CN110603469A - 光接收器及光通信装置 - Google Patents

光接收器及光通信装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110603469A
CN110603469A CN201880027522.7A CN201880027522A CN110603469A CN 110603469 A CN110603469 A CN 110603469A CN 201880027522 A CN201880027522 A CN 201880027522A CN 110603469 A CN110603469 A CN 110603469A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
optical
optical element
light beam
vortex
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880027522.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110603469B (zh
Inventor
常友启司
日下哲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
Publication of CN110603469A publication Critical patent/CN110603469A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110603469B publication Critical patent/CN110603469B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4206—Optical features
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2581—Multimode transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60—Receivers
    • H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

光接收器(20)是通过受光元件(21)接收在多模光纤(30)中传播的具有螺旋状的波阵面的光束的光接收器。光接收器(20)包括被配置在多模光纤(30)与受光元件(21)之间的接收侧涡旋光学元件(24)。

Description

光接收器及光通信装置
技术领域
本发明涉及光接收器及光通信装置。
背景技术
近年来，随着互联网及云计算的普及，数据通信量爆发性地增大。在临时性地保管数据或连接到互联网的数据中心中，也需要对大容量的数据进行高速交换。
在如数据中心内这样的短距离(数十m～数百m)的传输中，也通过电信号进行通信，但在高速化这一点上进行光通信更为有利。在短距离的光通信中，使VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting LASER：垂直腔面发射激光器)等面发光型光源与多模光纤组合的、传输速度为数GHz～10GHz的系统已经被实现。
因多模光纤的光通过的纤芯被设计得比单模光纤大，故纤芯内传输更多模式的光，有可能发生DMD(Differential Modal Dispersion:差分模式色散)。若发生DMD则光波形容易劣化，因此传输距离可能被限制。
作为改善多模光纤的DMD的方法，已知使用产生光学涡旋的涡旋相位板(VortexPhase Plate)的方法(例如，专利文献1或2)。通常，从激光器出射的光具有中心部的强度高的基本高斯形状的光强度分布，但若使此光通过涡旋相位板，则能够转换为具有中心部分的强度为零或降低的环状的光强度分布的光。涡旋相位板例如为在任意一个主表面上形成有连续或阶梯状的螺旋形状(Vortex形状)的板状的光学元件。
众所周知，多模光纤根据制造方法不同而存在纤芯的中心部分的折射率分布不稳定的情况，这是引起DMD的要因(例如，专利文献1或2)。因此，使从激光器出射的光透过涡旋相位板而变换为具有环状的光强度分布的光后，使其入射到多模光纤。由此，直接入射到多模光纤的纤芯的中心部分的光被抑制，并且由于以所谓的高次的传播模式为主体在光纤内部传播，所以能够抑制DMD的发生。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-46312号公报
专利文献2：日本特开2016-91014号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在多模光纤中传播的光在光接收器中由光电二极管(PD)或雪崩光电二极管(APD)等受光元件接收的情况下，若从多模光纤出射的光为具有环状的光强度分布的光，则中心部的光强度明显低，因此存在受光元件中的受光量变低，光电转换后所得到的电信号也有可能变小。
通过增大受光元件的受光面的面积能够提高受光量，但若过度增大受光元件的面积则受光元件的响应速度变慢，存在难以读取高速的信号这一问题。
本发明鉴于以上状况而完成，其目的在于提供一种能够高效地接收在多模光纤中传播的具有螺旋状的波阵面的光束的技术。
[用于解决技术课题的技术方案]
为解决上述技术课题，本发明的一种方案的光接收器为通过受光元件接收在多模光纤中传播的具有螺旋状的波阵面的光束的光接收器，其包括被配置在多模光纤与受光元件之间的涡旋光学元件。
也可以是，在多模中传播的光束为具有沿绕传播方向的第1方向螺旋状地旋转的波阵面的光束。也可以是，涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿与绕传播方向的第1方向相反的第2方向螺旋状地旋转。
也可以是，在多模中传播的光束为具有在绕传播方向的第1方向赋予了预定相位差的波阵面的光束。也可以是，涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在与绕传播方向的第1方向相反的第2方向赋予预定相位差。
本发明的另一方案为光通信装置。该装置包括：光发送器，其将从光源出射的光束通过多模光纤发送，具备被配置在光源与多模光纤之间的发送侧涡旋光学元件；以及光接收器，其由受光元件接收在多模光纤中传播的光束，具备被配置在多模光纤与受光元件之间的接收侧涡旋光学元件。
也可以是，发送侧涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿绕传播方向的第1方向螺旋状地旋转。也可以是，接收侧涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿与绕传播方向的第1方向相反的第2方向螺旋状地旋转。
也可以是，发送侧涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的第1方向赋予预定相位差。也可以是，接收侧涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在与绕传播方向的第1方向相反的第2方向赋予预定相位差。
此外，以上构成要素的任意组合、将本发明的表述在方法、装置、系统等之间进行转换的内容，也作为本发明的方案而有效。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够高效地接收在多模光纤中传播的具有螺旋状的波阵面的光束的技术。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式的光通信装置的概略图。
图2是用于说明光学模拟的条件的图。
图3是表示发送侧涡旋光学元件的相位差为2π的情况下的光强度分布的图。
图4是表示发送侧涡旋光学元件的相位差为2π×6的情况下的光强度分布的图。
图5的(a)～图5的(c)是表示由光接收器接收具有图3所示的光强度分布的光束的情况下的光强度分布的图。
图6的(a)～图6的(c)是表示由光接收器接收具有图4所示的光强度分布的光束的情况下的光强度分布的图。
图7是表示本发明的实施方式的光通信装置的另一光学模拟的结果的图。
图8是表示本发明的实施方式的光通信装置的另一光学模拟的结果的图。
具体实施方式
以下说明本发明的实施方式。对各附图所表示的相同或同等的构成要素、构件、处理标注相同的附图标记，适当省略重复的说明。另外，实施方式并不限定发明而仅为示例，实施方式所描述的全部的特征或其组合并不一定是发明的本质内容。
图1是用于说明本发明的实施方式的光通信装置100的概略图。如图1所示，光通信装置100包括：光发送器10、光接收器20、以及与光发送器10和光接收器20相连接的多模光纤30。从光发送器10发送的光束在多模光纤30中传播，并由光接收器20接收。
光发送器10具备：光源11、发送侧第1透镜12、发送侧第2透镜13、以及发送侧涡旋光学元件14。光发送器10将从光源11出射的光束通过发送侧第1透镜12、发送侧涡旋光学元件14及发送侧第2透镜13而引导至多模光纤30的纤芯。
光源11例如可以为VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直腔面发射激光器)或DFB(Distributed Feedback：分布式反馈)激光器等激光二极管。作为光的波长例如可以使用850nm、1310nm、1550nm等。从光源11出射的光束的波阵面为大致平面状或大致球面状。光束的光强度分布为中心部的强度高的基本高斯形状的光强度分布。
发送侧第1透镜12使来自光源11的光束成为准直光束，并将该准直光束向发送侧涡旋光学元件14出射。发送侧涡旋光学元件14将来自发送侧第1透镜12的具有大致平面状或大致球面状的波阵面的光束变换为具有螺旋状的波阵面的光束。由此，光束的光强度分布从高斯形状变为环状的光强度分布。发送侧涡旋光学元件14的详细情况将在后面描述。发送侧第2透镜13对通过了发送侧涡旋光学元件14的光束进行聚光，并使其入射到多模光纤30的入射端30a。
发送侧第1透镜12、发送侧涡旋光学元件14及发送侧第2透镜13被以它们光轴一致的方式配置。此外，在图1中，发送侧第1透镜12、发送侧涡旋光学元件14及发送侧第2透镜13被示出为相互分开，但也可以是，例如将发送侧第1透镜12和发送侧涡旋光学元件14一体形成，或者将发送侧涡旋光学元件14和发送侧第2透镜13一体形成，或者将发送侧第1透镜12、发送侧涡旋光学元件14及发送侧第2透镜13一体形成。
光接收器20具备：受光元件21、接收侧第1透镜22、接收侧第2透镜23、以及接收侧涡旋光学元件24。光接收器20通过接收侧第1透镜22、接收侧涡旋光学元件24及接收侧第2透镜23从而由受光元件21接收在多模光纤30中传播的具有环状的光强度分布的光束。
受光元件21例如可以为Si或InGaAs等的光电二极管(PD)或雪崩光电二极管(APD)。Si适用于近红外用，InGaAs适用于近红外用到红外用。一般地说，受光元件的受光面积变大则受光元件的响应速度变慢，因此，在接收高速的光信号时，使用受光面积小的受光元件(例如受光面的直径为10μm左右)。
接收侧第1透镜22使从多模光纤30的出射端30b出射的光束成为准直光束，并将其向接收侧涡旋光学元件24出射。接收侧涡旋光学元件24将来自接收侧第1透镜22的具有螺旋状的波阵面的光束变换为具有平面状或球面状的波阵面的光束。由此，光束的光强度分布在预定条件下从环状回到高斯形状的光强度分布。接收侧第1透镜22的详细情况将在后面描述。接收侧第2透镜23对通过了接收侧涡旋光学元件24的光束进行聚光，并使其入射到受光元件21的受光面。
接收侧第1透镜22、接收侧涡旋光学元件24及接收侧第2透镜23被以它们光轴一致的方式配置。此外，在图1中，接收侧第1透镜22、接收侧涡旋光学元件24及接收侧第2透镜23被示出为相互分开，但也可以是，例如将接收侧第1透镜22和接收侧涡旋光学元件24一体形成，或者将接收侧涡旋光学元件24和接收侧第2透镜23一体形成，或者将接收侧第1透镜22、接收侧涡旋光学元件24及接收侧第2透镜23一体形成。
发送侧涡旋光学元件14及接收侧涡旋光学元件24为包含连续或阶梯式的螺旋形状(涡旋形状)的光学元件。这些涡旋光学元件可以是在板状体的任意一个主表面上形成有涡旋形状的涡旋相位板。
涡旋形状为围绕光轴连续或阶梯状地形成的螺旋形状的光学元件，具有产生光学涡旋，即，变换为在圆周方向上具有相位差的光束的功能。使波阵面为平面状或球面状的光束入射到该涡旋形状的情况下，入射光被变换为在圆周方向上具有相位差的光束，得到具有环形的光强度分布的光束。
在本说明书中，将光学涡旋的波阵面的旋转方向或涡旋形状的螺旋形状的旋转方向中沿光束的传播方向前进地向右螺旋的方向设为正(+)方向，将其反方向设为负(-)方向。
涡旋形状的相位差ΔΦ被以ΔΦ＝2π×mc×Δn×d/λ表示。在此，d为涡旋形状的最大的级差(涡旋形状的最高处与最低处的差)。mc被称作级差数(日文：チャージ数)，为在涡旋形状的一周内的级差d的形状的重复数(循环数)。λ为使用波长。Δn为构成涡旋形状的材料和周边介质在使用波长λ下的折射率的差。
作为涡旋形状，可以根据应赋予的相位差而使用各种种类。例如，可以使用：以一周赋予2π的相位差的涡旋形状(级差数mc＝1、相位差ΔΦ＝2π)、连续360度赋予相位差的涡旋形状、以180度赋予2π的相位差的值(mc＝2、ΔΦ＝2π×2)、以120度赋予2π的相位差的值(mc＝3、ΔΦ＝2π×3)等。另外在相位差ΔΦ为ΔΦ＝2π×m(m为整数)的情况下，能够得到具有相对于中心轴的轴对称性最高的环状的光强度分布的光束。m为涡旋形状的次数，涡旋形状的相位差的绝对值越大，所得到的光束的光束直径(环径)越大。在此，光束直径指在光强度分布的最大值的1/e2的强度下的最大的直径，环状光束的情况下与环径对应。
在本实施方式的光通信装置100中，发送侧涡旋光学元件14被构成为使入射的光束的波阵面沿绕传播方向的正方向螺旋状地旋转。另一方面，接收侧涡旋光学元件24被构成为使入射的光束的波阵面沿绕传播方向的负方向螺旋状地旋转。即，发送侧涡旋光学元件14和接收侧涡旋光学元件24被构成为使入射的光束的波阵面沿彼此相反的方向螺旋状地旋转。此外，也可以是使光束的波阵面在发送侧沿绕传播方向的负方向、在接收侧沿绕传播方向的正方向地螺旋状地旋转的方式。
发送侧涡旋光学元件14被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的正方向赋予预定相位差ΔΦ。另一方面，接收侧涡旋光学元件24被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的负方向赋予预定相位差ΔΦ。即，由发送侧涡旋光学元件14赋予的正方向的相位差和由接收侧涡旋光学元件24赋予的负方向的相位差的绝对值相同。此外，也可以是在发送侧向绕传播方向的负方向、在接收侧向绕传播方向的正方向被赋予预定相位差的方式。
下面，表示如上述这样构成的光通信装置100的光学模拟的结果。图2是用于说明光学模拟的条件的图。
从多模光纤30向光接收器20出射的光束的模式受到从光发送器10出射并入射到多模光纤30的光束的模式、以及在多模光纤30内传播的模式的影响。在多模光纤30内传播的模式，可能在其传播中受到模式的变换等外部干扰的影响。但是，在此为了简化说明，考虑如下情况：从光发送器10出射的光束的模式在多模光纤30内的传播中也被保持，与从光发送器10出射的光束的模式为相同模式的光束从多模光纤30向光接收器20出射。这种条件的光学系统如图2所示，可以等价地表示为光束在位置A被光发送器10聚光、且光接收器20将其接收的光学系统。
首先，考虑从光发送器10出射的光束在预定位置A成像的情况。在此，作为光发送器10的光源11，设想出射波长850nm的基本高斯光束(NA＝0.2，出射端的光束直径为2.6μm)的VCSEL。从光源11出射的光束的波阵面为大致球面状。
如图2所示，通过发送侧第1透镜12使来自光源11的光束成为光束直径为0.24mm的大致平行光(光束的波阵面为大致平面状)，由发送侧涡旋光学元件14变换为具有螺旋状的波阵面的光束，并通过发送侧第2透镜13将光束聚光在预定位置A。
光源11、发送侧第1透镜12、发送侧涡旋光学元件14及发送侧第2透镜13被以各自的光轴共通的方式配置。发送侧涡旋光学元件14在透射准直光束的情况下其光学效果最明显，因此被配置在发送侧第1透镜12与发送侧第2透镜13之间。
发送侧第1透镜12及发送侧第2透镜13为材质的折射率n1＝1.51、透镜有效直径D1＝0.25mm、中心厚度CT＝0.5mm的平凸(PC：Planar-Convex)透镜，使凸侧的形状为近轴的曲率半径的大小R＝0.23mm，并设置成对形状进行了最优化的非球面形状，以使在使与光轴平行的平行光从平面侧的面入射时聚光点处的波像差成为最小。
发送侧涡旋光学元件14中，材质的折射率n2＝1.51，有效直径D2＝0.25mm，通过了发送侧涡旋光学元件14的光的螺旋的旋转方向成为正方向，考虑了被赋予的相位差ΔΦ为2π的情况和为2π×6的情况。
图3表示发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π的情况的光强度分布。图4表示发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π×6的情况的光强度分布。这些都是图2所示的位置A的光强度分布。如图3及图4所示，都是具有环状的光强度分布的聚光点。
图3所示的发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π时的环径为6.6μm。图4所示的发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π×6时的环径为21.7μm。由此可知，发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ越大，聚光时的光束直径越大。
如上所述，多模光纤根据制造方法不同而存在纤芯的中心部分的折射率分布不稳定的情况，由此可能发生DMD。通过在光发送器10设置发送侧涡旋光学元件14，而使具有环状的光强度分布的光束入射到多模光纤30的纤芯，因为入射到折射率可能不稳定的纤芯的中心部分的光减少，所以可抑制DMD的发生。
多模光纤的纤芯径一般为50μm或62.5μm。因此，在图3所示的具有环径为6.6μm的光强度分布的光束的情况下，容易受到多模光纤30的纤芯的中心部分的影响，难以抑制DMD。另一方面，在图4所示的具有环径为21.7μm的光强度分布的光束的情况下，不易受到多模光纤30的纤芯的中心部分的影响，DMD的抑制效果较好。在此，需要注意的是，若将光束直径过度加大，则这次容易耦合到多模光纤的所谓高次的传播模式，因此容易引起弯曲损耗等。
下面，考虑具有通过光发送器10聚光在位置A的环状的光强度分布的光束在光接收器20的受光元件21上成像的情况。作为受光元件21，设想受光面的直径为10μm左右的PD或APD。
如图2所示，通过接收侧第1透镜22放大在位置A具有环状的光强度分布的光束的光束直径。此时的光束因光发送器10的作用而具有旋转方向为正方向的螺旋状的波阵面。在使该光束透射过接收侧涡旋光学元件24后，通过接收侧第2透镜23使其在受光元件21的受光面聚光。
接收侧第1透镜22、接收侧涡旋光学元件24、接收侧第2透镜23及受光元件21被以各自的光轴共通的方式配置。接收侧涡旋光学元件24在透射准直光束的情况下其光学效果最明显，因此被配置在接收侧第1透镜22与接收侧第2透镜23之间。接收侧第1透镜22及接收侧第2透镜23的各规格与发送侧第1透镜12及发送侧第2透镜13相同。
图5的(a)～图5的(c)表示由光接收器20接收具有图3所示的光强度分布的光束的情况下的光强度分布。图3是发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π的情况下的光强度分布。
图5的(a)表示在光接收器20中未设置接收侧涡旋光学元件24的情况下的受光元件21中的光强度分布。图5的(b)表示接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为2π的情况(即，向与发送侧涡旋光学元件14相同的正方向赋予2π的相位差的情况)下的受光元件21中的光强度分布。图5的(c)表示接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为-2π的情况(即，向与发送侧涡旋光学元件14相反的负方向赋予2π的相位差的情况)下的受光元件21中的光强度分布。
根据图5的(a)可知，在未设置接收侧涡旋光学元件24的情况下，受光元件21中的光强度分布当然与从光发送器10出射的光束的光强度分布(即，位置A的光强度分布)同样为环状。在这种环状的光强度分布的情况下，因中心部的光强度明显低，故受光元件21处的受光量变得非常小。
另外，根据图5的(b)可知，在接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为2π的情况下，由于在被发送侧涡旋光学元件14赋予的2π的相位差上又追加2π的相位差，故环径变大为9.0μm(在位置A环径为6.6μm)。这种情况下，因中心部的光强度明显低，故受光元件21的受光量也变得非常小。
另外，根据图5的(c)可知，在接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为-2π的情况下，由于被发送侧涡旋光学元件14赋予的2π的相位差因被接收侧涡旋光学元件24赋予的-2π的相位差而减小，故光束直径为3.6μm，变小成与基本高斯(光源11的出射模式)近似的程度。这种情况下，若考虑受光元件21的受光面的直径为10μm左右，则可以说是适于高效地接收光束的光束直径。
图6的(a)～图6的(c)表示由光接收器20接收具有图4所示的光强度分布的光束的情况下的光强度分布。图4是发送侧涡旋光学元件14的相位差ΔΦ为2π×6的情况下的光强度分布。
图6的(a)表示在光接收器20中未设置接收侧涡旋光学元件24的情况下的受光元件21中的光强度分布。图6的(b)表示接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为2π×6的情况(即，向与发送侧涡旋光学元件14相同的正方向赋予2π×6的相位差的情况)下的受光元件21中的光强度分布。图6的(c)表示接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ为-2π×6的情况(即，向与发送侧涡旋光学元件14相反的负方向赋予2π×6的相位差的情况)下的受光元件21的光强度分布。
根据图6的(a)可知，在未设置接收侧涡旋光学元件24的情况下，受光元件21中的光强度分布当然与从光发送器10出射的光束的光强度分布(即，位置A的光强度分布)同样为环状。在这种环状的光强度分布的情况下，因为中心部的光强度明显低，所以受光元件21处的受光量变得非常小。
另外，根据图6的(b)可知，在接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ设为2π×6的情况下，由于在被发送侧涡旋光学元件14赋予的2π×6的相位差上又追加2π×6的相位差，故光强度分布成为散逸的状态。这种情况下，因为中心部的光强度明显低，所以受光元件21处的受光量也变得非常小。
另外，根据图6的(c)可知，在接收侧涡旋光学元件24的相位差ΔΦ设为-2π×6的情况下，由于被发送侧涡旋光学元件14赋予的2π×6的相位差因被接收侧涡旋光学元件24赋予的-2π×6的相位差而减小，故光束直径为3.0μm，变小成与基本高斯(光源11的出射模式)近似的程度。这种情况下，若考虑受光元件21的受光面的直径为10μm左右，则可以说是适于高效地接收光束的光束直径。
根据上述光学模拟的结果，可知在发送侧涡旋光学元件14的相位差为2π×6，接收侧涡旋光学元件24的相位差为-2π×6的情况下，能够实现DMD的抑制和光束受光效率的改善这二者。另一方面，可知在在发送侧涡旋光学元件14的相位差为2π，接收侧涡旋光学元件24的相位差为-2π的情况下，虽能够实现光束受光效率的改善，但DMD的抑制效果有限。
图7及图8表示光通信装置100的另一光学模拟的结果。该光学模拟的条件与图2中说明的相同。在该光学模拟中，被发送侧涡旋光学元件14赋予的相位差为阶段性且非2π的整数倍的值，并且由接收侧涡旋光学元件24赋予0、-2π的相位差，求得被聚光在受光元件21上的光的光点。
被发送侧涡旋光学元件14赋予的相位差并非2π的整数倍是表示如下状态：被赋予2π的整数倍的相位差的光束从光发送器10出射，在多模光纤30中传播，因模色散等而该光束的相位差从2π的整数倍偏离的状态。模拟了这样的相位差从2π的整数倍偏离的光束如何被接收侧涡旋光学元件24聚光在受光元件21。
图7表示在被发送侧涡旋光学元件14赋予的相位差为+2π×η(η＝0.7～1.3)的情况下，在未设有接收侧涡旋光学元件24的光接收器20的受光元件21的受光面上形成的聚光点和其环径或光束直径。
这种情况下，形成在受光元件21的受光面上的聚光点为环状。聚光点的环径为5.0μm～7.1μm，能够在具有直径10μm左右的受光面的受光元件21上聚光，但因性能比较稳定的受光面的中心部的光强度明显低，故受光元件21处的受光量变得非常小。
而且，在为了生成避开多模光纤30的中心部的环径的光束而由发送侧涡旋光学元件14赋予2π×6左右的相位差的情况下，在受光元件21的受光面上形成的聚光点的环径成为5.0μm～7.1μm的2～3倍左右。这种情况下，由于一部分光会从直径10μm左右的受光面脱离，因此表明受光元件21处的受光量进一步变小。
图8表示在被发送侧涡旋光学元件14赋予的相位差为+2π×η(η＝0.7～1.3)的情况下，在具有所赋予的相位差为-2π的接收侧涡旋光学元件24的光接收器20的受光元件21的受光面上形成的聚光点和其环径或光束直径。
这种情况下，形成在受光元件21的受光面上的聚光点并非环状，为中心部的光强度高的聚光点。另外，聚光点的光束直径为3.6μm～4.0μm，适于在具有直径10μm左右的受光面的受光元件21上聚光。
另外，在由发送侧涡旋光学元件14赋予2π×6左右的相位差的情况下，在受光元件21的受光面上形成的聚光点的光束直径为3.6μm～4.0μm的2～3倍左右，但该情况下也能够用具有直径10μm左右的受光面的受光元件21充分受光。
根据上述光学模拟的结果可知，在考虑到多模光纤30的模色散等的情况下，也能够通过在光发送器10和光接收器20上分别设置赋予彼此相反的方向的相位差的涡旋光学元件，来实现DMD的抑制和光束受光效率的改善这二者。
以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应当理解，该实施方式仅为示例，其各构成要素或各处理流程的组合可以有各种变形例，且这些变形例也在本发明的范围内。
附图标记说明
10光发送器，11光源，12发送侧第1透镜，13发送侧第2透镜，14发送侧涡旋光学元件，20光接收器，21受光元件，22接收侧第1透镜，23接收侧第2透镜，24接收侧涡旋光学元件，30多模光纤，100光通信装置。
工业可利用性
本发明能够利用于使用多模光纤的光通信装置。

Claims (6)

1.一种光接收器，通过受光元件接收在多模光纤中传播的具有螺旋状的波阵面的光束，其特征在于，
包括涡旋光学元件，其被配置在上述多模光纤与上述受光元件之间。
2.如权利要求1所述的光接收器，其特征在于，
在上述多模中传播的光束为具有沿绕传播方向的第1方向螺旋状地旋转的波阵面的光束；
上述涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿与绕传播方向的上述第1方向相反的第2方向螺旋状地旋转。
3.如权利要求2所述的光接收器，其特征在于，
在上述多模中传播的光束为具有在绕传播方向的上述第1方向赋予了预定相位差的波阵面的光束；
上述涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的上述第2方向赋予预定相位差。
4.一种光通信装置，其特征在于，包括：
光发送器，其将从光源出射的光束通过多模光纤发送，具备被配置在上述光源和上述多模光纤之间的发送侧涡旋光学元件，以及
光接收器，其由受光元件接收在上述多模光纤中传播的光束，具备被配置在上述多模光纤与上述受光元件之间的接收侧涡旋光学元件。
5.如权利要求4所述的光通信装置，其特征在于，
上述发送侧涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿绕传播方向的第1方向螺旋状地旋转；
上述接收侧涡旋光学元件被构成为使入射的光束的波阵面沿与绕传播方向的上述第1方向相反的第2方向螺旋状地旋转。
6.如权利要求5所述的光通信装置，其特征在于，
上述发送侧涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的上述第1方向赋予预定相位差；
上述接收侧涡旋光学元件被构成为对入射的光束的波阵面在绕传播方向的上述第2方向赋予预定相位差。
CN201880027522.7A 2017-04-27 2018-02-23 光接收器及光通信装置 Active CN110603469B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-088309 2017-04-27
JP2017088309 2017-04-27
PCT/JP2018/006756 WO2018198511A1 (ja) 2017-04-27 2018-02-23 光受信器および光通信装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110603469A true CN110603469A (zh) 2019-12-20
CN110603469B CN110603469B (zh) 2022-04-26

Family

ID=63918871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880027522.7A Active CN110603469B (zh) 2017-04-27 2018-02-23 光接收器及光通信装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20200064568A1 (zh)
EP (1) EP3617759A4 (zh)
JP (1) JP7088914B2 (zh)
CN (1) CN110603469B (zh)
TW (1) TWI788330B (zh)
WO (1) WO2018198511A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027363A1 (zh) * 2022-08-01 2024-02-08 华为技术有限公司 光无源模组、光模块以及通信设备

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112859044B (zh) * 2021-02-19 2023-12-29 北京理工大学 一种基于涡旋光的水下激光雷达系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1309310A (zh) * 2000-01-21 2001-08-22 日本板硝子株式会社 光学元件
US20040201893A1 (en) * 2000-12-15 2004-10-14 Coleman Christopher L. Diffractive optical element for providing favorable multi-mode fiber launch and reflection management
JP2009300486A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Ricoh Co Ltd 光学機器及び光学装置
US20100002993A1 (en) * 2006-08-30 2010-01-07 Erez Hasman Apparatus and method for excitation of a single mode in a waveguide
US20110243498A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Nirmal Kumar Viswanathan System and Method for Generating an Optical Vector Vortex Beam
WO2013110842A1 (es) * 2012-01-26 2013-08-01 Universitat Autonoma De Barcelona Sistema, método, transmisor y receptor de comunicaciones ópticas
CN104062704A (zh) * 2014-06-13 2014-09-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 用于产生和传输涡旋光束的微结构光纤
CN104808272A (zh) * 2015-04-28 2015-07-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 产生完美涡旋阵列的二维编码相位光栅
US20150253504A1 (en) * 2013-03-15 2015-09-10 Jasbinder S. Sanghera Phase and amplitude control for optical fiber output
US20150316716A1 (en) * 2011-12-14 2015-11-05 Ofs Fitel, Llc Optical fiber with distributed bend compensated filtering
CN105075152A (zh) * 2013-04-11 2015-11-18 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于光隔离的模式转换
CN105572794A (zh) * 2016-03-08 2016-05-11 哈尔滨工程大学 一种三角芯涡旋场光纤及其制备方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8529139B2 (en) * 1998-09-22 2013-09-10 Digitaloptics Corporation East Optical element and system using the same
US8244085B2 (en) * 2004-07-02 2012-08-14 Finisar Corporation Optical transceiver interface for multimode fibers
JP2008046312A (ja) 2006-08-14 2008-02-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 光モジュール
CN101930096B (zh) * 2009-06-26 2014-07-23 Jds尤尼弗思公司 用于将光耦合到光波导中的光学组件
US8326157B2 (en) * 2009-06-30 2012-12-04 Cambridge Enterprise Limited High-speed optical transceiver, a bi-directional duplex optical fiber link, and a method for providing a bi-directional duplex optical fiber link
CN101902276B (zh) * 2010-06-24 2013-03-06 北京理工大学 一种基于光束轨道角动量的自由空间激光通信系统
US20160124149A1 (en) 2014-10-31 2016-05-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd Conditioned launch of a single mode light source into a multimode optical fiber

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1309310A (zh) * 2000-01-21 2001-08-22 日本板硝子株式会社 光学元件
US20040201893A1 (en) * 2000-12-15 2004-10-14 Coleman Christopher L. Diffractive optical element for providing favorable multi-mode fiber launch and reflection management
US20100002993A1 (en) * 2006-08-30 2010-01-07 Erez Hasman Apparatus and method for excitation of a single mode in a waveguide
JP2009300486A (ja) * 2008-06-10 2009-12-24 Ricoh Co Ltd 光学機器及び光学装置
US20110243498A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Nirmal Kumar Viswanathan System and Method for Generating an Optical Vector Vortex Beam
US20150316716A1 (en) * 2011-12-14 2015-11-05 Ofs Fitel, Llc Optical fiber with distributed bend compensated filtering
WO2013110842A1 (es) * 2012-01-26 2013-08-01 Universitat Autonoma De Barcelona Sistema, método, transmisor y receptor de comunicaciones ópticas
US20150253504A1 (en) * 2013-03-15 2015-09-10 Jasbinder S. Sanghera Phase and amplitude control for optical fiber output
CN105075152A (zh) * 2013-04-11 2015-11-18 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于光隔离的模式转换
CN104062704A (zh) * 2014-06-13 2014-09-24 中国科学院西安光学精密机械研究所 用于产生和传输涡旋光束的微结构光纤
CN104808272A (zh) * 2015-04-28 2015-07-29 中国科学院上海光学精密机械研究所 产生完美涡旋阵列的二维编码相位光栅
CN105572794A (zh) * 2016-03-08 2016-05-11 哈尔滨工程大学 一种三角芯涡旋场光纤及其制备方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALEXEYEV: "Spin-orbit-interaction-induced generation of optical vortices in multihelicoidal fibers", 《PHYSICAL REVIEW》 *
VOLYAR: "Vortical nature of optical-fiber modes. III. Excitation of guided vortices", 《TECHNICAL PHYSICS LETTERS》 *
张羚翔: "环形光子晶体光纤中涡旋光的传输特性研究", 《物理学报》 *
陆璇辉: "涡旋光束和光学涡旋的研究", 《红外与激光工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024027363A1 (zh) * 2022-08-01 2024-02-08 华为技术有限公司 光无源模组、光模块以及通信设备

Also Published As

Publication number Publication date
TWI788330B (zh) 2023-01-01
EP3617759A4 (en) 2021-01-06
JP7088914B2 (ja) 2022-06-21
JPWO2018198511A1 (ja) 2020-03-05
US20200064568A1 (en) 2020-02-27
TW201839437A (zh) 2018-11-01
EP3617759A1 (en) 2020-03-04
CN110603469B (zh) 2022-04-26
WO2018198511A1 (ja) 2018-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8442365B2 (en) Optical subassembly for coupling light into an optical waveguide
US6349159B1 (en) Lenses that launch high bandwidth modes into a fiber optic cable while eliminating feedback to a laser
CN105075152A (zh) 用于光隔离的模式转换
US8582936B2 (en) Separating and combining single-mode and multimode optical beams
WO2011056187A1 (en) Expanded beam interface device and method for fabricating same
CN110603469B (zh) 光接收器及光通信装置
US20080240718A1 (en) Free-Space Communications System and Method
Perumal Sankar et al. A novel method to increase the coupling efficiency of laser to single mode fibre
CN107111065B (zh) 光耦合器及带grin透镜光纤的光耦合方法
Amphawan et al. Effect of vortex order on helical-phased donut mode launch in multimode fiber
US10007072B1 (en) Optical coupling system having a perturbed curved optical surface that reduces back reflection and improves mode matching in forward optical coupling
Yabre Influence of core diameter on the 3-dB bandwidth of graded-index optical fibers
US8326097B2 (en) Method and apparatus for providing a linear phase mode-matched launch of light into an end of a multimode optical fiber
US20130266033A1 (en) Modal filters for modulatable sources
US10459169B2 (en) Dispersion-compensative optical assembly
CN101930096B (zh) 用于将光耦合到光波导中的光学组件
CN103842870A (zh) 用于可调制的源的多模光纤
Adachi et al. A passive optical alignment technique for single-mode fibers and light-source arrays
JP2017026660A (ja) 光ファイバ端末
Zhou et al. Design analysis of a fiber-bundle-based mobile free-space optical link with wavelength diversity
WO2006063807A2 (en) Optical coupling device using a rod-shaped lens with aspeherical surfaces
Hatai et al. Application of GI polymer optical waveguide to coupling devices between multimode fiber and VCSEL
JP2018189845A (ja) 光伝送モジュール
Ramesh et al. Design of a coupling lens assembly and study on the impact of optical misalignments and variations of lens assembly on BER of a system
Mishra A Study on Surface-Emitting Lasers and Fiber Link Coupling Efficiency

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant