10dを含むVCSELアレイ10、および受光器20a〜20dを含む受光器アレイ20を備えている。そして、光ファイバ1は、ファイバのコア3およびクラッド2が形成された屈折率分布型の大口径マルチモード光ファイバ(MMF:Multi Mode Fiber)であり、例えばコア3およびクラッド2の材質が全てプラスチックから成る屈折率分布型プラスチック光ファイバ(GI−POF:Graded−index Polymer Optical Fiber)で構成される。
1 to 3, the optical multiplex transmission system includes an
具体的には、受光器20a〜20dは、それぞれフォトダイオードである。これらフォトダイオードには、それぞれ集光レンズを付随させてもよく、フォトダイオードを同一ウエハ上に集積することによって、受光器アレイ20を構成することができる。そして、フォトダイオードが集積されたウエハは、光ファイバ1の出射側端面Dと平行に配置される。また、VCSEL10a〜10dも、同一ウエハ上に集積することによって、VCSELアレイ10を構成することができる。そして、VCSEL10a〜10dが集積されたウエハは、光ファイバ1の入射側端面Aと平行に配置される。さらに、VCSEL10a〜10dも、それぞれ集光レンズを付随させてもかまわない。
Specifically, each of the
以下の説明を具体的にするために、互いに垂直なX、Y、およびZ軸方向を定義する(図面参照)。VCSELアレイ10に含まれるVCSEL10a〜10dは、それぞれY軸方向の直線上に並設され、当該直線が光ファイバ1の入射側端面Aにおけるコア3の中心軸(光ファイバ1の光軸)と交差するように配置される。また、受光器アレイ20に含まれる受光器20a〜20dも、それぞれY軸方向の直線上に並設され、当該直線が光ファイバ1の出射側端面Dにおけるコア3の中心軸(光ファイバ1の光軸)と交差するように配置される。そして、光ファイバ1は、VCSEL10a〜10dおよび受光器20a〜20dが並設されるY軸方向とは垂直のX−Z平面上に配置される。
In order to make the following description concrete, X, Y, and Z axis directions perpendicular to each other are defined (see the drawings). The VCSELs 10a to 10d included in the
光ファイバ1のX−Z平面における形状について詳述する。光ファイバ1は、入射側端面AからB地点までの直線状部分A−B区間と、B地点からC地点までの屈曲部分B−C区間と、C地点から出射側端面Dまでの直線状部分C−D区間とを有しており、いずれもX−Z平面上に配置されている。なお、光ファイバ1の屈曲方向は、入射側端面Aにおけるコア3の中心軸(光ファイバ1の光軸)をZ軸とし、出射側端面Dにおけるコア3の中心軸がX軸となるように、つまり光ファイバ1をX−Z平面と平行に90°屈曲させた一例を用いて説明を行う。
The shape of the
図2において、VCSEL10a〜10dは、光ファイバ1の入射側端面Aからコア3に、それぞれ個別の情報を担わせた光信号La〜Ldを入射する。そして、図4に示すように、それぞれの光信号La〜Ldが入射側端面Aに入射するポイントは、光ファイバ1の光軸を通る同じ直線(つまりY軸方向に平行で、かつ光ファイバ1の光軸を通る直線)上の位置となる。この場合、VCSELアレイ10と光ファイバ1との間には、背景技術で説明したような厳密な角度付けのための複雑な光学系が不要である。例えば、VCSEL10a〜10dから入射側端面Aにそれぞれ光信号La〜Ldを直接入射してもいいし、簡単なボールレンズ程度の光学系デバイスを介して入射してもよい。
In FIG. 2,
図2に示すように、光ファイバ1に入射した光信号La〜Ldは、直線状部分A−B区間において、それぞれコア3の中をそれぞれ個別の伝搬モードで伝搬する。ここで、上述した背景技術の光多重伝送システム(図14参照)では単に大口径POF(SI−POF)を用いていたため、各伝搬モードは、それぞれ固有の伝搬角度θa〜θdを有しており、光軸(光ファイバ100におけるコア102の中心軸)に対して常にそれらの角度θa〜θdが維持されている。しかしながら、本発明の光多重伝送システムでは、屈折率分布型の光ファイバ1を用いているため、各伝搬モードは、固有の伝搬角度を有しておらず、図示Z軸方向へ伝搬するにつれてそれらの角度が周期的に変化する。また、本発明の各伝搬モードは、それぞれの伝搬周期Λが一致しており、それぞれの最大振幅Ymaxによって各伝搬モードを識別することができる。図2の一例では、光信号LaおよびLdが、光信号LbおよびLcより光ファイバ1の光軸に対して外側に入射しているため、相対的に当該光軸の外側を伝搬して最大振幅Ymaxが大きくなる。つまり、光信号LaおよびLdの伝搬モードは、光信号LbおよびLcの伝搬モードより高次モードである。
As shown in FIG. 2, the optical signals La to Ld incident on the
ここで、図7に示すように、屈折率分布型の光ファイバ1に入射した光信号La〜Ldは、屈曲部B−C区間において、伝搬モードが保持されず、異なる最大振幅Ymaxへ変換されてしまうことがある。図7は、屈折率分布型の光ファイバ1の伝搬モードが、屈曲部によって変換される様子を表している。
Here, as shown in FIG. 7, the optical signals La to Ld incident on the gradient index
図7において、図1で示した光ファイバ1の屈曲方向(つまり、VCSEL10a〜10dおよび受光器20a〜20dが並設されるY軸方向とは垂直のX−Z平面上で屈曲する)とは異なり、光ファイバ1がY軸方向へ屈曲された屈曲部B−E区間およびそれに連続する直線状部分E−F区間が形成されている。この場合、図7に示すように、比較的低次モードで入射した光信号Ly(例えば最大振幅Ymaxが小さい光信号Lb)は、屈曲部B−E区間でモード変換され、当該光信号Lyの最大振幅Ymaxが拡大され高次モードになる。したがって、1本の屈折率分布型POFで複数の伝搬モードを伝搬させる光多重伝送システムにおいては、SI−POFであるか屈折率分布型POFであるかに関わらず、光ファイバを屈曲させること自体が極めて困難とされている。
In FIG. 7, the bending direction of the
しかし、本発明の光多重伝送システムでは、VCSELアレイ10の4つのVCSEL10a〜10dが、Y軸方向に直列(1次元)に配置されている(図2および図4参照)。そして、屈折率分布型の光ファイバ1の直線状部分A−B区間でその伝搬距離が短ければ、各伝搬モードがほぼ空間的に保持されたまま(Y軸方向に直列のまま)光信号La〜Ldを伝送することができる(図1および図2参照)。図5は、B地点において、Y軸方向に直列のまま保持された光信号La〜Ldそれぞれの伝搬モード状態の一例を示している。上述したように、屈折率分布型の光ファイバ1に屈曲部を形成する場合、モード変換が生じると受信が困難となってしまう。そこで、本発明では、図5で示したB地点断面図において、Y軸方向に光信号La〜Ldが1次元配列された光ファイバ1を、Y軸方向には一切曲げずX軸方向にのみ屈曲させ、Y軸と垂直なX−Z平面上に配置するようにする(図1参照)。これによって、光ファイバ1の光軸は、各伝搬モードの振幅方向(Y軸方向)と常に垂直となり、光ファイバ1を屈曲させたことによるモード変換の影響を極めて小さく抑えることが可能となる。
However, in the optical multiplex transmission system of the present invention, the four VCSELs 10a to 10d of the
次に、図1に示すように、光ファイバ1の屈曲部B−C区間を伝搬した光信号La〜Ldは、モード変換されずに直線状部分C−D区間に到達する。そして、図3に示すように、屈折率分布型の光ファイバ1の直線状部分C−D区間でその伝搬距離が短ければ、光信号La〜Ldは、各伝搬モードがほぼ空間的に保持されたまま(Y軸方向に直列のまま)伝送され、出射側端面Dから出射される。図6は、出射側端面Dにおいて、Y軸方向に直列のまま保持された光信号La〜Ldがそれぞれ出射される状態の一例を示している。
Next, as shown in FIG. 1, the optical signals La to Ld propagated through the bent portion B-C section of the
そして、図1および図3に示すように、光ファイバ1の出射側端面Dから出射した光信号La〜Ldは、受光器アレイ20で受信される。そして、図6に示すように、光信号La〜Ldの各伝搬モード配列がY軸方向に1次元配列されていれば、受光器アレイ20に含まれる4つの受光器20a〜20dもY軸方向に1次元配列させる。この場合、受光器アレイ20と光ファイバ1との間には、背景技術で説明したようなビームイクスパンダ等の厳密な角度付けのための複雑な光学系が不要である。例えば、出射側端面Dからの光信号La〜Ldを受光器20a〜20dにそれぞれ直接入射してもいいし、簡単なボールレンズ程度の光学系デバイスを介して入射してもよい。
As shown in FIGS. 1 and 3, the optical signals La to Ld emitted from the emission side end face D of the
次に、本発明の光多重伝送システムを実現するための光ファイバ1のファイバ長さLについて説明する。上述したように、光ファイバ1を伝搬する各伝搬モードそれぞれの伝搬周期Λは、同一である(例えば図2参照)。つまり、それらの伝搬周期Λにおいて最大振幅Ymaxを示す位置(以下、「腹の部分」と記載する)と、最小振幅Yminを示す位置(以下、「節の部分」と記載する)とが、全ての伝搬モードで等しくなる。したがって、受光器アレイ20において光信号La〜Ldを正確に誤り無く検出するためには、光ファイバ1の出射側端面Dにおける各伝搬モードの状態が「腹の部分」であることが好ましい。なお、光ファイバ1の出射側端面Dにおける各伝搬モード配列を、「腹の部分」に合わせるためには、直接光ファイバ1の出射側端面Dから出射される光信号La〜Ldの状態を確認してもよいが、光ファイバ1のファイバ長さLを計算にて設計することも可能である。
Next, the fiber length L of the
以下、図8を参照して、屈折率分布型の光ファイバ1において、ファイバ長さLに対する各伝搬モードの状態を算出した一例である。なお、図8は、横軸をファイバ長さL(a.u.:任意単位)および縦軸を光ファイバ1の光軸からの距離Y(μm)とした各伝搬モードの状態を示すグラフである。
Hereinafter, with reference to FIG. 8, in the gradient index
図8において、グラフの各系列は、光ファイバ1の各伝搬モードを表し、最大振幅Ymaxで分類している。例えば、最大振幅Ymax=100μmを示す伝搬モードを実線で示し、当該伝搬モードは、ファイバ長さL=0.0(つまり入射側端面A)において、Y=100μmだけ光ファイバ1の光軸から離して当該光軸と平行に入射させた場合の光信号の軌跡である。各伝搬モードは、全てファイバ長さL=1.2、2.4、3.6、4.8…で最大振幅を示す「腹の部分」が現れる。そして、ファイバ長さL=0.0における距離Yの値に対して、L=1.2および3.6ではその正負が逆となる。つまり、距離Yが上述したY軸方向と一致している場合、入射側端面Aにおける伝搬モード配列(順序)に対して、ファイバ長さL=1.2および3.6では伝搬モード配列がY軸上で反転する。これらのことを考慮して、光ファイバ1のファイバ長さLを「腹の部分」に一致させれば、出射側端面Dで各伝搬モード間隔が最大となり、受光器アレイ20で光信号La〜Ldを受光する際の誤りが最小となって伝送性能が最適化される。
In FIG. 8, each series in the graph represents each propagation mode of the
このように、本発明の光多重伝送システムによれば、VCSELアレイ10から出射される4つの光信号La〜Ldを、屈曲部を有する1本の屈折率分布型光ファイバ1を介して、正確に受光器アレイ20で受光することができる。また、当該光多重伝送システムは、光ファイバ1に多重する光信号の数をさらに増やすこともできる。上記背景技術の光多重伝送システムでは大口径POFを用いていたため、多重する光信号の数を増やせばファイバ出射側端面における伝搬モード配列が変わってしまい、ビームイクスパンダの設計変更を余儀なくされた。しかしながら、本発明の光多重伝送システムでは、光信号の多重数を増やしてもファイバ長さLに対する「腹の部分」が等しいため、VCSELアレイ10に含まれるVCSELの数および受光器アレイに含まれる受光器の数以外の変更は不要である。したがって、本発明の光多重伝送システムは、アプリケーションに応じた柔軟なシステムを実現できる。
As described above, according to the optical multiplex transmission system of the present invention, the four optical signals La to Ld emitted from the
また、本発明の光多重伝送システムは、光信号をその内部で多重伝送する各種機器(例えば、デジタルカメラ)に組み込まれることがある。このような機器内部に上記光多重伝送システムを組み込む作業は、容易に実現可能である。例えば、複数のVCSELが所定の方向に直列(1次元)に設けられたVCSELアレイと、複数の受光器が同じ所定の方向に直列に設けられた受光器アレイとが、上記機器内部の別の場所で、かつ同じ高さの位置にそれぞれ固設されているとする。この場合、上述のように算出されたファイバ長さLを有する屈折率分布型の光ファイバを用いて、上記複数のVCSELおよび受光器間を光接続し、当該光ファイバを上記所定の方向に対して垂直の平面上に配設すれば、上記光多重伝送システムを組み込むことができる。また、先に上記機器内部の所定平面上に上記光ファイバが配設されているとする。この場合、その平面に垂直な方向に直列に設けられた複数のVCSELを含むVCSELアレイと、同じ方向に直列に設けられた複数の受光器を含む受光器アレイとを、上記光ファイバの両端面とそれぞれ光接続して固設すれば、同様に上記光多重伝送システムを組み込むことができる。 The optical multiplex transmission system of the present invention may be incorporated into various devices (for example, digital cameras) that multiplex-transmit optical signals therein. The operation of incorporating the optical multiplex transmission system in such a device can be easily realized. For example, a VCSEL array in which a plurality of VCSELs are provided in series (one-dimensional) in a predetermined direction, and a light receiver array in which a plurality of light receivers are provided in series in the same predetermined direction, It is assumed that each is fixed at a location and at the same height. In this case, the refractive index distribution type optical fiber having the fiber length L calculated as described above is used to optically connect the plurality of VCSELs and the optical receiver, and the optical fiber is connected to the predetermined direction. If the optical multiplex transmission system is arranged on a vertical plane, the optical multiplexing transmission system can be incorporated. Further, it is assumed that the optical fiber is disposed on a predetermined plane inside the device. In this case, a VCSEL array including a plurality of VCSELs provided in series in a direction perpendicular to the plane and a receiver array including a plurality of light receivers provided in series in the same direction are arranged on both end surfaces of the optical fiber. In the same manner, the optical multiplex transmission system can be incorporated.
なお、上述した説明では、光ファイバ1の屈曲方向を入射側端面Aにおけるコア3の中心軸(光ファイバ1の光軸)をZ軸とし、出射側端面Dにおけるコア3の中心軸がX軸となるように、つまり光ファイバ1をX−Z平面と平行に90°屈曲させた一例を用いて行ったが、光ファイバ1を屈曲する角度は90°でなくてもかまわない。光ファイバ1の入射側端面Aにおける各伝搬モード配列がY軸方向に直列(1次元)に配置される場合、光ファイバ1の屈曲方向を上記Y軸方向に対して垂直の平面上に維持すれば、光ファイバ1を屈曲する角度がどのような角度であっても同様に受光器アレイ20で光信号La〜Ldを受光することができる。
In the above description, the bending direction of the
また、上述した説明では、B地点における各伝搬モード配列がY軸方向に直列(1次元)に配置される場合(図5参照)を用いた。しかしながら、各伝搬モードがY軸方向から若干ずれた配置であっても、光ファイバ1の屈曲方向を上記Y軸方向に対して垂直の平面上に維持すれば、モード変換の影響を低減することができる。これは、光ファイバ1の経路がアプリケーションの要請により決定されているシステムにおいて、屈曲の方向から、モード変換の影響を抑えるようなVCSELアレイの配置を施すことも可能となる。
In the above description, the case where the propagation mode arrays at the point B are arranged in series (one-dimensional) in the Y-axis direction (see FIG. 5) is used. However, even if each propagation mode is slightly shifted from the Y-axis direction, if the bending direction of the
また、上述した説明では、B地点における各伝搬モード配列がY軸方向に直列(1次元)に配置される場合を用いたが、当該各伝搬モード配列が2次元であっても本発明の光多重伝送システムの光ファイバ1に屈曲部を持たせることができる。図9および図10を用いて、2次元の場合における各伝搬モード配列の一例を説明する。なお、図9は入射側端面Aに入射する光信号La〜Lfそれぞれの伝搬モード状態の一例を示し、図10は出射側端面Dにおける光信号La〜Lfそれぞれの伝搬モード状態の一例を示している。
In the above description, the case where the propagation mode arrays at the point B are arranged in series (one-dimensional) in the Y-axis direction is used. However, the light of the present invention can be used even if each propagation mode array is two-dimensional. The
図9において、光ファイバ1の入射側端面Aには、6つの光信号La〜Lfが入射する。光信号La〜Ldは、上述と同様に配置されたVCSEL10a〜10d(図1および図2参照)から光ファイバ1の入射側端面Aに入射される。つまり、それぞれの光信号La〜Ldが入射側端面Aに入射するポイントは、Y軸方向に平行で、かつ光ファイバ1の光軸を通る直線上となる。一方、光信号LeおよびLfは、VCSEL10eおよび10f(図示せず)から光ファイバ1の入射側端面Aに入射される。VCSEL10eおよび10fは、VCSEL10a〜10dが直列に配置されるY軸方向に対して垂直(X軸方向)で、かつ光ファイバ1の光軸を通る直線上に所定の間隔を開けて配置され、VCSEL10a〜10fは2次元的に配置される。したがって、それぞれの光信号LeおよびLfが入射側端面Aに入射するポイントは、X軸方向に平行で、かつ光ファイバ1の光軸を通る直線上に所定の間隔を開けた位置となる。なお、光信号LeおよびLfが入射側端面Aに入射するポイントの間隔は、それぞれの伝搬モードの次数(最大振幅Xmax)が、相対的に小さくなるように設定される(つまり、光ファイバ1の光軸に対して、相対的に近い位置に配置される)。
In FIG. 9, six optical signals La to Lf are incident on the incident side end face A of the
そして、入射側端面Aに入射した光信号La〜Lfは、光ファイバ1の入射側端面AからB地点までの直線状部分A−B区間(図1参照)を多重伝送され、それぞれモード変換されずにB地点に到達する。ここで、光信号La〜Ldと同様に、光信号LeおよびLfの各伝搬モードも、固有の伝搬角度を有しておらず、Z軸方向へ伝搬するにつれてそれらの角度が周期的に変化する。そして、光信号LeおよびLfの各伝搬モードは、それぞれの伝搬周期が上述した伝搬周期Λと一致しており、それぞれの最大振幅Xmaxによって各伝搬モードを識別することができる。また、光信号LeおよびLfが入射側端面Aに入射するポイントは、それぞれの伝搬モードの次数(最大振幅Xmax)が相対的に小さくなるような位置であるため、光信号LeおよびLfの伝搬モードは、光信号LaおよびLdの伝搬モードより低次モードである。
Then, the optical signals La to Lf incident on the incident side end face A are multiplexed and transmitted through the linear portion AB section (see FIG. 1) from the incident side end face A to the point B of the
次に、光信号La〜Lfは、光ファイバ1の屈曲部B−C区間(図1参照)を多重伝送されC地点に到達する。ここで、光ファイバ1の屈曲部B−C区間は、Y軸方向に光信号La〜Ldが1次元配列された光ファイバ1を、Y軸方向には一切曲げずX軸方向にのみ屈曲させ、Y軸と垂直なX−Z平面上に配置されている。したがって、上述したように光信号La〜Ldは、モード変換されずにC地点に到達する。一方、光信号LeおよびLfは、それぞれの伝搬モードの振幅方向(X軸方向)に光ファイバ1が屈曲するため、モード変換の影響を受ける。しかしながら、光信号LeおよびLfの伝搬モードは、低次モードであるため、光ファイバ1の屈曲による伝搬モードの高次化を許容することができる。逆に、光信号LeおよびLfの伝搬モードが既に高次モードである場合、光ファイバ1の屈曲部においてさらに高次となり、光ファイバ1の外へはじかれて光信号LeおよびLfが伝送できなくなることが考えられる。
Next, the optical signals La to Lf are multiplexed and transmitted through the bent section B-C section (see FIG. 1) of the
そして、光ファイバ1の屈曲部B−C区間を伝搬した光信号La〜Lfは、直線状部分C−D区間(図1参照)に到達する。そして、屈折率分布型の光ファイバ1の直線状部分C−D区間でその伝搬距離が短ければ、光信号La〜Lfは、地点Cの各伝搬モードがほぼ空間的に保持されたまま伝送され、出射側端面Dから出射される。図10は、出射側端面Dにおいて、光信号La〜Lfがそれぞれ出射される状態の一例を示している。光信号La〜Ldが出射側端面Dからそれぞれ出射される状態は、図6を用いて説明した状態と同様であり、Y軸方向に1次元配列した4つの受光器20a〜20d(図1および図3参照)で受光される。一方、光信号LeおよびLfは、光ファイバ1の屈曲によって高次化された伝搬モードに変換されているため、直線状部分C−D区間の伝送でもその高次化された伝搬モードが保持され、出射側端面Dからそれぞれ出射される。したがって、光信号LeおよびLfを受光する受光器20eおよび20f(図示せず)は、出射側端面Dからそれぞれ出射される光信号LeおよびLfに合わせて受光器アレイ20に設けられる。このように、モード配列が2次元であっても、本発明の光多重伝送システムによれば、VCSELアレイ10から出射される6つの光信号La〜Lfを、屈曲部を有する1本の屈折率分布型光ファイバ1を介して、正確に受光器アレイ20で受光することができる。
And the optical signals La-Lf which propagated the bending part BC section of the
このように、本発明の光多重伝送システムによれば、マルチモード光ファイバに屈曲部が生じたとしても、モード変換による著しい受信劣化を抑え、さらに集光レンズやビームイクスパンダのような精密な光学デバイスを用いることなく、用途に応じた変更が容易に行える、安価な光多重伝送システムを実現することができる。また、上記光ファイバで伝送される光信号は、当該光ファイバのコア/クラッドの界面の影響を受けにくいため、コア/クラッド界面の非平坦性によるモード変換を防止することができる。 As described above, according to the optical multiplex transmission system of the present invention, even if a bent portion is generated in the multimode optical fiber, it is possible to suppress a significant reception deterioration due to mode conversion, and to perform a precise operation such as a condensing lens or a beam expander. An inexpensive optical multiplex transmission system that can be easily changed according to the application without using an optical device can be realized. In addition, since the optical signal transmitted through the optical fiber is hardly affected by the core / cladding interface of the optical fiber, mode conversion due to non-flatness of the core / cladding interface can be prevented.
なお、上記説明においては、本発明の光多重伝送システムに屈折率分布型の光ファイバを用いたが、他の光ファイバでもかまわない。例えば、本発明の光多重伝送システムにマルチレイヤー型の光ファイバを用いてもよい。マルチレイヤー型プラスチック光ファイバ(Multi−layer Polymer Optical Fiber:ML−POF)を用いても同様に本発明を実現することができる。 In the above description, the refractive index distribution type optical fiber is used in the optical multiplex transmission system of the present invention, but other optical fibers may be used. For example, a multilayer optical fiber may be used in the optical multiplex transmission system of the present invention. The present invention can also be realized in the same manner by using a multi-layer polymer optical fiber (ML-POF).
本発明にかかる光多重伝送システムおよびその製造方法は、マルチモード光ファイバに屈曲部が生じてもモード変換による著しい受信劣化を抑え、送受信部間を光ファイバで光接続して光多重伝送する際に有用である。 An optical multiplex transmission system and a manufacturing method thereof according to the present invention suppress significant reception deterioration due to mode conversion even when a bent portion occurs in a multi-mode optical fiber, and perform optical multiplex transmission by optically connecting the transmission and reception units with an optical fiber. Useful for.
1…光ファイバ
2…クラッド
3…コア
10…VCSELアレイ
10a〜10f…VCSEL
20…受光器アレイ
20a〜20f…受光器
DESCRIPTION OF
20 ...
Claims (18)
少なくとも第1の方向へ直列に配置され、それぞれ出射する光信号を前記マルチモード光ファイバの入射側端面に入射する複数の発光部と、
少なくとも前記第1の方向へ直列に配置され、前記マルチモード光ファイバを伝搬して当該マルチモード光ファイバの出射側端面から出射される複数の光信号をそれぞれ受光する複数の受光部とを備え、
前記マルチモード光ファイバは、前記第1の方向に基づいた平面上に配設されることを特徴とする、光多重伝送システム。 A multimode optical fiber;
A plurality of light emitting units arranged in series in at least the first direction, each of which emits an outgoing optical signal to the incident side end face of the multimode optical fiber;
A plurality of light receiving units arranged in series in at least the first direction, each receiving a plurality of optical signals propagating through the multimode optical fiber and emitted from the output side end surface of the multimode optical fiber,
The optical multiplex transmission system, wherein the multimode optical fiber is disposed on a plane based on the first direction.
前記複数の受光部は、前記マルチモード光ファイバの出射側端面における光軸と交差する前記第1の方向の直線上に1次元配置されることを特徴とする、請求項2に記載の光多重伝送システム。 The plurality of light emitting units are one-dimensionally arranged on a straight line in the first direction intersecting an optical axis at an incident side end face of the multimode optical fiber,
3. The optical multiplexing according to claim 2, wherein the plurality of light receiving units are one-dimensionally arranged on a straight line in the first direction intersecting an optical axis at an output side end face of the multimode optical fiber. Transmission system.
前記マルチモード光ファイバの入射側端面における光軸と交差する前記第1の方向の直線上に配置される第1の組と、
前記第1の方向と垂直で、かつ前記入射側端面に平行な当該光軸と交差する第2の方向の直線上に配置される第2の組とによって、2次元配置され、
前記複数の受光部は、
前記マルチモード光ファイバの出射側端面における光軸と交差する前記第1の方向の直線上に配置され、前記第1の組に属する発光部から出射された光信号をそれぞれ受光する第3の組と、
前記第1の方向と垂直で、かつ前記出射側端面に平行な当該光軸と交差する第3の方向の直線上に配置され、前記第2の組に属する発光部から出射された光信号をそれぞれ受光する第4の組とによって、2次元配置されることを特徴とする、請求項2に記載の光多重伝送システム。 The plurality of light emitting units are:
A first set arranged on a straight line in the first direction intersecting the optical axis at the incident side end face of the multimode optical fiber;
Two-dimensionally arranged by a second set arranged on a straight line in a second direction intersecting the optical axis perpendicular to the first direction and parallel to the incident side end face;
The plurality of light receiving units are
A third set that is arranged on a straight line in the first direction intersecting the optical axis at the output-side end face of the multimode optical fiber and that receives the optical signals emitted from the light emitting units belonging to the first set, respectively. When,
An optical signal emitted from a light emitting unit belonging to the second set, arranged on a straight line in a third direction intersecting the optical axis perpendicular to the first direction and parallel to the emission side end face. The optical multiplex transmission system according to claim 2, wherein the optical multiplex transmission system is two-dimensionally arranged by a fourth set that receives light.
前記屈折率分布型の光ファイバの出射側端面は、前記光信号の伝搬モードの振幅が最大となる位置に形成されることを特徴とする、請求項7に記載の光多重伝送システム。 The refractive index distribution type optical fibers each transmit an optical signal having a specific amplitude in a propagation mode of the same period,
8. The optical multiplex transmission system according to claim 7, wherein an output-side end face of the gradient index optical fiber is formed at a position where the amplitude of the propagation mode of the optical signal is maximized.
前記複数の発光部を、少なくとも第1の方向へ直列に配置し、
前記複数の受光部を、少なくとも前記第1の方向へ直列に配置した後、
前記マルチモード光ファイバを前記第1の方向に対して垂直な平面上に配設して、前記複数の発光部および前記複数の受光部を光接続する、光多重伝送システムの製造方法。 Each optical signal emitted from a plurality of light emitting units is incident on the incident side end face of the multimode optical fiber, and propagates through the multimode optical fiber and receives a plurality of optical signals emitted from the emission side end face. A method of manufacturing an optical multiplex transmission system that receives light at a portion,
The plurality of light emitting units are arranged in series in at least the first direction,
After arranging the plurality of light receiving units in series in at least the first direction,
A method of manufacturing an optical multiplex transmission system, wherein the multimode optical fiber is disposed on a plane perpendicular to the first direction, and the plurality of light emitting units and the plurality of light receiving units are optically connected.
前記マルチモード光ファイバを所定の平面上に配設した後、
前記複数の発光部を、少なくとも前記平面に対して垂直な第1の方向へ直列に配置し、
前記複数の受光部を、少なくとも前記第1の方向へ直列に配置する、光多重伝送システムの製造方法。 A plurality of optical signals emitted from a plurality of light emitting sections are incident on an incident side end face of the multimode optical fiber, and a plurality of optical signals propagated through the multimode optical fiber and emitted from the emission side end face are respectively received. A method of manufacturing an optical multiplex transmission system including a light receiving unit of
After arranging the multimode optical fiber on a predetermined plane,
The plurality of light emitting units are arranged in series in a first direction perpendicular to at least the plane,
A method of manufacturing an optical multiplex transmission system, wherein the plurality of light receiving units are arranged in series in at least the first direction.
前記屈折率分布型の光ファイバを配設する前に、前記屈折率分布型の光ファイバの出射側端面を当該屈折率分布型の光ファイバの入射側端面に対して前記光信号の伝搬モードの振幅が最大となる位置に形成することを特徴とする、請求項17に記載の光多重伝送システムの製造方法。 The refractive index distribution type optical fibers each transmit an optical signal having a specific amplitude in a propagation mode of the same period,
Before the distribution of the refractive index distribution type optical fiber, the output side end face of the refractive index distribution type optical fiber is set to the propagation mode of the optical signal with respect to the incident side end face of the refractive index distribution type optical fiber. The method of manufacturing an optical multiplex transmission system according to claim 17, wherein the optical multiplex transmission system is formed at a position where the amplitude is maximized.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003311839A JP2005078027A (en) | 2003-09-03 | 2003-09-03 | Optical multiplex transmission system and manufacturing method thereof |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8078022B2 (en) | 2006-01-11 | 2011-12-13 | Omron Corporation | Optical cable module and apparatus using the same |
CN102681597A (en) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 达丰(上海)电脑有限公司 | Laptop achieving universality of circuit boards by optical fiber, and implementation method of laptop |
WO2018074301A1 (en) * | 2016-10-21 | 2018-04-26 | 株式会社フジクラ | Optical transmission device and optical communication system |
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2003
- 2003-09-03 JP JP2003311839A patent/JP2005078027A/en active Pending
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