光ファイバ伝送システム及び光受信装置
【課題】本発明は、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供することを目的とする。
【解決手段】光受信装置Ｒにおいて、前段のＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）装置９を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償することとし、後段のＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｉｎｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ装置６を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償することとした。これにより、ＦＩＲフィルタ装置６においてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【解決手段】光受信装置Ｒにおいて、前段のＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ）装置９を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償することとし、後段のＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ ｉｎｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタ装置６を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償することとした。これにより、ＦＩＲフィルタ装置６においてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送の群遅延差を補償する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり、非特許文献１、２に示すように大コアファイバが検討されている。
【０００３】
しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。そこで、無線での大容量化技術であるＭｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術を光ファイバ伝送に適用する試みが行われている（例えば、非特許文献３、４参照）。
【０００４】
光ＭＩＭＯ技術は伝送媒体としてマルチモード光ファイバを用い、伝送容量を拡大できるとともに、先に述べた大コア光ファイバで制限要因であった単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化が可能であることも特徴である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ ａｎｄ Ｃ．Ｆｕｋａｉ，“Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２７，５４１０−５４１６，２００９．
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａ，Ｒ．Ｓｕｇｉｚａｋｉ ａｎｄ Ｔ．Ｙａｇｉ，“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ”，ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８．
【非特許文献３】Ａｋｈｉｌ Ｒ．Ｓｈａｈ，Ｒｉｃｋ Ｃ．Ｊ．Ｈｓｕ，Ａｌｉｒｅｚａ Ｔａｒｉｇｈａｔ，Ａｌｉ Ｈ．Ｓａｙｅｄ ａｎｄ Ｂａｈｒａｍ Ｊａｌａｌｉ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＭＩＭＯ（ＣＯＭＩＭＯ）”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３，２４１０−２４１９，２００５．
【非特許文献４】Ｂ．Ｃ．Ｔｈｏｍｓｅｎ，“ＭＩＭＯ Ｅｎａｂｌｅｄ ４０Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ”，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２０１０），ｐａｐｅｒ ＯＴｈＭ６．
【非特許文献５】Ｍ．Ｔａｙｌｏｒ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２００６），ｐａｐｅｒ ＣＴｈＢ１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送では、伝送距離の長距離化に伴ってモード分散に起因する符号間干渉が発生し、信号の復元が困難になり、伝送距離が数ｋｍに制限されていることが問題となっている。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供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、光受信装置において、前段でＦｉｂｅｒ ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償することとし、後段でＦｉｎｉｔｅ ｉｎｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償することとした。これにより、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【０００９】
具体的には、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波し、合波した前記光信号をＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する合波器と、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１０】
また、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波する合波器と、前記合波器が合波した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１１】
また、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機から、送信後及び合波後の前記光信号を伝搬しＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償するＦＩＲフィルタ群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１２】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償するため、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。
【００１３】
また、本発明は、光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１４】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて光ファイバ伝送の群遅延差を全面的に補償するため、ＦＩＲフィルタを必要とすることなく、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１６】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なることを特徴とする光受信装置である。
【００１７】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて各伝搬モード毎に光ファイバ伝送の群遅延差をより高精度に補償することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１９】
また、本発明は、前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする光受信装置である。
【００２０】
この構成によれば、ＦＢＧの個数をより削減することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しいことを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００２２】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しいことを特徴とする光受信装置である。
【００２３】
この構成によれば、ＦＢＧの個数をより削減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を示す図である。
【図２】ＦＩＲフィルタ装置の構成を示す図である。
【図３】タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを示す図である。
【図４】タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを示す図である。
【図５】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図６】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図７】ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を示す図である。
【図８】第１のＦＢＧ装置の構成を示す図である。
【図９】第２のＦＢＧ装置の構成を示す図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの基本モード及び高次モードにおける、光信号波長及び実効屈折率の間の関係を示す図である。
【図１１】マルチモード光ファイバにおける、規格化周波数及び伝搬モード数の間の関係を示す図である。
【図１２】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が２個であり光受信機が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．０４ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が２個であり光受信機が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（ＦＩＲフィルタ装置を利用する群遅延差補償）
ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を図１に示す。光ファイバ伝送システムは、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４、分波器５及びＦＩＲフィルタ装置６から構成される。光受信装置Ｒは、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ及びＦＩＲフィルタ装置６から構成される。
【００２８】
Ｎ個の光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、マルチモードの光ファイバ４及びＭ個の光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍを利用して、Ｎ入力Ｍ出力のＭＩＭＯ伝送を行なうことができ、Ｎ種の光信号の並列伝送を行なうことができる。
【００２９】
光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎは、それぞれ光信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）を送信する。ここで、Ｎは１以上の整数であり、光信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして送信される光信号である。
【００３０】
光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍは、それぞれ光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）を受信する。ここで、ＭはＮ以上の整数であり、光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして受信される光信号である。
【００３１】
合波器３は、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎが送信した光信号を合波する。ここで、光送信機１の個数が１個であっても、合波という用語を使用する。光ファイバ４は、合波器３が合波した光信号を伝搬し、Ｐ個の伝搬モードを有する。ここで、ＰはＮ以上の整数である。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数である。分波器５は、光ファイバ４が伝搬した光信号を光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍに分波する。ここで、光受信機２の個数が１個であっても、分波という用語を使用する。
【００３２】
ＦＩＲフィルタ装置６は、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する。そして、ＦＩＲフィルタ装置６は、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。
【００３３】
受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を包含する可能性がある。復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を補償されていることが望ましく、それぞれ送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）と一致していることが望ましい。
【００３４】
ＦＩＲフィルタ装置の構成を図２に示す。ＦＩＲフィルタ装置６は、ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍ及び合波器６２から構成される。復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を生成する構成はそれぞれ同様であるため、図２では復元信号ｕ１（ｎ）を生成する構成についてのみ説明する。
【００３５】
ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍは、それぞれ受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）を入力し、それぞれ光信号ｚ１（ｎ）、ｚ２（ｎ）、・・・、ｚＭ（ｎ）を生成する。合波器６２は、光信号ｚ１（ｎ）、ｚ２（ｎ）、・・・、ｚＭ（ｎ）を合波し、復元信号ｕ１（ｎ）を生成する。
【００３６】
ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍは、それぞれ１番目からＬ番目までのタップから構成される。１番目からＬ番目までのタップは、それぞれ遅延素子（図２ではτで示す）及び振幅位相調整器（図２ではｗで示す）から構成される。遅延素子は、遅延時間を調整し、振幅位相調整器は、振幅及び位相を調整する。図２では、直接形のＦＩＲフィルタを利用しているが、転置形のＦＩＲフィルタを利用してもよい。
【００３７】
受信信号ｙＢ（ｎ）についてのｉ番目のタップにおいて、遅延素子での遅延時間をτｉとし、振幅位相調整器でのタップ係数をｗＢ（ｉ）とする。遅延時間τｉ及びタップ係数ｗＢ（ｉ）を調整することにより、光ファイバ４中で発生する目的外の光送信機１からの混信、モード分散、波長分散、偏波モード分散などによる信号劣化を補償することができる。局発光源、９０°ハイブリッド、バランスレシーバ、アナログデジタルコンバータを利用することにより、受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）の電界の振幅及び位相の情報を取得することができる（例えば、非特許文献５参照）。
【００３８】
タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを図３に示す。タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを図４に示す。送信信号ｘは、前段にトレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ）を有し、後段にデータ部ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１）、・・・、ｘ（Ｎａｌｌ）を有する。ここで、Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＞Ｌである必要がある。光受信装置Ｒは、データ部ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１）、・・・、ｘ（Ｎａｌｌ）を未知とするが、トレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ）は既知とするため、以下のようにタップ係数を更新することができる。
【００３９】
まず、トレーニングシンボルを受信中であり、ｎ≦Ｎｔｒａｉｎｉｎｇであるときについて説明する。ＦＩＲフィルタ装置６は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。減算器８は、復元信号ｕ（ｎ）及び既知のトレーニング信号ｘ（ｎ）の差分を生成することにより、誤差信号ｅ（ｎ）を生成する。適応等化アルゴリズム７は、誤差信号ｅ（ｎ）を小さくするように、タップ係数を更新する。この処理を、すべてのトレーニングシンボルについて繰り返す。
【００４０】
次に、データ部を受信中であり、ｎ≧Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１であるときについて説明する。タップ係数の設定は、トレーニングシンボルの受信中に完了している。ＦＩＲフィルタ装置６は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。この処理を、すべてのデータ部について繰り返す。
【００４１】
なお、適応等化アルゴリズムには、非特許文献２に記載のＬｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ（ＬＭＳ）アルゴリズムやＲｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ（ＲＬＳ）アルゴリズムを利用することができる。
【００４２】
ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図５に示す。ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図６に示す。
【００４３】
図５及び図６において、送受信信号は、１０ＧｂｐｓのＢｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ（ＢＰＳＫ）変調されたＮｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ（ＮＲＺ）信号の４０９６ｂｉｔ分である。光ファイバ４の伝搬モード数は２個であり、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：４の割合で励振される。Ｎｔｒａｉｎｉｎｇは１００とし、Ｌは２０とする。τｉは１０Ｇｂｐｓのシンボル長Ｔ＝０．１ｎｓを単位とし、τ１＝０、τ２＝０．１ｎｓ、τ３＝０．１×２ｎｓ、・・・、τＬ＝０．１×（Ｌ−１）ｎｓとする。適応等化アルゴリズムにはＲＬＳを用いる。ＲＬＳにおけるステップサイズ及び忘却係数は、それぞれ０．００１及び１とする。
【００４４】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．５ｎｓである図５の場合について説明する。図５の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図５の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図５の左下には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元している。図５の右下には、タップ番号及びタップ係数の絶対値の間の関係を示す。タップ係数の絶対値は、周期的に大きな値を取っており、遅延時間が群遅延差０．５ｎｓの整数倍に相当するタップ番号のタップ係数が、復元に大きく寄与していることが分かる。
【００４５】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が５ｎｓである図６の場合について説明する。図６の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図６の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図６の左下には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元していない。図６の右下には、タップ番号及びタップ係数の絶対値の間の関係を示す。タップ係数の絶対値は、周期的に変化していない。つまり、タップ数Ｌが群遅延差５ｎｓと比較して不足していることが分かる。ここで、タップ数Ｌが群遅延差５ｎｓと比較して十分であればよい。しかし、適応等化アルゴリズム７における計算量が増大するため、好ましくない。
【００４６】
（ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用する群遅延差補償）
ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を図７に示す。光ファイバ伝送システムは、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４、分波器５、ＦＩＲフィルタ装置６及びＦＢＧ装置９から構成される。光受信装置Ｒは、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、ＦＩＲフィルタ装置６及びＦＢＧ装置９から構成される。
【００４７】
光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４及び分波器５は、図１及び図７において同様である。
【００４８】
ＦＢＧ装置９は、前段群遅延差補償装置として、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）について、入出射口からＰ個の伝搬モードを入射し、Ｐ個の伝搬モードの各々を反射するＦＢＧを利用して入出射口へＰ個の伝搬モードを反射させ、入出射口からＰ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する。そして、ＦＢＧ装置９は、光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）を生成する。ここで、光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして生成される光信号である。
【００４９】
ＦＩＲフィルタ装置６は、ＦＢＧ装置９が群遅延差を補償した光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する。そして、ＦＩＲフィルタ装置６は、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。
【００５０】
このように、光受信装置Ｒにおいて、前段でＦＢＧを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償し、後段でＦＩＲフィルタを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償する。よって、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【００５１】
ここで、ＦＢＧ装置９が補償する群遅延差は、光ファイバ４で発生する群遅延差と、一致していてもよく、一致していなくてもよい。前者では、ＦＩＲフィルタ装置６の負担が大幅に低減されるが、後者でも、ＦＩＲフィルタ装置６の負担が十分に低減される。
【００５２】
第１のＦＢＧ装置の構成を図８に示す。第２のＦＢＧ装置の構成を図９に示す。第１のＦＢＧ装置９は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐ及び光サーキュレータ９２から構成される。第２のＦＢＧ装置９は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐ及び光カプラ９３から構成される。中間信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）を生成する構成はそれぞれ同様であるため、図８及び図９では代表的な中間信号ｙ’（ｎ）を生成する構成についてのみ説明する。
【００５３】
光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、入出射口として機能する。光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、光受信機２から受信信号ｙ（ｎ）を入力し、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐへと出力する。ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐは、Ｐ個の伝搬モードのそれぞれを反射させる。光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐから中間信号ｙ’（ｎ）を入力し、ＦＩＲフィルタ装置６へと出力する。
【００５４】
光サーキュレータ９２又は光カプラ９３から近い順に、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐが配置されるとする。ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−２までの距離をＬ１とし、ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−３までの距離をＬ２とし、・・・、ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−Ｐまでの距離をＬＰ−１とする。
【００５５】
ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−２で反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２Ｌ１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ１／ｃとなる。ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−３で反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２Ｌ２／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ２／ｃとなる。ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−Ｐで反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２ＬＰ−１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬＰ−１／ｃとなる。ここで、ｃは真空中の光速であり、ｎｅｆｆは伝搬モードの実効屈折率である。
【００５６】
ＦＢＧ９１−１の屈折率のグレーティングの周期をΛ１とし、ＦＢＧ９１−２の屈折率のグレーティングの周期をΛ２とし、ＦＢＧ９１−３の屈折率のグレーティングの周期をΛ３とし、・・・、ＦＢＧ９１−Ｐの屈折率のグレーティングの周期をΛＰとする。
【００５７】
ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ１）となる。ＦＢＧ９１−２で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ２）となる。ＦＢＧ９１−３で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ３）となる。ＦＢＧ９１−Ｐで反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２ΛＰ）となる。ここで、λｐは光ＭＩＭＯ技術における光信号の波長である。
【００５８】
基本モード及び高次モードという２個の伝搬モードが存在する場合を例に挙げて説明する。マルチモード光ファイバの基本モード及び高次モードにおける、光信号波長及び実効屈折率の間の関係を図１０に示す。図１０では、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が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個の伝搬モードが存在する。
【００５９】
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。つまり、光ＭＩＭＯ技術における光信号の波長が１．５５０μｍであるときには、光サーキュレータ９２又は光カプラ９３から近い順に、Λを０．５３５３μｍ及び０．５３６μｍとすれば、最も近いＦＢＧ９１では、実効屈折率が高いＬＰ０１モードが反射され、次に近いＦＢＧ９１では、実効屈折率が低いＬＰ１１モードが反射される。そして、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの間で補償する遅延時間をＤとすれば、２個のＦＢＧ９１の距離は（ｃＤ）／（２ｎｅｆｆ）となる。
【００６０】
ここで、ＦＢＧ９１の反射帯域Δλは、ＦＢＧ９１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１のように表される。
【数１】
つまり、図１０に挙げた例において、１個のＦＢＧ９１において１個の伝搬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、ＦＢＧ９１の反射帯域を数ｎｍの帯域とすることができるため、各伝搬モードを個別に反射する各ＦＢＧ９１は、現状の技術で実現可能であることが分かる。
【００６１】
以上の説明では、光ファイバ４では、Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なる。そして、ＦＢＧ装置９では、ＦＢＧ９１における屈折率のグレーティングのピッチ、及び光サーキュレータ９２又は光カプラ９３からＦＢＧ９１までの距離が、Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる。これにより、各ＦＢＧ９１において各伝搬モード毎に光ファイバ伝送の群遅延差をより高精度に補償することができる。
【００６２】
他の実施形態として、光ファイバ４では、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であってもよい。マルチモード光ファイバにおける、規格化周波数及び伝搬モード数の間の関係を図１１に示す。規格化周波数が６．３８であるとき、伝搬モード数は７となる。規格化周波数が６．３８以下であるときには、規格化周波数の増加に対して伝搬モード数の増加は緩やかであるが、規格化周波数が６．３８以上であるときには、規格化周波数の増加に対して伝搬モード数の増加は急速になる。そこで、光ファイバ４では、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下になるようにする。これにより、ＦＢＧ９１の個数をより削減することができる。
【００６３】
他の実施形態として、光ファイバ４では、Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しくてもよい。そして、ＦＢＧ装置９では、ＦＢＧ９１における屈折率のグレーティングのピッチ、及び光サーキュレータ９２又は光カプラ９３からＦＢＧ９１までの距離が、少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しくてもよい。ここで、このような光ファイバ４として、コアの屈折率が中心から周縁への移動距離に対して２次関数的に減少する、グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバが挙げられる。これにより、ＦＢＧ９１の個数をより削減することができる。
【００６４】
ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が２個であり光受信機２が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．０４ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図１２に示す。ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が２個であり光受信機２が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図１３に示す。
【００６５】
図１２及び図１３において、送受信信号は、１０ＧｂｐｓのＢＰＳＫ変調されたＮＲＺ信号の４０９６ｂｉｔ分である。光ファイバ４の伝搬モード数は２個である。光送信機１−１の送信信号について、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：５の割合で励振され、光送信機１−２の送信信号について、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：３の割合で励振される。基本モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ３：７の割合で分波され、高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ６：４の割合で分波される。
【００６６】
Ｎｔｒａｉｎｉｎｇは４００とし、Ｌは２０とする。τｉは１０Ｇｂｐｓのシンボル長Ｔ＝０．１ｎｓを単位とし、τ１＝０、τ２＝０．１ｎｓ、τ３＝０．１×２ｎｓ、・・・、τＬ＝０．１×（Ｌ−１）ｎｓとする。適応等化アルゴリズムにはＲＬＳを用いる。ＲＬＳにおけるステップサイズ及び忘却係数は、それぞれ０．００１及び１とする。
【００６７】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．０４ｎｓである図１２の場合について説明する。図１２の上段には、送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図１２の中段の左側には、受信信号ｙ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ１（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１２の中段の右側には、復元信号ｕ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ１（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ１（ｎ）を正しく復元している。図１２の下段の左側には、受信信号ｙ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ２（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１２の下段の右側には、復元信号ｕ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ２（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ２（ｎ）を正しく復元している。
【００６８】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．１ｎｓである図１３の場合について説明する。図１３の上段には、送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図１３の中段の左側には、受信信号ｙ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ１（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１３の中段の右側には、復元信号ｕ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ１（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ１（ｎ）を正しく復元していない。図１３の下段の左側には、受信信号ｙ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ２（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１３の下段の右側には、復元信号ｕ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ２（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ２（ｎ）を正しく復元していない。
【００６９】
そこで、図１３の場合において、ＦＩＲフィルタ装置６を利用するのみならず、ＦＢＧ装置９を利用する。ＦＢＧ装置９において、ＦＢＧ９１が２つであり、ｙ（ｎ）が入射する側から１つ目のＦＢＧ（ＦＢＧ９１−１と呼ぶこととする）の構造パラメータをΛ１、Δｎ１、ｌ１とし、ｙ（ｎ）が入射する側から２つ目のＦＢＧ（ＦＢＧ９１−２と呼ぶこととする）の構造パラメータをΛ２、Δｎ２、ｌ２とする。ファイバのコア半径を７μｍとし、コアのクラッドに対する比屈折率差Δを０．４％とする。ファイバ中でのＬＰ０１モードのｎｅｆｆは１．４４９２６であり、ファイバ中でのＬＰ１１モードのｎｅｆｆは１．４４７１７である。ｌ１＝１ｍｍ、Λ1＝０．５３５３μｍ、Δｎ１＝０．００１、ｌ２＝１ｍｍ、Λ２＝０．５３６μｍ、Δｎ２＝０．００１とする。
【００７０】
すると、数式１より、ＦＢＧ９１−１において、ＬＰ０１モードの反射波長は１.５５μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５４８μｍとなる。また、数式１より、ＦＢＧ９１−２において、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１．５５μｍとなる。それぞれのＦＢＧ９１の反射帯域は１．１ｎｍであることから、ＦＢＧ９１−１でＬＰ０１モードのみが反射され、ＦＢＧ９１−２でＬＰ１１モードのみが反射される。このとき、ＦＢＧ９１−１とＦＢＧ９１−２との距離Ｌ１を６．２ｍｍとすると、補償される遅延時間は２Ｌ１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ１／ｃ＝０．０６ｎｓである。よって、受信信号の群遅延差は、ＦＢＧ装置９の適用前の０．１ｎｓから、ＦＢＧ装置９の適用後の０．０４ｎｓとなり、図１２と同様に、受信信号の群遅延差０．０４ｎｓを、ＦＩＲフィルタ装置６を利用して補償することができる。
【００７１】
このように、ＦＩＲフィルタ装置６のタップ数を増加させることなく、ＦＢＧ装置９及びＦＩＲフィルタ装置６を、それぞれ光受信装置Ｒの前段及び後段に配置することにより、復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）は、それぞれ送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）を正しく復元することができる。
【００７２】
（ＦＢＧ装置を利用する群遅延差補償）
以上の説明では、まずＦＩＲフィルタ装置６を利用する群遅延差補償について説明し、次にＦＢＧ装置９及びＦＩＲフィルタ装置６を利用する群遅延差補償について説明した。以下の説明では、ＦＢＧ装置９を利用する群遅延差補償について説明する。
【００７３】
光送信機１は１個であり、光受信機２はＭ個（Ｍは２以上の整数）であり、光ファイバ４の伝搬モード数はＰ個（Ｐは２以上の整数）である。ここで、ＦＢＧ装置９で補償される群遅延差は、光ファイバ４で発生する群遅延差と等しい。つまり、ＦＢＧ装置９において光ファイバ伝送の群遅延差を全面的に補償するため、ＦＩＲフィルタ装置６を必要とすることなく、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。なお、ＦＢＧ装置９の構成は、図８及び図９に示したものと同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る光ファイバ伝送システム及び光受信装置は、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズを低減しつつ、伝送容量を大容量化し伝送距離を長距離化する、光ファイバ伝送において適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
Ｒ：光受信装置
１、１−１、１−２、１−Ｎ：光送信機
２、２−１、２−２、２−Ｍ：光受信機
３：合波器
４：光ファイバ
５：分波器
６：ＦＩＲフィルタ装置
７：適応等化アルゴリズム
８：減算器
９：ＦＢＧ装置
６１、６１−１、６１−２、６１−Ｍ：ＦＩＲフィルタ
６２：合波器
９１、９１−１、９１−２、９１−３、９１−Ｐ：ＦＢＧ
９２：光サーキュレータ
９３：光カプラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送の群遅延差を補償する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ伝送システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり、非特許文献１、２に示すように大コアファイバが検討されている。
【０００３】
しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。そこで、無線での大容量化技術であるＭｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術を光ファイバ伝送に適用する試みが行われている（例えば、非特許文献３、４参照）。
【０００４】
光ＭＩＭＯ技術は伝送媒体としてマルチモード光ファイバを用い、伝送容量を拡大できるとともに、先に述べた大コア光ファイバで制限要因であった単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化が可能であることも特徴である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｋ．Ｎａｋａｊｉｍａ ａｎｄ Ｃ．Ｆｕｋａｉ，“Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｗｉｔｈ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ａｉｒ−Ｈｏｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｏ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｗｉｄｅ−Ｂａｎｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｂａｎｄｓ”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２７，５４１０−５４１６，２００９．
【非特許文献２】Ｋ．Ｍｕｋａｓａ，Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａ，Ｒ．Ｓｕｇｉｚａｋｉ ａｎｄ Ｔ．Ｙａｇｉ，“Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ”，ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８．
【非特許文献３】Ａｋｈｉｌ Ｒ．Ｓｈａｈ，Ｒｉｃｋ Ｃ．Ｊ．Ｈｓｕ，Ａｌｉｒｅｚａ Ｔａｒｉｇｈａｔ，Ａｌｉ Ｈ．Ｓａｙｅｄ ａｎｄ Ｂａｈｒａｍ Ｊａｌａｌｉ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＭＩＭＯ（ＣＯＭＩＭＯ）”，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３，２４１０−２４１９，２００５．
【非特許文献４】Ｂ．Ｃ．Ｔｈｏｍｓｅｎ，“ＭＩＭＯ Ｅｎａｂｌｅｄ ４０Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ”，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２０１０），ｐａｐｅｒ ＯＴｈＭ６．
【非特許文献５】Ｍ．Ｔａｙｌｏｒ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２００６），ｐａｐｅｒ ＣＴｈＢ１．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送では、伝送距離の長距離化に伴ってモード分散に起因する符号間干渉が発生し、信号の復元が困難になり、伝送距離が数ｋｍに制限されていることが問題となっている。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供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、光受信装置において、前段でＦｉｂｅｒ ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）を利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償することとし、後段でＦｉｎｉｔｅ ｉｎｐｕｌｓｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＦＩＲ）フィルタを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償することとした。これにより、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【０００９】
具体的には、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波し、合波した前記光信号をＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する合波器と、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１０】
また、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波する合波器と、前記合波器が合波した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１１】
また、本発明は、光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機から、送信後及び合波後の前記光信号を伝搬しＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償するＦＩＲフィルタ群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１２】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償するため、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。
【００１３】
また、本発明は、光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、を備えることを特徴とする光受信装置である。
【００１４】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて光ファイバ伝送の群遅延差を全面的に補償するため、ＦＩＲフィルタを必要とすることなく、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。
【００１５】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１６】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なることを特徴とする光受信装置である。
【００１７】
この構成によれば、ＦＢＧにおいて各伝搬モード毎に光ファイバ伝送の群遅延差をより高精度に補償することができる。
【００１８】
また、本発明は、前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００１９】
また、本発明は、前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする光受信装置である。
【００２０】
この構成によれば、ＦＢＧの個数をより削減することができる。
【００２１】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しいことを特徴とする光ファイバ伝送システムである。
【００２２】
また、本発明は、前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しいことを特徴とする光受信装置である。
【００２３】
この構成によれば、ＦＢＧの個数をより削減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送における長距離伝送を実現する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を示す図である。
【図２】ＦＩＲフィルタ装置の構成を示す図である。
【図３】タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを示す図である。
【図４】タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを示す図である。
【図５】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図６】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が１個であり光受信機が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図７】ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を示す図である。
【図８】第１のＦＢＧ装置の構成を示す図である。
【図９】第２のＦＢＧ装置の構成を示す図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの基本モード及び高次モードにおける、光信号波長及び実効屈折率の間の関係を示す図である。
【図１１】マルチモード光ファイバにおける、規格化周波数及び伝搬モード数の間の関係を示す図である。
【図１２】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が２個であり光受信機が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．０４ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【図１３】ＦＩＲフィルタ装置を利用して、光送信機が２個であり光受信機が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（ＦＩＲフィルタ装置を利用する群遅延差補償）
ＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を図１に示す。光ファイバ伝送システムは、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４、分波器５及びＦＩＲフィルタ装置６から構成される。光受信装置Ｒは、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ及びＦＩＲフィルタ装置６から構成される。
【００２８】
Ｎ個の光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、マルチモードの光ファイバ４及びＭ個の光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍを利用して、Ｎ入力Ｍ出力のＭＩＭＯ伝送を行なうことができ、Ｎ種の光信号の並列伝送を行なうことができる。
【００２９】
光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎは、それぞれ光信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）を送信する。ここで、Ｎは１以上の整数であり、光信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして送信される光信号である。
【００３０】
光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍは、それぞれ光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）を受信する。ここで、ＭはＮ以上の整数であり、光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして受信される光信号である。
【００３１】
合波器３は、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎが送信した光信号を合波する。ここで、光送信機１の個数が１個であっても、合波という用語を使用する。光ファイバ４は、合波器３が合波した光信号を伝搬し、Ｐ個の伝搬モードを有する。ここで、ＰはＮ以上の整数である。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数である。分波器５は、光ファイバ４が伝搬した光信号を光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍに分波する。ここで、光受信機２の個数が１個であっても、分波という用語を使用する。
【００３２】
ＦＩＲフィルタ装置６は、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する。そして、ＦＩＲフィルタ装置６は、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。
【００３３】
受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を包含する可能性がある。復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、複数のモードの間の群遅延差を補償されていることが望ましく、それぞれ送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）、・・・、ｘＮ（ｎ）と一致していることが望ましい。
【００３４】
ＦＩＲフィルタ装置の構成を図２に示す。ＦＩＲフィルタ装置６は、ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍ及び合波器６２から構成される。復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を生成する構成はそれぞれ同様であるため、図２では復元信号ｕ１（ｎ）を生成する構成についてのみ説明する。
【００３５】
ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍは、それぞれ受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）を入力し、それぞれ光信号ｚ１（ｎ）、ｚ２（ｎ）、・・・、ｚＭ（ｎ）を生成する。合波器６２は、光信号ｚ１（ｎ）、ｚ２（ｎ）、・・・、ｚＭ（ｎ）を合波し、復元信号ｕ１（ｎ）を生成する。
【００３６】
ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍは、それぞれ１番目からＬ番目までのタップから構成される。１番目からＬ番目までのタップは、それぞれ遅延素子（図２ではτで示す）及び振幅位相調整器（図２ではｗで示す）から構成される。遅延素子は、遅延時間を調整し、振幅位相調整器は、振幅及び位相を調整する。図２では、直接形のＦＩＲフィルタを利用しているが、転置形のＦＩＲフィルタを利用してもよい。
【００３７】
受信信号ｙＢ（ｎ）についてのｉ番目のタップにおいて、遅延素子での遅延時間をτｉとし、振幅位相調整器でのタップ係数をｗＢ（ｉ）とする。遅延時間τｉ及びタップ係数ｗＢ（ｉ）を調整することにより、光ファイバ４中で発生する目的外の光送信機１からの混信、モード分散、波長分散、偏波モード分散などによる信号劣化を補償することができる。局発光源、９０°ハイブリッド、バランスレシーバ、アナログデジタルコンバータを利用することにより、受信信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）の電界の振幅及び位相の情報を取得することができる（例えば、非特許文献５参照）。
【００３８】
タップ係数を更新するための適応等化アルゴリズムを図３に示す。タップ係数を更新するためのトレーニングシンボルを図４に示す。送信信号ｘは、前段にトレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ）を有し、後段にデータ部ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１）、・・・、ｘ（Ｎａｌｌ）を有する。ここで、Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＞Ｌである必要がある。光受信装置Ｒは、データ部ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１）、・・・、ｘ（Ｎａｌｌ）を未知とするが、トレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ）は既知とするため、以下のようにタップ係数を更新することができる。
【００３９】
まず、トレーニングシンボルを受信中であり、ｎ≦Ｎｔｒａｉｎｉｎｇであるときについて説明する。ＦＩＲフィルタ装置６は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。減算器８は、復元信号ｕ（ｎ）及び既知のトレーニング信号ｘ（ｎ）の差分を生成することにより、誤差信号ｅ（ｎ）を生成する。適応等化アルゴリズム７は、誤差信号ｅ（ｎ）を小さくするように、タップ係数を更新する。この処理を、すべてのトレーニングシンボルについて繰り返す。
【００４０】
次に、データ部を受信中であり、ｎ≧Ｎｔｒａｉｎｉｎｇ＋１であるときについて説明する。タップ係数の設定は、トレーニングシンボルの受信中に完了している。ＦＩＲフィルタ装置６は、既に設定されたタップ係数を利用することにより、受信信号ｙ（ｎ）を復元信号ｕ（ｎ）に変換する。この処理を、すべてのデータ部について繰り返す。
【００４１】
なお、適応等化アルゴリズムには、非特許文献２に記載のＬｅａｓｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ（ＬＭＳ）アルゴリズムやＲｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ（ＲＬＳ）アルゴリズムを利用することができる。
【００４２】
ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図５に示す。ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が１個であり光受信機２が１個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差５ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図６に示す。
【００４３】
図５及び図６において、送受信信号は、１０ＧｂｐｓのＢｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ（ＢＰＳＫ）変調されたＮｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ（ＮＲＺ）信号の４０９６ｂｉｔ分である。光ファイバ４の伝搬モード数は２個であり、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：４の割合で励振される。Ｎｔｒａｉｎｉｎｇは１００とし、Ｌは２０とする。τｉは１０Ｇｂｐｓのシンボル長Ｔ＝０．１ｎｓを単位とし、τ１＝０、τ２＝０．１ｎｓ、τ３＝０．１×２ｎｓ、・・・、τＬ＝０．１×（Ｌ−１）ｎｓとする。適応等化アルゴリズムにはＲＬＳを用いる。ＲＬＳにおけるステップサイズ及び忘却係数は、それぞれ０．００１及び１とする。
【００４４】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．５ｎｓである図５の場合について説明する。図５の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図５の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図５の左下には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元している。図５の右下には、タップ番号及びタップ係数の絶対値の間の関係を示す。タップ係数の絶対値は、周期的に大きな値を取っており、遅延時間が群遅延差０．５ｎｓの整数倍に相当するタップ番号のタップ係数が、復元に大きく寄与していることが分かる。
【００４５】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が５ｎｓである図６の場合について説明する。図６の左上には、送信信号ｘ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図６の右上には、受信信号ｙ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号ｘ（ｎ）を正しく反映していない。図６の左下には、復元信号ｕ（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ（ｎ）を正しく復元していない。図６の右下には、タップ番号及びタップ係数の絶対値の間の関係を示す。タップ係数の絶対値は、周期的に変化していない。つまり、タップ数Ｌが群遅延差５ｎｓと比較して不足していることが分かる。ここで、タップ数Ｌが群遅延差５ｎｓと比較して十分であればよい。しかし、適応等化アルゴリズム７における計算量が増大するため、好ましくない。
【００４６】
（ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用する群遅延差補償）
ＦＢＧ装置及びＦＩＲフィルタ装置を利用して、複数のモードの間の群遅延差を補償する、光ファイバ伝送システム及び光受信装置の構成を図７に示す。光ファイバ伝送システムは、光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４、分波器５、ＦＩＲフィルタ装置６及びＦＢＧ装置９から構成される。光受信装置Ｒは、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、ＦＩＲフィルタ装置６及びＦＢＧ装置９から構成される。
【００４７】
光送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍ、合波器３、光ファイバ４及び分波器５は、図１及び図７において同様である。
【００４８】
ＦＢＧ装置９は、前段群遅延差補償装置として、光受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ１（ｎ）、ｙ２（ｎ）、・・・、ｙＭ（ｎ）について、入出射口からＰ個の伝搬モードを入射し、Ｐ個の伝搬モードの各々を反射するＦＢＧを利用して入出射口へＰ個の伝搬モードを反射させ、入出射口からＰ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する。そして、ＦＢＧ装置９は、光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）を生成する。ここで、光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして生成される光信号である。
【００４９】
ＦＩＲフィルタ装置６は、ＦＢＧ装置９が群遅延差を補償した光信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する。そして、ＦＩＲフィルタ装置６は、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）、・・・、ｕＮ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。
【００５０】
このように、光受信装置Ｒにおいて、前段でＦＢＧを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を予備的に補償し、後段でＦＩＲフィルタを利用して、光ファイバ伝送の群遅延差を高精度に補償する。よって、ＦＩＲフィルタにおいてタップ数を削減し計算時間を短縮するとともに、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現する。
【００５１】
ここで、ＦＢＧ装置９が補償する群遅延差は、光ファイバ４で発生する群遅延差と、一致していてもよく、一致していなくてもよい。前者では、ＦＩＲフィルタ装置６の負担が大幅に低減されるが、後者でも、ＦＩＲフィルタ装置６の負担が十分に低減される。
【００５２】
第１のＦＢＧ装置の構成を図８に示す。第２のＦＢＧ装置の構成を図９に示す。第１のＦＢＧ装置９は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐ及び光サーキュレータ９２から構成される。第２のＦＢＧ装置９は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐ及び光カプラ９３から構成される。中間信号ｙ１’（ｎ）、ｙ２’（ｎ）、・・・、ｙＭ’（ｎ）を生成する構成はそれぞれ同様であるため、図８及び図９では代表的な中間信号ｙ’（ｎ）を生成する構成についてのみ説明する。
【００５３】
光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、入出射口として機能する。光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、光受信機２から受信信号ｙ（ｎ）を入力し、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐへと出力する。ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐは、Ｐ個の伝搬モードのそれぞれを反射させる。光サーキュレータ９２又は光カプラ９３は、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐから中間信号ｙ’（ｎ）を入力し、ＦＩＲフィルタ装置６へと出力する。
【００５４】
光サーキュレータ９２又は光カプラ９３から近い順に、ＦＢＧ９１−１、９１−２、９１−３、・・・、９１−Ｐが配置されるとする。ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−２までの距離をＬ１とし、ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−３までの距離をＬ２とし、・・・、ＦＢＧ９１−１からＦＢＧ９１−Ｐまでの距離をＬＰ−１とする。
【００５５】
ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−２で反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２Ｌ１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ１／ｃとなる。ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−３で反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２Ｌ２／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ２／ｃとなる。ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モード及びＦＢＧ９１−Ｐで反射される伝搬モードの間では、補償される遅延時間は２ＬＰ−１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬＰ−１／ｃとなる。ここで、ｃは真空中の光速であり、ｎｅｆｆは伝搬モードの実効屈折率である。
【００５６】
ＦＢＧ９１−１の屈折率のグレーティングの周期をΛ１とし、ＦＢＧ９１−２の屈折率のグレーティングの周期をΛ２とし、ＦＢＧ９１−３の屈折率のグレーティングの周期をΛ３とし、・・・、ＦＢＧ９１−Ｐの屈折率のグレーティングの周期をΛＰとする。
【００５７】
ＦＢＧ９１−１で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ１）となる。ＦＢＧ９１−２で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ２）となる。ＦＢＧ９１−３で反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２Λ３）となる。ＦＢＧ９１−Ｐで反射される伝搬モードの実効屈折率ｎｅｆｆはλｐ／（２ΛＰ）となる。ここで、λｐは光ＭＩＭＯ技術における光信号の波長である。
【００５８】
基本モード及び高次モードという２個の伝搬モードが存在する場合を例に挙げて説明する。マルチモード光ファイバの基本モード及び高次モードにおける、光信号波長及び実効屈折率の間の関係を図１０に示す。図１０では、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が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個の伝搬モードが存在する。
【００５９】
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。つまり、光ＭＩＭＯ技術における光信号の波長が１．５５０μｍであるときには、光サーキュレータ９２又は光カプラ９３から近い順に、Λを０．５３５３μｍ及び０．５３６μｍとすれば、最も近いＦＢＧ９１では、実効屈折率が高いＬＰ０１モードが反射され、次に近いＦＢＧ９１では、実効屈折率が低いＬＰ１１モードが反射される。そして、ＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードの間で補償する遅延時間をＤとすれば、２個のＦＢＧ９１の距離は（ｃＤ）／（２ｎｅｆｆ）となる。
【００６０】
ここで、ＦＢＧ９１の反射帯域Δλは、ＦＢＧ９１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１のように表される。
【数１】
つまり、図１０に挙げた例において、１個のＦＢＧ９１において１個の伝搬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、ＦＢＧ９１の反射帯域を数ｎｍの帯域とすることができるため、各伝搬モードを個別に反射する各ＦＢＧ９１は、現状の技術で実現可能であることが分かる。
【００６１】
以上の説明では、光ファイバ４では、Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なる。そして、ＦＢＧ装置９では、ＦＢＧ９１における屈折率のグレーティングのピッチ、及び光サーキュレータ９２又は光カプラ９３からＦＢＧ９１までの距離が、Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる。これにより、各ＦＢＧ９１において各伝搬モード毎に光ファイバ伝送の群遅延差をより高精度に補償することができる。
【００６２】
他の実施形態として、光ファイバ４では、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であってもよい。マルチモード光ファイバにおける、規格化周波数及び伝搬モード数の間の関係を図１１に示す。規格化周波数が６．３８であるとき、伝搬モード数は７となる。規格化周波数が６．３８以下であるときには、規格化周波数の増加に対して伝搬モード数の増加は緩やかであるが、規格化周波数が６．３８以上であるときには、規格化周波数の増加に対して伝搬モード数の増加は急速になる。そこで、光ファイバ４では、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下になるようにする。これにより、ＦＢＧ９１の個数をより削減することができる。
【００６３】
他の実施形態として、光ファイバ４では、Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しくてもよい。そして、ＦＢＧ装置９では、ＦＢＧ９１における屈折率のグレーティングのピッチ、及び光サーキュレータ９２又は光カプラ９３からＦＢＧ９１までの距離が、少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しくてもよい。ここで、このような光ファイバ４として、コアの屈折率が中心から周縁への移動距離に対して２次関数的に減少する、グレーデッドインデックス・マルチモード光ファイバが挙げられる。これにより、ＦＢＧ９１の個数をより削減することができる。
【００６４】
ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が２個であり光受信機２が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．０４ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図１２に示す。ＦＩＲフィルタ装置６を利用して、光送信機１が２個であり光受信機２が２個であるときに、基本モード及び高次モードの間の群遅延差０．１ｎｓを補償できるかどうかを調べた、シミュレーション結果を図１３に示す。
【００６５】
図１２及び図１３において、送受信信号は、１０ＧｂｐｓのＢＰＳＫ変調されたＮＲＺ信号の４０９６ｂｉｔ分である。光ファイバ４の伝搬モード数は２個である。光送信機１−１の送信信号について、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：５の割合で励振され、光送信機１−２の送信信号について、基本モード及び高次モードがそれぞれ１０：３の割合で励振される。基本モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ３：７の割合で分波され、高次モードが光受信機２−１、２−２にそれぞれ６：４の割合で分波される。
【００６６】
Ｎｔｒａｉｎｉｎｇは４００とし、Ｌは２０とする。τｉは１０Ｇｂｐｓのシンボル長Ｔ＝０．１ｎｓを単位とし、τ１＝０、τ２＝０．１ｎｓ、τ３＝０．１×２ｎｓ、・・・、τＬ＝０．１×（Ｌ−１）ｎｓとする。適応等化アルゴリズムにはＲＬＳを用いる。ＲＬＳにおけるステップサイズ及び忘却係数は、それぞれ０．００１及び１とする。
【００６７】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．０４ｎｓである図１２の場合について説明する。図１２の上段には、送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図１２の中段の左側には、受信信号ｙ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ１（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１２の中段の右側には、復元信号ｕ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ１（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ１（ｎ）を正しく復元している。図１２の下段の左側には、受信信号ｙ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ２（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１２の下段の右側には、復元信号ｕ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ２（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用することにより、送信信号ｘ２（ｎ）を正しく復元している。
【００６８】
基本モード及び高次モードの間の群遅延差が０．１ｎｓである図１３の場合について説明する。図１３の上段には、送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。図１３の中段の左側には、受信信号ｙ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ１（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１３の中段の右側には、復元信号ｕ１（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ１（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ１（ｎ）を正しく復元していない。図１３の下段の左側には、受信信号ｙ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。受信信号ｙ２（ｎ）は、モード分散に起因して、送信信号を正しく反映していない。図１３の下段の右側には、復元信号ｕ２（ｎ）のコンスタレーションマップを示す。復元信号ｕ２（ｎ）は、ＦＩＲフィルタ装置６を利用しているとしても、送信信号ｘ２（ｎ）を正しく復元していない。
【００６９】
そこで、図１３の場合において、ＦＩＲフィルタ装置６を利用するのみならず、ＦＢＧ装置９を利用する。ＦＢＧ装置９において、ＦＢＧ９１が２つであり、ｙ（ｎ）が入射する側から１つ目のＦＢＧ（ＦＢＧ９１−１と呼ぶこととする）の構造パラメータをΛ１、Δｎ１、ｌ１とし、ｙ（ｎ）が入射する側から２つ目のＦＢＧ（ＦＢＧ９１−２と呼ぶこととする）の構造パラメータをΛ２、Δｎ２、ｌ２とする。ファイバのコア半径を７μｍとし、コアのクラッドに対する比屈折率差Δを０．４％とする。ファイバ中でのＬＰ０１モードのｎｅｆｆは１．４４９２６であり、ファイバ中でのＬＰ１１モードのｎｅｆｆは１．４４７１７である。ｌ１＝１ｍｍ、Λ1＝０．５３５３μｍ、Δｎ１＝０．００１、ｌ２＝１ｍｍ、Λ２＝０．５３６μｍ、Δｎ２＝０．００１とする。
【００７０】
すると、数式１より、ＦＢＧ９１−１において、ＬＰ０１モードの反射波長は１.５５μｍとなり、ＬＰ１１モードの反射波長は１．５４８μｍとなる。また、数式１より、ＦＢＧ９１−２において、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１．５５μｍとなる。それぞれのＦＢＧ９１の反射帯域は１．１ｎｍであることから、ＦＢＧ９１−１でＬＰ０１モードのみが反射され、ＦＢＧ９１−２でＬＰ１１モードのみが反射される。このとき、ＦＢＧ９１−１とＦＢＧ９１−２との距離Ｌ１を６．２ｍｍとすると、補償される遅延時間は２Ｌ１／（ｃ／ｎｅｆｆ）＝２ｎｅｆｆＬ１／ｃ＝０．０６ｎｓである。よって、受信信号の群遅延差は、ＦＢＧ装置９の適用前の０．１ｎｓから、ＦＢＧ装置９の適用後の０．０４ｎｓとなり、図１２と同様に、受信信号の群遅延差０．０４ｎｓを、ＦＩＲフィルタ装置６を利用して補償することができる。
【００７１】
このように、ＦＩＲフィルタ装置６のタップ数を増加させることなく、ＦＢＧ装置９及びＦＩＲフィルタ装置６を、それぞれ光受信装置Ｒの前段及び後段に配置することにより、復元信号ｕ１（ｎ）、ｕ２（ｎ）は、それぞれ送信信号ｘ１（ｎ）、ｘ２（ｎ）を正しく復元することができる。
【００７２】
（ＦＢＧ装置を利用する群遅延差補償）
以上の説明では、まずＦＩＲフィルタ装置６を利用する群遅延差補償について説明し、次にＦＢＧ装置９及びＦＩＲフィルタ装置６を利用する群遅延差補償について説明した。以下の説明では、ＦＢＧ装置９を利用する群遅延差補償について説明する。
【００７３】
光送信機１は１個であり、光受信機２はＭ個（Ｍは２以上の整数）であり、光ファイバ４の伝搬モード数はＰ個（Ｐは２以上の整数）である。ここで、ＦＢＧ装置９で補償される群遅延差は、光ファイバ４で発生する群遅延差と等しい。つまり、ＦＢＧ装置９において光ファイバ伝送の群遅延差を全面的に補償するため、ＦＩＲフィルタ装置６を必要とすることなく、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において長距離伝送を実現することができる。なお、ＦＢＧ装置９の構成は、図８及び図９に示したものと同様である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る光ファイバ伝送システム及び光受信装置は、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズを低減しつつ、伝送容量を大容量化し伝送距離を長距離化する、光ファイバ伝送において適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
Ｒ：光受信装置
１、１−１、１−２、１−Ｎ：光送信機
２、２−１、２−２、２−Ｍ：光受信機
３：合波器
４：光ファイバ
５：分波器
６：ＦＩＲフィルタ装置
７：適応等化アルゴリズム
８：減算器
９：ＦＢＧ装置
６１、６１−１、６１−２、６１−Ｍ：ＦＩＲフィルタ
６２：合波器
９１、９１−１、９１−２、９１−３、９１−Ｐ：ＦＢＧ
９２：光サーキュレータ
９３：光カプラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、
前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波し、合波した前記光信号をＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する合波器と、
前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、
前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波する合波器と、
前記合波器が合波した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、
前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項３】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、
前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる
ことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項５】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、
前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しい
ことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項６】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機から、送信後及び合波後の前記光信号を伝搬しＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償するＦＩＲフィルタ群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項７】
光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項８】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、
前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる
ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の光受信装置。
【請求項９】
前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれかに記載の光受信装置。
【請求項１０】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、
前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しい
ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の光受信装置。
【請求項１】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、
前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波し、合波した前記光信号をＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバに送出する合波器と、
前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項２】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機と、
前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記Ｎ個の光送信機が送信した前記光信号を合波する合波器と、
前記合波器が合波した前記光信号を伝搬し、Ｐ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバと、
前記光ファイバが伝搬した前記光信号を前記Ｍ個の光受信機に分波する分波器と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償する前段群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償する後段群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項３】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、
前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる
ことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項５】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、
前記前段群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しい
ことを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項６】
光信号を送信するＮ個（Ｎは１以上の整数）の光送信機から、送信後及び合波後の前記光信号を伝搬しＰ個（ＰはＮ以上の整数。ただし、Ｎが１であるときには、Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、
前記前段群遅延差補償装置が群遅延差を補償した前記光信号について、遅延時間を調整する遅延素子並びに振幅及び位相を調整する振幅位相調整器からなるＦＩＲフィルタを利用して、群遅延差を補償するＦＩＲフィルタ群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項７】
光信号を送信する１個の光送信機から、送信後の前記光信号を伝搬しＰ個（Ｐは２以上の整数）の伝搬モードを有する光ファイバを介して、伝搬後及び分波後の前記光信号を受信するＭ個（Ｍは２以上の整数）の光受信機と、
各光受信機が受信した前記光信号について、入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを入射し、前記Ｐ個の伝搬モードの各々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入出射口へ前記Ｐ個の伝搬モードを反射させ、前記入出射口から前記Ｐ個の伝搬モードを出射し、群遅延差を補償するグレーティング群遅延差補償装置と、
を備えることを特徴とする光受信装置。
【請求項８】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に異なり、
前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記Ｐ個の伝搬モードの相互間において異なる
ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の光受信装置。
【請求項９】
前記光ファイバでは、使用波長における伝搬モードの個数が２個以上かつ７個以下であることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれかに記載の光受信装置。
【請求項１０】
前記光ファイバでは、前記Ｐ個の伝搬モードのうち少なくとも２個の伝搬モードに対する実効屈折率が相互に等しく、
前記グレーティング群遅延差補償装置では、前記ファイバブラッググレーティングにおける屈折率のグレーティングのピッチ及び前記入出射口から前記ファイバブラッググレーティングまでの距離が、前記少なくとも２個の伝搬モードの相互間において等しい
ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載の光受信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２２７７６３（Ｐ２０１２−２２７７６３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４０５１（Ｐ２０１１−９４０５１）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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