モード合分波器、光送受信装置及び光通信システム
【課題】本発明は、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減する。
【解決手段】本発明は、複数のモードを有する光信号ｘを生成するモード合波器３であって、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力する入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎと、複数のモードを有する光信号ｘを出力する出力部３２と、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを反射するＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎを利用して、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させ、複数のモードを有する光信号ｘを生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器３である。
【解決手段】本発明は、複数のモードを有する光信号ｘを生成するモード合波器３であって、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力する入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎと、複数のモードを有する光信号ｘを出力する出力部３２と、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを反射するＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎを利用して、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させ、複数のモードを有する光信号ｘを生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器３である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード光ファイバを利用する光通信システムにおいて、複数のモードを有する光信号の生成又は分波を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ファイバネットワークにおけるトラフィックは増大しており、伝送高速度化や多値変調技術や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）など、様々な手法を用いて伝送容量の拡大を図ってきた。しかしながら、既設の伝送路や従来の伝送方式を用いた伝送容量の拡大が将来的に困難になると予想されるため、波長領域の拡大や新たな伝送方式が検討されている。
【０００３】
波長領域を拡大する方法として、現在利用されていない波長帯を利用して、広波長域のＷＤＭを実現して、伝送容量を拡大する検討もなされている。しかしながら、伝送損失が波長帯により異なるため、使用できる波長帯は限定されると考えられる。さらに、広波長域にわたり増幅が可能な光増幅器も実現が困難であるため、広波長域のＷＤＭを実現するためには多くの課題がある。そこで、ＷＤＭに加えて、マルチモード光ファイバを伝送路として利用して、複数のモードを利用したモード多重方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８８９１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｃ．Ｐ．Ｔｓｅｋｒｅｋｏｓ ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｊ．Ｋｏｏｎｅｎ，“Ｍｏｄｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｉｎ ａ ｍｏｄｅ ｇｒｏｕｐ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｌｉｎｋ，” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３２，１０４１−１０４３ （２００７）．
【非特許文献２】Ｓ．Ｓａｖｉｎ，Ｍ．Ｊ．Ｆ．Ｄｉｇｏｎｎｅｔ，Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｓｈａｗ，“Ｔｕｎａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ，” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２５，７１０−７１２ （２０００）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献２においては、所望の高次モードを励振する方法が提案されていない。また、非特許文献１においても、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせることによりモード結合を行ない、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせることによりモード分離を行なう。つまり、精度の良いモードの合分波方法及び多数のモードの多重・分離方法が提案されていないため、多重信号間の損失やクロストークが存在することから、長距離大容量伝送の実現が困難という課題がある。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、モードの合波時には、各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、各モードごとの入力部からの入射方向から、各モードに共通の出力部への出射方向へ、各モードを有する光信号を反射させることとした。そして、モードの分波時には、各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、各モードに共通の入力部からの入射方向から、各モードごとの出力部への出射方向へ、各モードを有する光信号を反射させることとした。
【０００９】
具体的には、本発明は、複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、各モードを有する光信号を入力する入力部と、前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器である。
【００１０】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、各モードを有する光信号を入力する入力部と、前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器である。
【００１１】
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大するモード合波器を提供することができる。
【００１２】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、各モードを有する光信号を出力する出力部と、前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、を備えることを特徴とするモード分波器である。
【００１３】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、各モードを有する光信号を出力する出力部と、前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、を備えることを特徴とするモード分波器である。
【００１４】
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大するモード分波器を提供することができる。
【００１５】
また、本発明は、異なるモードを有する光信号の各々を生成する生成部と、前記複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器と、合波された前記複数のモードを有する光信号を送信する送信部と、を備えることを特徴とする光送信装置である。
【００１６】
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大する光送信装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、合波された複数のモードを有する光信号を受信する受信部と、前記複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器と、異なるモードを有する光信号の各々を処理する処理部と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１８】
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大する光受信装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明は、光送信装置と、光受信装置と、前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、合波された複数のモードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、を備えることを特徴とする光通信システムである。
【００２０】
この構成によれば、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大する光通信システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光通信システムの構成を示す図である。
【図２】モード合波器の第１の構成を示す図である。
【図３】モード合波器の第２の構成を示す図である。
【図４】モード合波器の第３の構成を示す図である。
【図５】モード合波器の第４の構成を示す図である。
【図６】モード分波器の第１の構成を示す図である。
【図７】モード分波器の第２の構成を示す図である。
【図８】モード分波器の第３の構成を示す図である。
【図９】モード分波器の第４の構成を示す図である。
【図１０】各モードにおける使用波長及び実効屈折率の関係を示す図である。
【図１１】各モードにおけるＦＢＧ周期及び使用波長の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２４】
（光通信システムの構成）
光通信システムの構成を図１に示す。光通信システムは、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のモードを利用しモード多重方法を適用し、送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎ、モード合波器３、マルチモード光ファイバ４、モード分波器５及び受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎから構成される。
【００２５】
送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎ及びモード合波器３は、光送信装置を構成している。送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ及びモード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、生成部に対応しており、異なるモードを有する光信号の各々ｘ１、ｘ２、・・・、ｘＮを生成する。モード合波器３は、複数のモードを有する光信号ｘを生成する。
【００２６】
モード分波器５及び受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎは、光受信装置を構成している。モード分波器５は、複数のモードを有する光信号ｙを分波する。受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎは、処理部に対応しており、異なるモードを有する光信号の各々ｙ１、ｙ２、・・・、ｙＮを処理する。
【００２７】
マルチモード光ファイバ４は、送信側及び受信側を接続し、合波された複数のモードを有する光信号ｘ又はｙを伝送する。送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎは、同一波長及び基本モードを有する光信号を生成する。モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、基本モードを有する光信号をそれぞれ異なるモードを有する光信号に変換する。
【００２８】
モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、長周期ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）を用いることで実現できる。非特許文献２に示されるように、使用波長λにおいて基本モードを高次モードに変換するためには、ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを数式１のように設定する。
【数１】
ここで、ｎ０は、使用波長λにおける基本モードの実効屈折率を示しており、ｎ１ｍは、使用波長λにおけるｍ番目の高次モードの実効屈折率を示している。
【００２９】
ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λは、使用する光ファイバの構造パラメータ、使用する波長λ、変換するモード次数ｍによって決定される。使用する波長λを決定後、光ファイバの構造パラメータから数値解析を行ない、基本モードの実効屈折率ｎ０及び所望の高次モードの実効屈折率ｎ１ｍを算出し、計算により得られたｎ０及びｎ１ｍを数式１に代入し、必要なＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを決定する。後述する１．５５０μｍの使用波長において、基本モードを第１高次モードに変換するためには、ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔ΛをΛ＝７１１．１μｍに設定する。
【００３０】
（モード合波器の構成）
モード合波器の第１の構成を図２に示す。第１のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、出力部３２、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。
【００３１】
入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力する。出力部３２は、複数のモードを有する光信号ｘを出力する。ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させる。光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、ＦＢＧ３４での反射前は入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−ＮからＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ３４での反射後はＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから出力部３２へ導波する。
【００３２】
モード合波器の第２の構成を図３に示す。第２のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、出力部３２、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎに代えて、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎを配列することもできる。
【００３３】
モード合波器の第３の構成を図４に示す。第３のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）、出力部３２、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。
【００３４】
入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）はそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮ、ｘＮ＋１を入力する。出力部３２は、複数のモードを有する光信号ｘを出力する。ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させる。複数のモードのうち単一のモードを有する光信号ｘＮ＋１は、ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎによって反射されることなく、入力部３１−（Ｎ＋１）から出力部３２へ導波される。光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、ＦＢＧ３４での反射前は入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−ＮからＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ３４での反射後はＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから出力部３２へ導波する。
【００３５】
モード合波器の第４の構成を図５に示す。第４のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）、出力部３２、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎに代えて、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎを配列することもできる。
【００３６】
このように、本発明では、非特許文献１と異なり、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせてモード結合を行なうことはなく、ＦＢＧ３４及び（光サーキュレータ３３又は光カプラ３５）を利用してモード合波を行なう。よって、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大するモード合波器を提供することができる。
【００３７】
（モード分波器の構成）
モード分波器の第１の構成を図６に示す。第１のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。
【００３８】
入力部５１は、複数のモードを有する光信号ｙを入力する。出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを出力する。ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、入力部５１からの入射方向から出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへの出射方向へ反射させる。光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、ＦＢＧ５４での反射前は入力部５１からＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ５４での反射後はＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへ導波する。
【００３９】
モード分波器の第２の構成を図７に示す。第２のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎに代えて、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎを配列することもできる。
【００４０】
モード分波器の第３の構成を図８に示す。第３のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。
【００４１】
入力部５１は、複数のモードを有する光信号ｙを入力する。出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）はそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮ、ｙＮ＋１を出力する。ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、入力部５１からの入射方向から出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへの出射方向へ反射させる。複数のモードのうち単一のモードを有する光信号ｙＮ＋１は、ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎによって反射されることなく、入力部５１から出力部５２−（Ｎ＋１）へ導波される。光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、ＦＢＧ５４での反射前は入力部５１からＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ５４での反射後はＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへ導波する。
【００４２】
モード分波器の第４の構成を図９に示す。第４のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎに代えて、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎを配列することもできる。
【００４３】
このように、本発明では、非特許文献１と異なり、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせてモード分離を行なうことはなく、ＦＢＧ５４及び（光サーキュレータ５３又は光カプラ５５）を利用してモード分波を行なう。よって、モードの分波の精度を良くし、分波時の損失をクロストークを低減し、伝送距離を拡大するモード分波器を提供することができる。
【００４４】
（ＦＢＧのパラメータ）
モード合波器３又はモード分波器５を実現するように、ＦＢＧ３４又は５４のパラメータを設定する。以下の説明では、基本モード及び第１高次モードという２個のモードが存在する場合を例に挙げて、ＦＢＧ３４又は５４のパラメータの設定を説明する。
【００４５】
各モードにおける使用波長及び実効屈折率の関係を図１０に示す。コア半径ａ＝７μｍであり、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ＝０．４％であり、波長１．５３〜１．５６μｍにおいて、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードという２個のモードが存在する。ＦＢＧ３４又は５４での反射条件は、数式２のように表される。
【数２】
ここで、λｐは、使用波長を示しており、ｎｅｆｆは、実効屈折率を示しており、Λは、ＦＢＧ３４又は５４の周期的な屈折率変化の間隔を示している。
【００４６】
図１０及び数式２をともに参照する。Λが０．５３５３μｍであるとき、ＬＰ０１モードの反射波長は１．５５０μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５４８μｍとなる。Λが０．５３６μｍであるとき、ＬＰ０１モードの反射波長は１．５５２μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５５０μｍとなる。そこで、使用波長をλｐ＝１．５５０μｍとして、ＦＢＧ３４又は５４の周期的な屈折率変化の間隔をΛ＝０．５３６μｍ、０．５３５３μｍとする。すると、Λ＝０．５３６μｍであるＦＢＧ３４又は５４では、ＬＰ１１モードを有する光信号は反射されるが、ＬＰ０１モードを有する光信号は反射されない。そして、Λ＝０．５３５３μｍであるＦＢＧ３４又は５４では、ＬＰ０１モードを有する光信号は反射されるが、ＬＰ１１モードを有する光信号は反射されない。
【００４７】
各モードにおけるＦＢＧ周期及び使用波長の関係を図１１に示す。図１１の上段は、上述したλｐ＝１．５５０μｍから近い波長領域に関するデータであり、図１１の下段は、上述したλｐ＝１．５５０μｍから遠い波長領域に関するデータである。λｐ＝１．５５０μｍの使用波長のみならず、λｐ＝１．５５０μｍから遠い使用波長においても、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに対応するΛは異なっている。
【００４８】
ＦＢＧ３４又は５４の反射帯域Δλは、ＦＢＧ３４又は５４の屈折率のグレーティングの変化についての、振幅Δｎ及び領域ｌにより、数式３のように表される。
【数３】
つまり、図１０に挙げた例において、各ＦＢＧ３４又は５４において各モードを反射させるときには、Δλが２ｎｍ以下となるようにΔｎ及びｌを適切に設定する。一般には、ＦＢＧ３４又は５４の反射帯域を数ｎｍの帯域とすることができるため、各モードを個別に反射する各ＦＢＧ３４又は５４は、現状の技術で実現可能であることが分かる。
【００４９】
（モード多重方法及びＷＤＭの併用）
以上の実施形態では、単一の波長を使用して、モード多重方法を適用しているが、以下の変形例として、複数の波長を使用して、モード多重方法及びＷＤＭを併用してもよい。このときには、各波長及び各モードを有する光信号を個別に反射する各ＦＢＧ３４又は５４を、モード合波器３又はモード分波器５に適用すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るモード合分波器、光送受信装置及び光通信システムは、モード多重方法に適用することができるのみならず、モード多重方法及び他の多重方法（ＷＤＭ及び偏波多重など）を併用する方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１：送信機
２：モード変換器
３：モード合波器
４：マルチモード光ファイバ
５：モード分波器
６：受信機
３１：入力部
３２：出力部
３３：光サーキュレータ
３４：ＦＢＧ
３５：光カプラ
５１：入力部
５２：出力部
５３：光サーキュレータ
５４：ＦＢＧ
５５：光カプラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチモード光ファイバを利用する光通信システムにおいて、複数のモードを有する光信号の生成又は分波を行なう技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ファイバネットワークにおけるトラフィックは増大しており、伝送高速度化や多値変調技術や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）など、様々な手法を用いて伝送容量の拡大を図ってきた。しかしながら、既設の伝送路や従来の伝送方式を用いた伝送容量の拡大が将来的に困難になると予想されるため、波長領域の拡大や新たな伝送方式が検討されている。
【０００３】
波長領域を拡大する方法として、現在利用されていない波長帯を利用して、広波長域のＷＤＭを実現して、伝送容量を拡大する検討もなされている。しかしながら、伝送損失が波長帯により異なるため、使用できる波長帯は限定されると考えられる。さらに、広波長域にわたり増幅が可能な光増幅器も実現が困難であるため、広波長域のＷＤＭを実現するためには多くの課題がある。そこで、ＷＤＭに加えて、マルチモード光ファイバを伝送路として利用して、複数のモードを利用したモード多重方法が提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２８８９１１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｃ．Ｐ．Ｔｓｅｋｒｅｋｏｓ ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｊ．Ｋｏｏｎｅｎ，“Ｍｏｄｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｉｎ ａ ｍｏｄｅ ｇｒｏｕｐ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｌｉｎｋ，” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３２，１０４１−１０４３ （２００７）．
【非特許文献２】Ｓ．Ｓａｖｉｎ，Ｍ．Ｊ．Ｆ．Ｄｉｇｏｎｎｅｔ，Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｓｈａｗ，“Ｔｕｎａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ，” Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２５，７１０−７１２ （２０００）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び非特許文献２においては、所望の高次モードを励振する方法が提案されていない。また、非特許文献１においても、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせることによりモード結合を行ない、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせることによりモード分離を行なう。つまり、精度の良いモードの合分波方法及び多数のモードの多重・分離方法が提案されていないため、多重信号間の損失やクロストークが存在することから、長距離大容量伝送の実現が困難という課題がある。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、モードの合波時には、各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、各モードごとの入力部からの入射方向から、各モードに共通の出力部への出射方向へ、各モードを有する光信号を反射させることとした。そして、モードの分波時には、各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、各モードに共通の入力部からの入射方向から、各モードごとの出力部への出射方向へ、各モードを有する光信号を反射させることとした。
【０００９】
具体的には、本発明は、複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、各モードを有する光信号を入力する入力部と、前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器である。
【００１０】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、各モードを有する光信号を入力する入力部と、前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、を備えることを特徴とするモード合波器である。
【００１１】
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大するモード合波器を提供することができる。
【００１２】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、各モードを有する光信号を出力する出力部と、前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、を備えることを特徴とするモード分波器である。
【００１３】
また、本発明は、複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、各モードを有する光信号を出力する出力部と、前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、を備えることを特徴とするモード分波器である。
【００１４】
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大するモード分波器を提供することができる。
【００１５】
また、本発明は、異なるモードを有する光信号の各々を生成する生成部と、前記複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器と、合波された前記複数のモードを有する光信号を送信する送信部と、を備えることを特徴とする光送信装置である。
【００１６】
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大する光送信装置を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、合波された複数のモードを有する光信号を受信する受信部と、前記複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器と、異なるモードを有する光信号の各々を処理する処理部と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１８】
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大する光受信装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明は、光送信装置と、光受信装置と、前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、合波された複数のモードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、を備えることを特徴とする光通信システムである。
【００２０】
この構成によれば、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、伝送距離を拡大する光通信システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】光通信システムの構成を示す図である。
【図２】モード合波器の第１の構成を示す図である。
【図３】モード合波器の第２の構成を示す図である。
【図４】モード合波器の第３の構成を示す図である。
【図５】モード合波器の第４の構成を示す図である。
【図６】モード分波器の第１の構成を示す図である。
【図７】モード分波器の第２の構成を示す図である。
【図８】モード分波器の第３の構成を示す図である。
【図９】モード分波器の第４の構成を示す図である。
【図１０】各モードにおける使用波長及び実効屈折率の関係を示す図である。
【図１１】各モードにおけるＦＢＧ周期及び使用波長の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２４】
（光通信システムの構成）
光通信システムの構成を図１に示す。光通信システムは、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のモードを利用しモード多重方法を適用し、送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎ、モード合波器３、マルチモード光ファイバ４、モード分波器５及び受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎから構成される。
【００２５】
送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎ及びモード合波器３は、光送信装置を構成している。送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ及びモード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、生成部に対応しており、異なるモードを有する光信号の各々ｘ１、ｘ２、・・・、ｘＮを生成する。モード合波器３は、複数のモードを有する光信号ｘを生成する。
【００２６】
モード分波器５及び受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎは、光受信装置を構成している。モード分波器５は、複数のモードを有する光信号ｙを分波する。受信機６−１、６−２、・・・、６−Ｎは、処理部に対応しており、異なるモードを有する光信号の各々ｙ１、ｙ２、・・・、ｙＮを処理する。
【００２７】
マルチモード光ファイバ４は、送信側及び受信側を接続し、合波された複数のモードを有する光信号ｘ又はｙを伝送する。送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎは、同一波長及び基本モードを有する光信号を生成する。モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、基本モードを有する光信号をそれぞれ異なるモードを有する光信号に変換する。
【００２８】
モード変換器２−１、２−２、・・・、２−Ｎは、長周期ファイバブラッググレーティング（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＦＢＧ）を用いることで実現できる。非特許文献２に示されるように、使用波長λにおいて基本モードを高次モードに変換するためには、ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを数式１のように設定する。
【数１】
ここで、ｎ０は、使用波長λにおける基本モードの実効屈折率を示しており、ｎ１ｍは、使用波長λにおけるｍ番目の高次モードの実効屈折率を示している。
【００２９】
ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λは、使用する光ファイバの構造パラメータ、使用する波長λ、変換するモード次数ｍによって決定される。使用する波長λを決定後、光ファイバの構造パラメータから数値解析を行ない、基本モードの実効屈折率ｎ０及び所望の高次モードの実効屈折率ｎ１ｍを算出し、計算により得られたｎ０及びｎ１ｍを数式１に代入し、必要なＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを決定する。後述する１．５５０μｍの使用波長において、基本モードを第１高次モードに変換するためには、ＦＢＧの周期的な屈折率変化の間隔ΛをΛ＝７１１．１μｍに設定する。
【００３０】
（モード合波器の構成）
モード合波器の第１の構成を図２に示す。第１のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、出力部３２、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。
【００３１】
入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを入力する。出力部３２は、複数のモードを有する光信号ｘを出力する。ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させる。光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、ＦＢＧ３４での反射前は入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−ＮからＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ３４での反射後はＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから出力部３２へ導波する。
【００３２】
モード合波器の第２の構成を図３に示す。第２のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、出力部３２、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎに代えて、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎを配列することもできる。
【００３３】
モード合波器の第３の構成を図４に示す。第３のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）、出力部３２、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。
【００３４】
入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）はそれぞれ、各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮ、ｘＮ＋１を入力する。出力部３２は、複数のモードを有する光信号ｘを出力する。ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎからの入射方向から出力部３２への出射方向へ反射させる。複数のモードのうち単一のモードを有する光信号ｘＮ＋１は、ＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎによって反射されることなく、入力部３１−（Ｎ＋１）から出力部３２へ導波される。光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｘ１、ｘ２、ｘ３、・・・、ｘＮを、ＦＢＧ３４での反射前は入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−ＮからＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ３４での反射後はＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから出力部３２へ導波する。
【００３５】
モード合波器の第４の構成を図５に示す。第４のモード合波器３は、図１のモード合波器３として適用され、入力部３１−１、３１−２、３１−３、・・・、３１−Ｎ、３１−（Ｎ＋１）、出力部３２、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎ、及びＦＢＧ３４−１、３４−２、３４−３、・・・、３４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ３３−１、３３−２、３３−３、・・・、３３−Ｎに代えて、光カプラ３５−１、３５−２、３５−３、・・・、３５−Ｎを配列することもできる。
【００３６】
このように、本発明では、非特許文献１と異なり、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせてモード結合を行なうことはなく、ＦＢＧ３４及び（光サーキュレータ３３又は光カプラ３５）を利用してモード合波を行なう。よって、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、伝送距離を拡大するモード合波器を提供することができる。
【００３７】
（モード分波器の構成）
モード分波器の第１の構成を図６に示す。第１のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。
【００３８】
入力部５１は、複数のモードを有する光信号ｙを入力する。出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを出力する。ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、入力部５１からの入射方向から出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへの出射方向へ反射させる。光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎはそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、ＦＢＧ５４での反射前は入力部５１からＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ５４での反射後はＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへ導波する。
【００３９】
モード分波器の第２の構成を図７に示す。第２のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎに代えて、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎを配列することもできる。
【００４０】
モード分波器の第３の構成を図８に示す。第３のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。
【００４１】
入力部５１は、複数のモードを有する光信号ｙを入力する。出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）はそれぞれ、各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮ、ｙＮ＋１を出力する。ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、入力部５１からの入射方向から出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへの出射方向へ反射させる。複数のモードのうち単一のモードを有する光信号ｙＮ＋１は、ＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎによって反射されることなく、入力部５１から出力部５２−（Ｎ＋１）へ導波される。光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎはそれぞれ、複数のモードのうち単一のモード以外の各モードを有する光信号ｙ１、ｙ２、ｙ３、・・・、ｙＮを、ＦＢＧ５４での反射前は入力部５１からＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎへ導波し、ＦＢＧ５４での反射後はＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎへ導波する。
【００４２】
モード分波器の第４の構成を図９に示す。第４のモード分波器５は、図１のモード分波器５として適用され、入力部５１、出力部５２−１、５２−２、５２−３、・・・、５２−Ｎ、５２−（Ｎ＋１）、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎ、及びＦＢＧ５４−１、５４−２、５４−３、・・・、５４−Ｎから構成される。つまり、光サーキュレータ５３−１、５３−２、５３−３、・・・、５３−Ｎに代えて、光カプラ５５−１、５５−２、５５−３、・・・、５５−Ｎを配列することもできる。
【００４３】
このように、本発明では、非特許文献１と異なり、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせてモード分離を行なうことはなく、ＦＢＧ５４及び（光サーキュレータ５３又は光カプラ５５）を利用してモード分波を行なう。よって、モードの分波の精度を良くし、分波時の損失をクロストークを低減し、伝送距離を拡大するモード分波器を提供することができる。
【００４４】
（ＦＢＧのパラメータ）
モード合波器３又はモード分波器５を実現するように、ＦＢＧ３４又は５４のパラメータを設定する。以下の説明では、基本モード及び第１高次モードという２個のモードが存在する場合を例に挙げて、ＦＢＧ３４又は５４のパラメータの設定を説明する。
【００４５】
各モードにおける使用波長及び実効屈折率の関係を図１０に示す。コア半径ａ＝７μｍであり、コアのクラッドに対する比屈折率差Δ＝０．４％であり、波長１．５３〜１．５６μｍにおいて、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードという２個のモードが存在する。ＦＢＧ３４又は５４での反射条件は、数式２のように表される。
【数２】
ここで、λｐは、使用波長を示しており、ｎｅｆｆは、実効屈折率を示しており、Λは、ＦＢＧ３４又は５４の周期的な屈折率変化の間隔を示している。
【００４６】
図１０及び数式２をともに参照する。Λが０．５３５３μｍであるとき、ＬＰ０１モードの反射波長は１．５５０μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５４８μｍとなる。Λが０．５３６μｍであるとき、ＬＰ０１モードの反射波長は１．５５２μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５５０μｍとなる。そこで、使用波長をλｐ＝１．５５０μｍとして、ＦＢＧ３４又は５４の周期的な屈折率変化の間隔をΛ＝０．５３６μｍ、０．５３５３μｍとする。すると、Λ＝０．５３６μｍであるＦＢＧ３４又は５４では、ＬＰ１１モードを有する光信号は反射されるが、ＬＰ０１モードを有する光信号は反射されない。そして、Λ＝０．５３５３μｍであるＦＢＧ３４又は５４では、ＬＰ０１モードを有する光信号は反射されるが、ＬＰ１１モードを有する光信号は反射されない。
【００４７】
各モードにおけるＦＢＧ周期及び使用波長の関係を図１１に示す。図１１の上段は、上述したλｐ＝１．５５０μｍから近い波長領域に関するデータであり、図１１の下段は、上述したλｐ＝１．５５０μｍから遠い波長領域に関するデータである。λｐ＝１．５５０μｍの使用波長のみならず、λｐ＝１．５５０μｍから遠い使用波長においても、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードに対応するΛは異なっている。
【００４８】
ＦＢＧ３４又は５４の反射帯域Δλは、ＦＢＧ３４又は５４の屈折率のグレーティングの変化についての、振幅Δｎ及び領域ｌにより、数式３のように表される。
【数３】
つまり、図１０に挙げた例において、各ＦＢＧ３４又は５４において各モードを反射させるときには、Δλが２ｎｍ以下となるようにΔｎ及びｌを適切に設定する。一般には、ＦＢＧ３４又は５４の反射帯域を数ｎｍの帯域とすることができるため、各モードを個別に反射する各ＦＢＧ３４又は５４は、現状の技術で実現可能であることが分かる。
【００４９】
（モード多重方法及びＷＤＭの併用）
以上の実施形態では、単一の波長を使用して、モード多重方法を適用しているが、以下の変形例として、複数の波長を使用して、モード多重方法及びＷＤＭを併用してもよい。このときには、各波長及び各モードを有する光信号を個別に反射する各ＦＢＧ３４又は５４を、モード合波器３又はモード分波器５に適用すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明に係るモード合分波器、光送受信装置及び光通信システムは、モード多重方法に適用することができるのみならず、モード多重方法及び他の多重方法（ＷＤＭ及び偏波多重など）を併用する方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１：送信機
２：モード変換器
３：モード合波器
４：マルチモード光ファイバ
５：モード分波器
６：受信機
３１：入力部
３２：出力部
３３：光サーキュレータ
３４：ＦＢＧ
３５：光カプラ
５１：入力部
５２：出力部
５３：光サーキュレータ
５４：ＦＢＧ
５５：光カプラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、
各モードを有する光信号を入力する入力部と、
前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、
前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、
を備えることを特徴とするモード合波器。
【請求項２】
複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、
各モードを有する光信号を入力する入力部と、
前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、
前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、
を備えることを特徴とするモード合波器。
【請求項３】
複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、
前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、
各モードを有する光信号を出力する出力部と、
前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、
を備えることを特徴とするモード分波器。
【請求項４】
複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、
前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、
各モードを有する光信号を出力する出力部と、
前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、
を備えることを特徴とするモード分波器。
【請求項５】
異なるモードを有する光信号の各々を生成する生成部と、
前記複数のモードを有する光信号を生成する請求項１又は２に記載のモード合波器と、
合波された前記複数のモードを有する光信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。
【請求項６】
合波された複数のモードを有する光信号を受信する受信部と、
前記複数のモードを有する光信号を分波する請求項３又は４に記載のモード分波器と、
異なるモードを有する光信号の各々を処理する処理部と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項７】
請求項５に記載の光送信装置と、
請求項６に記載の光受信装置と、
前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、合波された複数のモードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【請求項１】
複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、
各モードを有する光信号を入力する入力部と、
前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、
前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、
を備えることを特徴とするモード合波器。
【請求項２】
複数のモードを有する光信号を生成するモード合波器であって、
各モードを有する光信号を入力する入力部と、
前記複数のモードを有する光信号を出力する出力部と、
前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を生成する合波部と、
を備えることを特徴とするモード合波器。
【請求項３】
複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、
前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、
各モードを有する光信号を出力する出力部と、
前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記各モードを有する光信号を前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させ、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、
を備えることを特徴とするモード分波器。
【請求項４】
複数のモードを有する光信号を分波するモード分波器であって、
前記複数のモードを有する光信号を入力する入力部と、
各モードを有する光信号を出力する出力部と、
前記複数のモードのうち単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を反射するファイバブラッググレーティングを利用して、前記複数のモードのうち前記単一のモード以外の前記各モードを有する光信号を、前記入力部からの入射方向から前記出力部への出射方向へ反射させるとともに、前記複数のモードのうち前記単一のモードを有する光信号を、前記ファイバブラッググレーティングによって反射させることなく、前記入力部から前記出力部へ導波することにより、前記複数のモードを有する光信号を分波する分波部と、
を備えることを特徴とするモード分波器。
【請求項５】
異なるモードを有する光信号の各々を生成する生成部と、
前記複数のモードを有する光信号を生成する請求項１又は２に記載のモード合波器と、
合波された前記複数のモードを有する光信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする光送信装置。
【請求項６】
合波された複数のモードを有する光信号を受信する受信部と、
前記複数のモードを有する光信号を分波する請求項３又は４に記載のモード分波器と、
異なるモードを有する光信号の各々を処理する処理部と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項７】
請求項５に記載の光送信装置と、
請求項６に記載の光受信装置と、
前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、合波された複数のモードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、
を備えることを特徴とする光通信システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３７０１６（Ｐ２０１３−３７０１６Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０１３９（Ｐ２０１１−１７０１３９）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【Ｆターム（参考）】
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