專利名稱：使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用導(dǎo)光體，更詳細(xì)講，使用片狀光學(xué)介質(zhì)內(nèi)含有散射光的粒子，并通過粒子將從一端面入射的光一邊進(jìn)行散射，一邊傳遞到另一端面的片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以前公知的導(dǎo)光體是，例如專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2所示的，在PMMA(聚甲基甲基丙稀酸酯)等光學(xué)介質(zhì)內(nèi)，含有散射光的粒子，并通過該粒子將從一端面入射的光一邊進(jìn)行散射，一邊傳遞到另一端面?zhèn)鹊膶?dǎo)光體。
這種導(dǎo)光體的優(yōu)點(diǎn)是在其側(cè)端面與周圍介質(zhì)(空氣或金屬包層)的界面處，具有全反射作用，此外，由于一邊由光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的粒子重復(fù)散射，一邊傳遞光，與只靠全反射作用傳遞光的導(dǎo)光體比較，可以從射出端面射出強(qiáng)度更均勻的光?？梢哉J(rèn)為有效利用其優(yōu)點(diǎn)的這種導(dǎo)光體，例如專利文獻(xiàn)3所示，使用片狀的光學(xué)介質(zhì)形成，在其一端面上結(jié)合上一個(gè)輸入光信號(hào)的輸入部分，同時(shí)在另一端面上結(jié)合上數(shù)個(gè)輸出部分，使輸入的光信號(hào)以共同的信號(hào)分配在數(shù)個(gè)輸出部分上，構(gòu)成光數(shù)據(jù)總線(片總線)方面適用。
作為這種光數(shù)據(jù)總線，以眾所周知，例如專利文獻(xiàn)4所示，在片狀光學(xué)介質(zhì)的光入射側(cè)端部上，與各信號(hào)光入射部分相對(duì)應(yīng)設(shè)置光擴(kuò)散部分，由該光擴(kuò)散部分進(jìn)行擴(kuò)散，使形成分支的信號(hào)光向著該光學(xué)介質(zhì)的光射出側(cè)端部傳遞。
(專利文獻(xiàn)1)特許第3162398號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)2)
特許第3184219號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)3)特開平10-123350號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)4)特開平11-31035號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)4中示出的光數(shù)據(jù)總線中，認(rèn)為存在的問題是需要由一邊100μm形成的多個(gè)單位光學(xué)元件構(gòu)成光擴(kuò)散部分，制作極其困難。若在片狀光學(xué)介質(zhì)的一側(cè)端部形成這樣的光擴(kuò)散部分，在其端部側(cè)，實(shí)際上不可能進(jìn)行光檢測(cè)，不得不將該端部限定為光入射側(cè)，因此，通過這種片狀光學(xué)介質(zhì)，不可能進(jìn)行雙向通信。
若使用專利文獻(xiàn)3中示出的片狀導(dǎo)光體，可進(jìn)行雙向通信。然而，以前的這種片狀導(dǎo)光體中，不可能簡(jiǎn)單地獲得所要求的光射出效率，和實(shí)現(xiàn)均勻射出光強(qiáng)度分布的設(shè)置條件。因此，以前得到所要求特性的導(dǎo)光體，所采用的方法是改變光學(xué)介質(zhì)內(nèi)所含粒子的粒徑和粒子密度，制作出多個(gè)導(dǎo)光體樣品，從中選出可獲得要求光射出效率和均勻射出光強(qiáng)度分布的導(dǎo)光體的方法，或通過使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量模擬獲得設(shè)置條件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述情況，其目的是提供一種使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)，在片狀導(dǎo)光體中，可獲得良好的光射出效率和均勻的射出光強(qiáng)度分布，并能進(jìn)行雙向通信。
根據(jù)本發(fā)明使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)，在使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，如前所述，該片狀導(dǎo)光體是在片狀的光學(xué)介質(zhì)內(nèi)含有進(jìn)行散射光的粒子，并由該粒子將從一端面射入的信號(hào)光一邊進(jìn)行散射，同時(shí)傳遞到結(jié)合了受光器的另一端面?zhèn)?，其特征在于，將上述粒子的散射截面積取為Φ，將上述光學(xué)介質(zhì)的光傳遞方向長(zhǎng)度取為L(zhǎng)G、將粒子密度取為NP、將修正系數(shù)取為KC時(shí)，Φ·NP·LG·KC的值在0.9以下。
根據(jù)本發(fā)明的使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，將系統(tǒng)△的rms(rootmean square)噪音取為Noise(System_rms)、將允許的誤碼率取為BER(accept)、Noise(System_rms)的發(fā)生概率取為Pr(Noise(System_rms))時(shí)，將Q取為比例常數(shù)，最好滿足下式。
Pr(Nolse(System rms)·Q)＝BER(accept)進(jìn)而，根據(jù)本發(fā)明的使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，將系統(tǒng)△的rms噪音取為Noise(System_rms)、將2值化中的任意閾值取為V(Thresh)、將通過負(fù)荷電阻從受光器輸出的信號(hào)電壓取為S(P Rmin)V時(shí)，將Q取為比例常數(shù)，最好滿足下式。
{S(P Rmin)v-V(Thresh)}＞Noise(System_rms)·Q本發(fā)明中所使用的上述片狀導(dǎo)光體，根據(jù)Snell’s Law，除了射入·射出端面之外，入射光在各個(gè)面內(nèi)反復(fù)進(jìn)行反射，將周圍介質(zhì)的折射率取為Ns、將母體材料的光學(xué)介質(zhì)折射率取為Nm、將入射角取為θm、折射角取為θs時(shí)，在不含有粒子的情況下，如果是Nm·sinθm＝Ns·sinθs的話，最好由滿足sinθs＞1形狀的光學(xué)介質(zhì)構(gòu)成。
上述片狀導(dǎo)光體，根據(jù)Snell’s Law，至少?gòu)?個(gè)射出端面射出的光線在該射出端面中的反射·折射，將周圍介質(zhì)的折射率取為Ns、將形成母體材料的光學(xué)介質(zhì)折射率取為Nm、將入射角取為θm、折射角取為θs時(shí)，在不含有粒子的情況下，如果是Nm·sinθm＝Ns·sinθs的話，最好由滿足sinθs＜1形狀的光學(xué)介質(zhì)構(gòu)成。
另外，本發(fā)明中使用的片狀導(dǎo)光體中，混入光學(xué)介質(zhì)中的粒子，根據(jù)米氏散射理論，可以是非磁性的傳導(dǎo)體粒子。也可以按粒子密度梯度將粒子混入光學(xué)介質(zhì)中。
進(jìn)而，該片狀導(dǎo)光體也可以將多種光學(xué)介質(zhì)組合構(gòu)成。
在上述專利文獻(xiàn)1和2中，提出一種利用折射率不均勻構(gòu)造，或者將電介質(zhì)粒子混入·擴(kuò)散在光學(xué)介質(zhì)中，實(shí)現(xiàn)要求光強(qiáng)度分布的導(dǎo)光路。在這些專利文獻(xiàn)1和2中記載了通過應(yīng)用德拜的濁度(Turbidity)理論(Jowrnal of Applied physics Vol.20 pp.518-525(1949))，可提高散射光強(qiáng)度，而且在射出口可實(shí)現(xiàn)均勻的光強(qiáng)度分布。德拜在Einstein的“關(guān)于在氣體或液體中電介率的熱波動(dòng)理論”(Annalen Der physik 33 pp.1275-1298(1910))中，引用了有關(guān)散射光的考慮，上述論文中的Einstein式如下。
i/Io＝(RT/N)·[(ε-1)2(ε+2)2/P]·(2π/λ)4[V/(4πD)2]cos2θ ……(1)其中i在距離散射體D距離處的光強(qiáng)度Io入射光的強(qiáng)度R氣體常數(shù)T絕對(duì)溫度N1克分子中的分子數(shù)ε相對(duì)于波長(zhǎng)λ的折射率平方(電介率)P加在流體上的壓力λ波長(zhǎng)V光散射體的體積D光散射體到觀測(cè)點(diǎn)的距離θ散射角上述Einstein式，由德拜畸變，以下式表示。
i/I＝<η>2/ε2(π2V/λ4R2)·(1+cos2θ)/2·ω ……(2)其中i離散射體距離D處的光強(qiáng)度Io入射光的強(qiáng)度ε散射體的電介率<η>散射體的電介率波動(dòng)平方平均值R觀測(cè)點(diǎn)到散射體的距離λ波長(zhǎng)V光散射體的總體積θ散射角ω相關(guān)體積而且，ω＝4π∫sin(ksr)/ksr·r2γ(r)dr……(3)K波數(shù)s入射光的單位向量和射出光的單位向量之合成向量的長(zhǎng)度r產(chǎn)生電介質(zhì)波動(dòng)的2點(diǎn)間距離s＝2sin(θ/2)。
根據(jù)德拜的見解，相關(guān)體積ω，將相關(guān)系數(shù)γ(r)取為γ(r)＝exp(-r/a)(a相關(guān)距離)時(shí)，可以積分，因此(3)式表示成ω＝8πa3/(1+k2s2a2)2……(4)根據(jù)(2)、(4)式i/I＝<η>2/ε2(π2V/λ4R2)·(1+cos2θ)/2·8πa3/(1+k2s2a2)2其中，使用S＝2sin(θ/2)，(2)式變成i/I＝4πa3<η>2/ε2(π2V/λ4R2)·(1+cos2θ)/(1+8π2(1-cosθ)(a/λ)2)2……(5)。
(4)式的散射角強(qiáng)度一項(xiàng)，如以下所示。
f(θ)＝(1+cos2θ)/(1+8π2(1-cosθ)(a/λ)2)2……(6)(計(jì)算該(6)式代表值(a/λ)以求出散射角標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度，結(jié)果示于圖1。另外，根據(jù)米氏散射理論，以代表性粒徑Dp的值求出散射角標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度，結(jié)果示于圖2。
若根據(jù)專利文獻(xiàn)1和2，由于認(rèn)為粒徑大致等于相關(guān)距離，所以根據(jù)圖1可知，若粒徑的大小與波長(zhǎng)一樣的話，前方散射光的強(qiáng)度增強(qiáng)，當(dāng)粒子經(jīng)超過波長(zhǎng)10倍時(shí)，側(cè)方散射光的強(qiáng)度變得極強(qiáng)，光已不再向前方進(jìn)行。另一方面，若根據(jù)米氏散射理論，如圖2明確的，即使粒徑超過波長(zhǎng)10倍，前方散射光的強(qiáng)度仍很強(qiáng)。根據(jù)德拜的濁度理論，可知近似于γ(r)＝exp(-r/a)的情況，粒徑與波長(zhǎng)一樣時(shí)，接近于米氏散射的結(jié)果，由此，對(duì)于較大的粒徑，與米氏散射理論也會(huì)產(chǎn)生很大的偏差。
根據(jù)以上考察，認(rèn)為向要求的光學(xué)介質(zhì)中混入產(chǎn)生光散射的粒子，可使入射光形成均勻強(qiáng)度的分布，為了射出，作為所用的計(jì)算方法，在粒子大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，表現(xiàn)出瑞利(Rayreigh)散射，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于時(shí)，表現(xiàn)出Hoygens-菲涅耳(Fresnel)衍射，所以米氏(Mie)散射理論更為確切。進(jìn)而，認(rèn)為米氏散射理論是1粒子體系，對(duì)于多粒子的散射，根據(jù)米氏散射理論，必須以多粒子體系解析。
當(dāng)制造本發(fā)明中所用的片狀導(dǎo)光體時(shí)，根據(jù)以上考察，可簡(jiǎn)單地求出實(shí)現(xiàn)要求光射出效率的設(shè)置條件。以下對(duì)該方法作詳細(xì)說明。
(散射截面積)首先對(duì)散射截面積Φ進(jìn)行說明。不限于米氏散射理論，在可見光以外，γ射線和X射線等放射線區(qū)域或紅外線和微波等長(zhǎng)波區(qū)域內(nèi)，可廣泛使用所謂散射截面積的概念。粒徑和波長(zhǎng)的關(guān)系處于瑞利區(qū)域時(shí)，散射截面積Φ可以下式表示。
Φ＝128·π5·(ap6/3λ4)·{(n2-1)/(n2+2)}2……(7)式中ap粒子半徑λ入射光的波長(zhǎng)n相對(duì)折射率另外，在米氏的理論中，散射截面積以下式(8)表示。
(數(shù)1)Φ=(λ2/2π)Σn=1∞(2n+1)·[|an|2+|bn|2]-----(8)]]>λ入射光的波長(zhǎng)an=φn(α)·φ'n(β)-N·φn(β)·φ'n(α)ζn(α)·φ'n(β)-N·φn(β)·ζ'n(α)]]>bn=N·φn(α)·φ'n(β)-φn(β)·φ'n(α)N·ζn(α)·φ'n(β)-φn(β)·ζ'n(α)]]>ψn(kr)＝(πkr/2)·Jn+1/2(kr)Jn+1/2(kr)第1種Bessel函數(shù)k波數(shù)(2π/λ)r極坐標(biāo)中的距離成分ψn’ψn的導(dǎo)函數(shù)ζn(kr)＝ψn(kr)+i·xn(kr)xn(kr)＝-(πkr/2)·Nn+1/2(kr)Nn+1/2(kr)Neumann的第2種Bessel函數(shù)ζ’nζn的導(dǎo)函數(shù)α＝2πa/λβ＝N·α上述(8)式中a/λ＞＞1的極限中，散射截面積Φ為Φ＝Mπap2(收斂時(shí)M2)……(9)這樣根據(jù)(8)式，可知在2πap/λ1的區(qū)域內(nèi)，上述M在1＜M＜6之間進(jìn)行振動(dòng)。
因此，圖3a、b和c中，分別示出了相對(duì)折射率n為1.1、1.5、2.1時(shí)M的振動(dòng)形式。根據(jù)這些圖可知，米氏散射區(qū)域內(nèi)的散射截面積Φ，由于粒徑Dp的增大，而進(jìn)行振動(dòng)·收斂(會(huì)聚)。在該振動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在相對(duì)折射率n從1到2的寬范圍內(nèi)，根據(jù)圖3a-c中各粒徑，可求出米氏散射區(qū)域內(nèi)收斂的幾何學(xué)散射截面積乘以πap2的數(shù)值。
根據(jù)上述(7)、(9)式，以幾個(gè)相對(duì)折射率n求出粒徑Dp和散射截面積Φ的關(guān)系，結(jié)果示于圖4。根據(jù)米氏散射理論，利用計(jì)算機(jī)模擬求出多粒子體系的粒徑Dp和乘以某數(shù)值的粒子密度例數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果示于圖5。
在這些個(gè)計(jì)算機(jī)模擬中，進(jìn)行將具有某有限擴(kuò)展角的光，射入內(nèi)部含有粒子的，具有10mm見方到1000mm見方的各種大小立方體形狀的光學(xué)介質(zhì)中。即，相似地變化入射光和立方體的大小。在從瑞利散射區(qū)域到菲涅耳衍射區(qū)域很寬的范圍內(nèi)變化粒徑Dp。在這些計(jì)算機(jī)模擬中，使光線從與入射側(cè)相對(duì)的位置，以與入射光同方向射出，在立方體的光射出端，光的射出效率約為80％。
從圖4和圖5可知，在散射截面積和有限大小的光學(xué)介質(zhì)中粒子數(shù)之間存在著密切的關(guān)系。
(朗伯-比爾(Lambert-Beer)法則和散射截面積)將平行光束射入等方介質(zhì)中的透射率T，根據(jù)Lambert-Beer法以下式表示。
T＝I/Io＝exp(-ρ·x) ……(10)式中，x距離Io入射光強(qiáng)度I射出光強(qiáng)度ρ衰減常數(shù)上述衰減常數(shù)ρ，認(rèn)為是將粒子的散射截面積取為Φ、將介質(zhì)中所含的每單位體積的粒子數(shù)取為Np時(shí)，為ρ＝Φ·Np·Kc ……(11)
其中，Kc是光在有限空間的光學(xué)介質(zhì)中傳遞時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)求出的無因次的修正系數(shù)。
這樣就設(shè)計(jì)導(dǎo)光體而言，一般所需要的參量是體積V、混入粒子數(shù)NPT和粒徑Dp，這種情況下，要研究射出強(qiáng)度如何變化。
因此，Np＝NPT/V。進(jìn)而，根據(jù)圖4和圖5的比較·類推，以及未圖示的幾個(gè)數(shù)據(jù)，確定Kc。在該計(jì)算中，根據(jù)圖4、圖5和未圖示的幾個(gè)數(shù)據(jù)，得到Kc＝0.004。粒徑Dp和散射截面積Φ，對(duì)應(yīng)于(7)、(9)式，當(dāng)將光學(xué)介質(zhì)中沿光軸方向的長(zhǎng)度取為L(zhǎng)G時(shí)，光的射率效率Eout為下式。
Eout＝exp-{(-Φ·Np·LG·Kc)} ……(13)根據(jù)該(13)式可知，若Φ·Np·LG＝CONST的話，射出效率可保持恒定。即，可根據(jù)光學(xué)介質(zhì)中沿光軸方向的長(zhǎng)度，變化Np。
進(jìn)而，不存在粒子的情況下，以綜合了依賴立體形狀、入射光強(qiáng)度分布、入射角度的菲涅耳損失和內(nèi)部透射率等的損失系數(shù)KL表示，上述(13)式變成Eout＝exp{-(Φ·Np·LG·Kc)}·KL……(14)即，可根據(jù)粒子的散射截面積Φ、粒子密度Np、光學(xué)介質(zhì)中光傳遞方向的長(zhǎng)度LG、修正系數(shù)Kc和損失系數(shù)KL確定射出效率Eout。換句話說，要得到所要求的光射出效率Eout，只要滿足上述(14)式，就能實(shí)現(xiàn)該光射出效率Eout。
(菲涅耳損失因子)菲涅耳損失，首先考慮反射率，若將P偏光成分取為Rp、將s偏光成分取為Rs的話，得到下式。
Rp＝tan(θi-θr)/tan(θi+θr) ……(15a)Rs＝-sin(θi-θr)/sin(θi+θr) ……(15b)式中θi入射角θr折射角因此，根據(jù)(15a)、(15b)反射光的強(qiáng)度Ir為Ir＝(Rp2+Rs2)/2……(16)根據(jù)該式(16)，透射光強(qiáng)度It為It＝1-Ir ……(17)考慮到入射光的強(qiáng)度分布時(shí)，將透射光強(qiáng)度取為It’時(shí)，(17)式變成It’(θi)＝It(θi)·D(θi) ……(18)D(θi)強(qiáng)度分布函數(shù)(菲涅耳損失的計(jì)算)將具有任意擴(kuò)展角的光束射入光學(xué)介質(zhì)中時(shí)，相對(duì)于任意的入射角θi，變化菲涅耳損失。將光束的最大入射角取為θmax時(shí)，境界面處的菲涅耳損失以下式表示。
(數(shù)2)∫0θItmax(θi)·D(θi)dθi/∫0θDmax(θi)dθi---------(19)]]>為了計(jì)算簡(jiǎn)單化，將入射光的強(qiáng)度分布取為矩形時(shí)，上述(19)式變成。
(數(shù)3)∫0θItmax(θi)dθi/∫0θdθimax------(20)]]>根據(jù)該(20)式，求出相對(duì)于光學(xué)介質(zhì)的各折射率的菲涅耳損失，結(jié)果示于圖6。該圖6中，表示損失是在縱軸上取為透射率，即，透射率1為0損失(零點(diǎn))。
(含有菲涅耳損失的光透射效率計(jì)算)從上述圖6可知，入射角在30°以下時(shí)，即使光學(xué)介質(zhì)的折射率和周圍介質(zhì)的折射率有很大不同，菲涅耳損失也會(huì)大致相同。并認(rèn)為光學(xué)介質(zhì)為片狀長(zhǎng)方體時(shí)，在反射·折射中，光線都保存方向余弦，不存在粒子的情況下，入射角和射出角相同。在內(nèi)部透射率可接近于Tin1時(shí)，入射面的透射率和射出面的透射率之積，達(dá)到總透射率Ttotal。因此，當(dāng)將光學(xué)介質(zhì)的折射率取為n＝1.5時(shí)，達(dá)到Ttotal＝0.92。
因此，(14)式變成Eout＝exp{-(Φ·Np·LG·Kc)}·0.92 ……(14b)根據(jù)(14b)式，求出粒徑和光射出效率的關(guān)系，結(jié)果示于圖7a～e。入射光具有強(qiáng)度分布時(shí)，和入射光的入射角度達(dá)到30°以下時(shí)，根據(jù)(19)式、(20)式求出菲涅耳損失，并代入(14b)式中。但是，射出時(shí)，考慮到臨界角，入射光的擴(kuò)展，以半角計(jì)，最好達(dá)到30°左右。
上述圖7a～e中示出了本計(jì)算方法中，首先，確定各粒徑的平均目標(biāo)光射出效率，與其相對(duì)各粒徑中的計(jì)算值(10mmC、100mmC、1000mmC)和計(jì)算機(jī)中所用粒徑、粒子密度形成的精密模擬結(jié)果(S 10mm、S 100mm、S 1000mm)。平均的目標(biāo)光射出效率，在圖7a、7b、7c、7d、7e中，分別為80％、70％、60％、50％、40％。散射截面積Φ，粒徑為20nm時(shí)，根據(jù)瑞利理論求出，粒徑在200nm以上時(shí)，根據(jù)米氏理論求出。S表示模擬，C表示本計(jì)算。數(shù)值表示光學(xué)介質(zhì)中光傳遞方向的長(zhǎng)度LG。
若根據(jù)圖7a～e，平均的目標(biāo)光射出效率在60％以上的話，與精密的模擬結(jié)果，誤差小于10％，可知基本一致。即，換句話說，就是Φ·Np·LG·Kc的值，若在0.4以下，誤差小于10％。同時(shí)表示，即使上述值在0.9以下，誤差也小于50％。KL的值，使用由經(jīng)驗(yàn)求出的值0.92。進(jìn)行模擬和試作，即使產(chǎn)生50％左右的誤差，為了對(duì)光射出效率，選取目標(biāo)，認(rèn)為沒有任何問題。即使不說，只要誤差小于10％，也就沒有必要進(jìn)行模擬，只評(píng)價(jià)幾種樣品就可了，由于沒有必要花費(fèi)功夫，所以獲得了提高開發(fā)效率的效果。
根據(jù)上述結(jié)果，認(rèn)為即使不依賴于復(fù)雜的米氏散射理論，以比較簡(jiǎn)便的瑞利區(qū)域和米氏散射收斂區(qū)域的結(jié)果為基礎(chǔ)，使用(14)式，對(duì)于光射出效率也能獲得良好的予測(cè)解釋。本發(fā)明的方法就是鑒于這種見解形成的，如前所述，通過滿足下式，就能實(shí)現(xiàn)所要求的光射射出效率。
Eout＝exp{-(Φ·Np·LG·KC)}·KL(計(jì)算實(shí)例)根據(jù)(14)式，對(duì)片狀長(zhǎng)方體的計(jì)算結(jié)果于表1～3和圖8a～c中。以曲線表示表1中數(shù)據(jù)的是圖8a，同樣表2和圖8b、表3和圖8c依次對(duì)應(yīng)。這些表中的計(jì)算結(jié)果，Φ·Np·LG·Kc的值都在0.9以下。任何一種情況的KL值都為0.92。
表1

表2

表3

圖8a～c中，(C)、(S)表示本計(jì)算結(jié)果、精密模擬結(jié)果。數(shù)值是光學(xué)介質(zhì)的尺寸(mm)。目標(biāo)的光射出效率以各粒徑的平均。如從表1～3和圖8a～c所明確的，可知本計(jì)算結(jié)果和模擬結(jié)果基本一致，更加明確的是粒徑為2000nm時(shí)的結(jié)果，本計(jì)算方法與模擬是一致的。
(射出光的強(qiáng)度分布特性)射出光的強(qiáng)度分布特性受光源的強(qiáng)度分布、擴(kuò)展角、光源的數(shù)量和配置等的影響，所以以模擬方式評(píng)價(jià)。這樣獲得的各粒徑的射出光強(qiáng)度分布特性示于圖9a、b、c。此處，將光源位于光學(xué)介質(zhì)入射側(cè)截面的中心處，擴(kuò)展角以半角計(jì)為30°。圖9a、b、c示出了在和表1相同的條件下，對(duì)片狀長(zhǎng)方體的模擬結(jié)果，各個(gè)片的尺寸為大、中、小的情況。
由這些圖可知，截面為矩形的光學(xué)介質(zhì)，光射出效率為90％左右，實(shí)現(xiàn)了大致均勻的強(qiáng)度分布。根據(jù)以上的考察和計(jì)算機(jī)模擬，在任意的光學(xué)介質(zhì)中混入產(chǎn)生光散射的粒子，制造導(dǎo)光體時(shí)，也可以首先根據(jù)(14)式，由各粒徑形成的散射截面積、粒子密度、光學(xué)介質(zhì)的尺寸等，預(yù)先估算出光射出效率。進(jìn)而，也可利用精密的模擬獲得光強(qiáng)度分布特性?；蛘?，根據(jù)(14)式，沿著預(yù)先估算條件，制作數(shù)種樣品，也可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。
這樣，本發(fā)明中使用的片狀導(dǎo)光體，通過形成滿足上述Φ·Np·LG·Kc≤0.9的關(guān)系構(gòu)成，由于與模擬的誤差小于10％，所以能實(shí)現(xiàn)良好的光射出效率和均勻的射出光強(qiáng)度分布。
本發(fā)明中使用的片狀導(dǎo)光體，由于光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的粒子一邊反復(fù)散射，一邊進(jìn)行光傳遞，從一個(gè)端面射入的光，傳遞到另一端面，同樣也可使光從另一個(gè)端面射入傳遞到上述端面。因此，使用該片狀導(dǎo)光體的本發(fā)明片狀導(dǎo)光體，用于通信系統(tǒng)，可進(jìn)行雙向通信。
(使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)的必要條件)圖10中示出了有代表性的通信用片狀導(dǎo)光體。片狀導(dǎo)光體10，如上述，例如，在PMMA(聚甲基甲基丙稀酸酯)等光學(xué)介質(zhì)中含有散射光的粒子，從一個(gè)端面射入的光由上述粒子進(jìn)行散射，并傳遞到另一端面。這樣，在該片狀導(dǎo)光體10的一個(gè)端面上連接數(shù)條纖維21、22和23，在另一端面上連接光纖31、32和33。作為這些光纖31～33使用通常大N.A.(數(shù)值孔徑)的，可進(jìn)行雙向通信。
對(duì)光纖受光時(shí)的條件進(jìn)行考察。根據(jù)文獻(xiàn)“High-Uniformity StarCoupler Usirrg Diffnsed Light Transmission”IEICE TRANS ELECTRON，Vol.E84C，NO.3 MARCH 2001 p339(以下稱非專利文獻(xiàn)1)，對(duì)通信用片狀導(dǎo)光體系統(tǒng)中的受光器要求如下。
(受光器的最小受光量必須在20.5dBm(0dBm＝1mW)以上)這可以由收發(fā)500Mbps信號(hào)時(shí)的Bit-Error-Rate(BER)計(jì)算出，由于受光器是PIN光電二極管，所以當(dāng)受光器不同時(shí)(例如光電倍增管、齊納光電二極管等)、或發(fā)送帶域不同時(shí)，不能參考。即，在任意的受光器中，估計(jì)在某個(gè)發(fā)送帶域內(nèi)存在所謂的可允許最小受光量。由此將滿足上述條件的受光器允許最小受光量定義為P(Receiver)min。
首先，由上述條件獲得對(duì)片狀導(dǎo)光體射出光強(qiáng)度為平面時(shí)的制約條件。這種射出光強(qiáng)度分布即使是平面的情況，在一條光纖中，導(dǎo)光路與光纖截面的面積比π/4，必然造成損失。但是，可使光纖的芯徑等于片狀導(dǎo)光體的厚度。其公差，當(dāng)前未進(jìn)行考慮。
當(dāng)將分支數(shù)(節(jié)點(diǎn)數(shù))取為N時(shí)，光量下降到1/N，而且，將其中π/4作為損失成分進(jìn)行計(jì)算時(shí)，理想的情況，受光器接受的光量P(Receiver)為P(Receiver)＝Eout·(1/N)·π/4……(21)因此，受光器可接受到全部從光纖射出的光。由此，將向?qū)Ч怏w入射的光量取為Pin時(shí)，(21)式變成P(Receiver)＝Pin·Eout·(1/N)·π/4 ……(22)取該(22)式的對(duì)數(shù)，以dBm表示受光器的受光量時(shí)，P(Receiver)dBm＝-10Log{Pin·Eout·(1/4)·π/4}……(23)入射光量為1mW、10mW時(shí)，受光量和分支數(shù)(節(jié)點(diǎn)數(shù))的關(guān)系示于圖11。正如從該圖11所知道的，當(dāng)然受光器與射出光量成比例。因此，雖然將從片狀導(dǎo)光體射出的光強(qiáng)度分布設(shè)想為平面狀的，但實(shí)際上，若改變光源的位置，也能改變射出的光強(qiáng)度分布。即，認(rèn)為受光光量會(huì)產(chǎn)生增減，在射出光強(qiáng)度的最小部分內(nèi)，受光光量也會(huì)形成最小。
當(dāng)向?qū)Ч怏w付與入射光量Pin時(shí)，將射出光強(qiáng)度分布形成長(zhǎng)邊的方向取為X，形成短邊的方向取為Y，以標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度分布函數(shù)D(X、Y)表示光源處于任意位置時(shí)的射出光分布形狀。將在以分支數(shù)(節(jié)點(diǎn)數(shù))分割的入射、射出部分中的1個(gè)單位叫作段，在各段的中心處，把光纖的中心(光軸)確定為理想的位置。
故此，將Segi取為第i段中的積分區(qū)域時(shí)第i段中射出光量準(zhǔn)化平均值NPi為(數(shù)4)NPi=∫DSegi(x,y)dxdy/∫DSegmax(x,y)dxdy------(24)]]>其中，Segmax表示在總段中形成最大光量的段。在形成光量最小時(shí)的段中，為
(數(shù)5)NPi(min)=∫DSegmin(x,y)dxdy/∫DSegmax(x,y)dxdy--------(25)]]>(23)式中，射出總光量Pout為Pout＝Pin·Eout……(26)由此，根據(jù)分支數(shù)＝段數(shù)＝節(jié)點(diǎn)數(shù)，第i段中的光量Psegi為(數(shù)6)PSegi=Pout·{NPi/Σi=1nNPi}------(27)]]>本說明書中，為方便起見，將上述(數(shù)6)式中所含的(數(shù)7)Σi=1nNPi]]>表示成∑NPi。
將上述(23)式、(27)式匯總，換成射出光強(qiáng)度分布為平面時(shí)的1/N，得到P(Receivre)dBm＝-10Log{Pin·Eout·(NPi/∑NPi)·π/4}目前所需要的數(shù)值，由光纖射出的光量為最小時(shí)，它可由(25)式給出。即，將P(Receivre_min)dBm取為受光器獲得最小受光量時(shí)，由上式得到P(Receivre_min)dBm＝-10Log{Pin·Eout·(NPi(min)/∑NPi)·π/4}……(28)其中，Pin入射光量、Eout光的射出效率、NPi(min)形成最小光量段的光量、∑NPi各段的光量和。
為了滿足某BER，將受光器需要的最小光量取為P RmindBm時(shí)，為P RmindBm≤P(Receiver_min)dBm進(jìn)而，將發(fā)光器光纖的結(jié)合損失取為KE、將光纖和片狀導(dǎo)光體的結(jié)合損失取為KF、將光纖和受光器的結(jié)合損失取為KR、將光纖的內(nèi)部損失取為KFI時(shí)，為
PRmindBm≤P(Receiver_min)dBm·KE·KF·KR·KFI……(29)該(29)式就成為使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)必要條件。
<BER(Bit-Error-Rate)>
BER是表示通過某通信介質(zhì)發(fā)送隨意產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，接受的數(shù)字信號(hào)相對(duì)于原本數(shù)字信號(hào)，是否產(chǎn)生某種程度錯(cuò)位的指標(biāo)，將發(fā)送的位(比特)數(shù)取為Bits，將位誤差數(shù)取為Biter時(shí)，以BER＝Biter/Bits……(30)表示。
接著，考察產(chǎn)生位誤差的機(jī)理。首先，作為第一要因，舉出數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)模擬波形的畸變。因?yàn)樾盘?hào)電平降低時(shí)，會(huì)增加位誤差，所以S/N作為要因也必須考慮。由畸變波形形成的信號(hào)電平降低，即使它超過區(qū)分(0，1)信號(hào)的閥值，并穩(wěn)定的話，估計(jì)不會(huì)發(fā)生位誤差，來自外部的噪音或由內(nèi)部產(chǎn)生的噪音，對(duì)于畸變的波形會(huì)產(chǎn)生電平變化，認(rèn)為這才是形成位誤差的原因(參照?qǐng)D12)。
在使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中波形畸變的最大因素，認(rèn)為是與任意入射段和射出段相對(duì)應(yīng)的接收信號(hào)自身的畸變，和與各入射段和任意射出段相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)中所含各信號(hào)成分的相位偏差引起的波形畸變。同樣，上述的波形畸變起因于信號(hào)光的光路差異。在使用光纖和片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，產(chǎn)生光路差的要素是片狀導(dǎo)光體自身和光纖。即，推定位誤差是在將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)，由于波形畸變，信號(hào)電平下降到預(yù)先確定的閾值以下，而產(chǎn)生的，進(jìn)而認(rèn)為在發(fā)送數(shù)字信號(hào)時(shí)，會(huì)形成基準(zhǔn)信號(hào)付隨(基準(zhǔn)同步信號(hào))，而且，在讀取時(shí)，也會(huì)對(duì)照基準(zhǔn)信號(hào)，這時(shí)，基準(zhǔn)信號(hào)和數(shù)字化的信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生很大的位相差(跳動(dòng))，從而產(chǎn)生位誤差。并推測(cè)閾值附近的數(shù)據(jù)信號(hào)，由于噪音形成的波動(dòng)，導(dǎo)致在閾值處上下移動(dòng)，變成產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)字信號(hào)。即，光路差要因和噪音要因的復(fù)合結(jié)果，導(dǎo)致位誤差產(chǎn)生。
(光路差和BER(Bit-Error-Rate)的關(guān)系)在使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，與4、8、16各節(jié)點(diǎn)數(shù)相對(duì)應(yīng)的波形畸變，分別示于圖13a和b(4節(jié)點(diǎn))、圖14a和b(8節(jié)點(diǎn))、圖15a和b(16節(jié)點(diǎn))。在這些通信系統(tǒng)中，光纖的外徑全部為1mm、長(zhǎng)度為可忽略光路差的1m，并行設(shè)置這些光纖，與各光入射側(cè)連接，也可與光射出側(cè)連接。
各圖中的“In”和“Out”的數(shù)值，分別以距片狀導(dǎo)光體的光纖及方向中央位置的距離(mm在具有光入射的光纖側(cè)，以-表示，在與其相反側(cè)，以+表示)表示光入射位置、射出位置。即，圖13a示出了向距上述中央位置-1.5mm的位置中心具有的光纖，即，向從該中央位置的一方向上，第2條光纖(以下述圖18為例，光纖21)射入光，從相同位置中心具有的光纖(同樣，光纖31)射出光時(shí)的各波形畸變，圖13b示出了向和上述相同位置的光纖(同樣，光纖21)射入光，從距上述中央位置+1.5mm的位置中心具有的光纖，即，從在距該中央位置的+方向上，第2條光纖(同樣，光纖34)射出光時(shí)的各波形畸變。另外，圖14a示出了向距上述中央位置-3.5的位置中心具有的光纖，即，向距該中央位置的一方向上，第4條光纖射入光，從同位置中心具有的光纖射出光時(shí)的各波形畸變，圖14b示出了向和上述相同位置的光纖射入光，從距上述中央位置+3.5mm位置中心具有的光纖，即從距該中央位置+方向上，第4條光纖射出光時(shí)的各波形畸變。圖15a示出了向距上述中央位置-7.5mm的位置中心具有的光纖，即向距該中央位置-方向上，第8條光纖射入光，從因位置中心具有的光纖射出光時(shí)的各波形畸變，圖15b示出了向和上述相同位置的光纖射入光，從距上述中央位置+7.5mm的位置中心具有的光纖，即從距該中央位置的+方向上，第8條光纖射出光時(shí)的各波形畸變。
從這些圖可知，在輸入信號(hào)1Gbps中，由波形畸變產(chǎn)生的電平變化，可以忽略。
(S/N和BER的關(guān)系)認(rèn)為讀取錯(cuò)誤(位誤差)的發(fā)生，也與信號(hào)質(zhì)量，即S/N有關(guān)。即，即使是分離出除去了幾個(gè)相鄰信號(hào)光譜中高頻成分的主要成分，如果高頻成分(噪音成分)很大的話，也不可能區(qū)分開各個(gè)信號(hào)。當(dāng)想象成極端的情況時(shí)，認(rèn)為埋沒于噪音成分中的信號(hào)，通常是不可能檢測(cè)的，除非進(jìn)行特殊的濾波處理。
噪音成分中，除了存在熱噪音(Jonson Noise)、量子噪音(Shot Noise)、發(fā)光器和受光器中所用半導(dǎo)體元件特有的1/f噪音等系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪音之外，還存在放射線噪音、感應(yīng)噪音等外來的噪音，這里為評(píng)論系統(tǒng)自身的能力，而忽略掉外來的噪音，僅限于系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的噪音。忽略掉1/f噪音的影響。
噪音成分的功率(電功率)噪音Noise(Total)表示如下Noise(Total)＝Noise(熱)+Noise(量子) ……(31)各成分，對(duì)受光元件以電功率表示時(shí)Noise(熱)＝(4kT/R)·△ν……(31a)其中KPlank常數(shù)T等價(jià)溫度(由雜音指數(shù)確定)R受光器的負(fù)荷電阻△ν受光器的帶域Noise(量子)＝3e2·(P+PB)·η·△ν/(hν)+2eid·△ν ……(31b)其中e電子的電荷P信號(hào)光光量PB背景光光量η量子效率hPlank常數(shù)ν信號(hào)光的振動(dòng)數(shù)id暗電流△ν受光器的帶域因此，就制作0.5Gbps信號(hào)而言，認(rèn)為無輸出降低，對(duì)0.25GHz帶域的信號(hào)進(jìn)行整流。即，光電二極管的帶域?yàn)?.25GHz。這時(shí)，作一例，對(duì)浜松( )株式會(huì)社制Si光電二極管S5973，以P＝8.9×10-6W(20.5dBm)、η＝0.4、R＝50Ω、T＝300K，計(jì)算噪音成分時(shí)，換算成電流值，為Noise(熱rms)＝2.88×10-7(A)Noise(量子rms)＝8.19×10-8(A)總的雜音成分為Noise(total rms)＝3.70×10-7(A) ……(32)
而最小受光光量中的信號(hào)電流Sc。認(rèn)為是Sc＝p·e·η·/(h·ν) ……(33)最小受光光量中的信號(hào)電流S(min)c為S(min)c＝2.46×10-6(A)因此，此時(shí)信號(hào)對(duì)雜音的比(S/N)成為S/N(Pmin)＝6.65且說，由于熱雜音支配著噪音分布，當(dāng)以Gaussian近似時(shí)，在某個(gè)定時(shí)內(nèi)的系統(tǒng)噪音達(dá)到rms噪音的6.65倍時(shí)，即達(dá)到信號(hào)電流電平＝雜音電流電平(S/N＝1)時(shí)，噪音的發(fā)生概率Pr(S/N＝1)為Pr(S/N＝1)3.47×10-11達(dá)到大致接近于BER10-11值時(shí)，也就達(dá)到接近上述非專利文獻(xiàn)1中BER的發(fā)生概率值。進(jìn)而，使用對(duì)傳遞數(shù)字信號(hào)無障礙的20MHz高通濾波器時(shí)，達(dá)到S/N(Pmin)＝6.81Pr(S/N＝1)1.31×10-11與非專利文獻(xiàn)1中的記載大致一致。即，上述結(jié)果是認(rèn)為到目前為止的推測(cè)為正確的根據(jù)。圖16中示出了rms(root mesn square)噪音的大小與其發(fā)生概率之間的關(guān)系。
進(jìn)而關(guān)于BER作進(jìn)一步推測(cè)，對(duì)更實(shí)際的方法進(jìn)行考察。首先測(cè)定使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中有代表性的rms噪音(電壓值)，以Noise(System_rms)定義。將系統(tǒng)內(nèi)允許的BER取為BER(accept)，此時(shí)的受光信號(hào)功率取為P Rmin的話，以R作為負(fù)荷電阻，信號(hào)電壓S(P Rmin)v為S(P Rmin)v＝P Rmin·e·η/(h·ν)×R……(34)將(0，1)信號(hào)的閾值電平取為V(Thresh)，以下式定義考慮了閾值電平的S/N(Thresh)。
S/N(Thresh)＝{S(P Rmin)V-V(Thresh)}/Noise(System_rms)……(35)在(35)式達(dá)到某值時(shí)，以某概率發(fā)生BE，將其取為S/Naccept時(shí)，根據(jù)上述考察，認(rèn)為此時(shí)的Noise(System_rms)發(fā)生概率等于BER。圖17中示出了根據(jù)上述考察計(jì)算的BER和受光光量之間的關(guān)系。這種關(guān)系非常接近于非專利文獻(xiàn)1中的實(shí)例結(jié)果，而且形狀也極為近似。
當(dāng)考慮V(Thresh)時(shí)，從信號(hào)成分中扣除噪音成分的值，當(dāng)該值下降時(shí)，在“0”電平上加上噪音成分的值，該值上升時(shí)，都會(huì)發(fā)生BE。因此，考慮該V(Thresh)最好是平均信號(hào)電壓的一半值。
根據(jù)以上所述，在使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中，允許的BER，即付與BER(accept)，將系統(tǒng)的rms噪音取為Noise(System_rms)時(shí)，Noise(System_rms)的發(fā)生概率Pr(Noise(System_rms))，在不需要考慮信號(hào)波形的畸變帶域中，將Q取為比例常數(shù)，是滿足下式大小的Noise(System_rms)，Pr(Noise(System_rms)·Q)≤BER(accept) ……(36)在付與2值化中的任意閾值V(Thresh)時(shí)，是滿足下式的輸入信號(hào)P Rmin。
{S(P Rmin)v-V(Thresh)}＞Noise(System_rms)·Q……(37)而且，由滿足上式的受光器，通過負(fù)荷電阻，達(dá)到輸出的信號(hào)電壓S(P Rmin)V時(shí)，可定義為通信系統(tǒng)。
或者，上述(37)式，根據(jù)上述理由也可以下式定義。
S(P Rmin)V/2＞Noise(System_rms)·Q ……(38)進(jìn)而具有可測(cè)定系統(tǒng)內(nèi)部BER的電路構(gòu)成，調(diào)整光源的輸出功率P Rmin以滿足BER(accept)，也可滿足(37)式和(38)式。這種情況，根據(jù)BER測(cè)定電路，在光源側(cè)設(shè)置進(jìn)行反饋的數(shù)字電路，通過利用由BER(accept)確定的目錄控制光源光量，也可與系統(tǒng)自身發(fā)生Noise(System_rms)以外的外來噪音相對(duì)應(yīng)。


圖1是表示根據(jù)德拜濁度理論的散射角標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度曲線圖。
圖2是表示根據(jù)米氏散射理論的散射角標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)度曲線圖。
圖3a是表示米氏的理論中，相對(duì)折射率為1.1時(shí)，對(duì)于散射截面積進(jìn)行振動(dòng)形式的曲線圖。
圖3b是表示米氏的理論中，相對(duì)折射率為1.5時(shí)，對(duì)于散射截面積進(jìn)行振動(dòng)形式的曲線圖。
圖3c是表示米氏的理論中，相對(duì)折射率為2.1時(shí)，對(duì)于散射截面積進(jìn)行振動(dòng)形式的曲線圖。
圖4是表示以計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)幾個(gè)相對(duì)折射率求出粒徑和散射截面積的關(guān)系結(jié)果的曲線圖。
圖5是表示以計(jì)算機(jī)模擬求出多粒子系的粒徑和粒子密度例數(shù)的關(guān)系結(jié)果的曲線圖。
圖6是表示對(duì)光學(xué)介質(zhì)的各種折射率的菲涅耳損失的曲線圖。
圖7a是表示以本發(fā)明方法和計(jì)算機(jī)模擬求出粒徑和光射出效率的關(guān)系結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖(目標(biāo)的光射出效率為80％)。
圖7b是表示以本發(fā)明方法和計(jì)算機(jī)模擬求出粒徑和光射出效率的關(guān)系結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖(目標(biāo)的光射出效率為70％)。
圖7c是表示以本發(fā)明方法和計(jì)算機(jī)模擬求出粒徑和光射出效率的關(guān)系結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖(目標(biāo)的光射出效率為60％)。
圖7d是表示以本發(fā)明方法和計(jì)算機(jī)模擬求出粒徑和光射出效率的關(guān)系結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖(目標(biāo)的光射出效率為50％)。
圖7e是表示以本發(fā)明方法和計(jì)算機(jī)模擬求出粒徑和光射出效率的關(guān)系結(jié)果進(jìn)行比較的曲線圖(目標(biāo)的光射出效率為40％)。
圖8a是以計(jì)算和模擬的情況，比較片狀導(dǎo)光體中粒徑和光射出效率的示意曲線圖(平均光射出效率80％)。
圖8b是以計(jì)算和模擬的情況，比較片狀導(dǎo)光體中粒徑和光射出效率的關(guān)系示意曲線圖(平均光射出效率70％)。
圖8c是以計(jì)算和模擬的情況，比較片狀導(dǎo)光體中粒徑和光射出效率的關(guān)系示意曲線圖(平均光射出效率60％)。
圖9a是表示小尺寸片狀導(dǎo)光體中的射出光強(qiáng)度分布特性曲線圖。
圖9b是表示中尺寸片狀導(dǎo)光體中的射出光強(qiáng)度分布特性曲線圖。
圖9c是表示大尺寸片狀導(dǎo)光體中的射出光強(qiáng)度分布特性曲線圖。
圖10是表示片狀導(dǎo)光體的簡(jiǎn)要形狀平面圖。
圖11是表示使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)中受光光量和節(jié)點(diǎn)數(shù)的關(guān)系實(shí)例曲線圖。
圖12是產(chǎn)生位誤差原因的說明圖。
圖13a是表示使用片狀導(dǎo)光體的4節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變一例曲線圖。
圖13b是表示使用片狀導(dǎo)光體的4節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變另一例曲線圖。
圖14a是表示使用片狀導(dǎo)光體的8節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變一例曲線圖。
圖14b是表示使用片狀導(dǎo)光體的8節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變另一例曲線圖。
圖15a是表示使用片狀導(dǎo)光體的16節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變一例曲線圖。
圖15b是表示使用片狀導(dǎo)光體的16節(jié)點(diǎn)數(shù)通信系統(tǒng)中，信號(hào)光波形畸變另一例曲線圖。
圖16是表示rms(root mean Square)噪音的大小和其發(fā)生概率的關(guān)系曲線圖。
圖17是表示BER(Bit-Error-Rate)和受光光量的關(guān)系曲線圖。
圖18是表示本發(fā)明一實(shí)施方式的通信系統(tǒng)平面圖。
圖中，10…片狀導(dǎo)光體21、22、23、24、31、32、33、34…光纖40…受光器具體實(shí)施方式
以下參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖18氏表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)平面形狀的圖。如圖所示，該系統(tǒng)是4節(jié)點(diǎn)型的系統(tǒng)，作為一例，在1個(gè)片狀導(dǎo)光體10的一個(gè)端面上連接了4條光纖21、22、23和24，而在另一端面上也連接了4條光纖31、32、33和34。片狀導(dǎo)光體10形成為厚度為1mm、寬為4mm、長(zhǎng)為30mm的。
在本實(shí)施方式中，允許的位誤差率BER(accept)，一般是取無誤差界限的1×10-11。另一方面，上述片狀導(dǎo)光體10的光射出效率Eout＝0.9。這種情況下，根據(jù)上述(14)式，將粒子直徑取為7μm時(shí)，粒子密度Np為0.93×104(個(gè)/mm3)。換言之，通過將粒子直徑和粒子密度Np取為此值，可滿足(14)式。
接著求出該系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)雜音比(S/N)。根據(jù)上述(28)式，若利用模擬，此時(shí)，受光器40得到的最小受光量P(Receiver-min)dBm達(dá)到10.5(dBm)。但是，Pin＝1.0mV、Eout＝0.9、則Npi(min)/∑NPi0.15。
這樣，在達(dá)到最小受光量P(Receiver_min)dBm的任意節(jié)點(diǎn)處，都會(huì)滿足上述(28)式和(29)式。因此，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的事實(shí)及公差解析，可知(29)式中的發(fā)光器和光纖的結(jié)合損失KE、光纖和片狀導(dǎo)光體的結(jié)合損失KF、光纖和受光器的結(jié)合損失KR的值，分別大致為1dB。
接著求出光纖的內(nèi)部損失KFI。因此，使用芯子由PMA形成的塑料光纖時(shí)，此時(shí)的光纖傳遞損失約為0.15-0.2dB/m?？紤]配置了該通信系統(tǒng)的裝置內(nèi)部配線時(shí)，必須在片狀導(dǎo)光體10的兩端都為10m長(zhǎng)的纖維，這時(shí)光纖的內(nèi)部損失KFI最大達(dá)到2dB。在(29)式中，該內(nèi)部損失KFI與其他結(jié)合損失加在一起時(shí)，受光器所需要的最小光量P Rmin＝15.5(dBm)。以Watts表示，P Rmin＝0.028(mW)。
因此，將帶域取為500MHz(在該帶域內(nèi)，根據(jù)模擬結(jié)果，不需要考慮波形畸變)，根據(jù)上述(33)式，信號(hào)電流Sc達(dá)到Sc＝8.01×10-6(A)。而根據(jù)上述(31a)、(31b)式，噪音成分為Noise(System_rms)＝5.28×10-7(A)。因此，此時(shí)的信號(hào)對(duì)雜音比(S/N)達(dá)到15.2。
在此，V(Thresh)＝S(PRmin)V/2時(shí)，將上述結(jié)果代入(37)式中時(shí)，達(dá)到15.2/2＝7.6，所以噪音振幅達(dá)到Noise(System_rms)·7.6的發(fā)生概率，最好小于所要求的BER。這時(shí)Noise(System_rms)·Q的發(fā)生概率為4×10-15。即，由于允許的位誤差率為BER(accept)＝1×10-11，所以滿足上述(36)式的條件。
權(quán)利要求
1.一種使用了片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)，是在片狀的光學(xué)介質(zhì)內(nèi)含有散射光的粒子，由上述粒子對(duì)從一端面射入的信號(hào)光進(jìn)行散射，并傳遞到與受光器連接的另一端面?zhèn)?，在使用上述片狀?dǎo)光體的以通信系統(tǒng)中，其特征在于上述粒子的散射截面積為Φ、上述光學(xué)介質(zhì)的光傳遞方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)G、粒子密度為Np、修正系數(shù)為Kc時(shí)，Φ·Np·LG·Kc的值在0.9以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)，其特征在于將系統(tǒng)的rms噪音取為Noise(System_rms)、將允許的位誤差率取為BER，(accept)、將Noise System_rms的發(fā)生概率取為Pr(Noise(System_rms))時(shí)，將Q作為比例常數(shù)，滿足下式。Pr(Noise(System_rms)·Q)≤BER(accept)
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2記載的使用片狀導(dǎo)光體的通信系統(tǒng)，其特征在于將片狀導(dǎo)光體的內(nèi)部透射率等總合的損失系數(shù)取為KL，則該片狀導(dǎo)光體中的光射出效率Eout為Eout＝exp{-(Φ·Np·LG·Kc)}·KL將入射光量取為Pin、形成最小光量的段光量為NPi(min)、將各段的光量和取為∑NPi、將發(fā)光器、光纖和受光器等的連接損失取為KT，則受光器的最小受光光量P(Receiver_min)dBm為下式P(Receiver_min)Bdm＝-10Log{Pin·Eout·(NPi(min)/∑NPi)·π/4}·KT將由上述最小受光光量P(Recciver_min)dBm和受光器的負(fù)荷電阻確定的信號(hào)電壓取為S(P Rmin)v、將系統(tǒng)的rms噪音取為Noise(System_rms)、將2值化中的任意閾值取為V(Thresh)時(shí)、滿足下式{S(P Rmin)v-V(Thresh)}＞Noise(Thresh)}＞Noise(System_rms)·Q
全文摘要
本發(fā)明在片狀導(dǎo)光體得到良好的光射出效率和均勻的射出光強(qiáng)度分布，并獲得可雙向通信的通信系統(tǒng)。在片狀的光學(xué)介質(zhì)內(nèi)含有散射光的粒子，由上述粒子對(duì)從一端面射入的信號(hào)進(jìn)行散射，同時(shí)傳遞到與受光器連接的另一端面?zhèn)?，在使用了上述片狀?dǎo)光體10的通信系統(tǒng)中，上述粒子的散射截面積為Φ，上述光學(xué)介質(zhì)的光傳遞方向長(zhǎng)度為L(zhǎng)
文檔編號(hào)G02B6/28GK1517734SQ200410002708
公開日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2004年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月28日
發(fā)明者巖崎修, 原宏 申請(qǐng)人:富士膠片株式會(huì)社