CN110892300B - 光纤和光传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的光纤具有芯以及被设置在前述芯的外周部并且折射率比前述芯区域低的包层。在本发明的光纤中，表示LP02模式的归一化频率的V值是4.8以上6.4以下。

Description

光纤和光传输系统
技术领域
本发明涉及在内部传播多个传播模式的光纤和将该光纤用作传输路径的光传输系统。本申请基于在2017年8月1日向日本申请的日本特愿2017-149494号要求优先权，并将其内容引用于此。
背景技术
近年来，作为对通信网络的传输容量进行扩大的技术，提出了使用多个传播模式的多模光纤。以下，存在将传播模式仅称为模式的情况。使用了多个传播模式的模式复用传输能够使传输容量根据传播模式的数量而增大，因此，作为新的大容量传输方式而被注目。
在使用了多模光纤的传输中，在传输路径中产生模间的串扰。作为补偿模间的串扰的方法，例如已知在接收端使用MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）的方法。然而，当接收端的模间的群延迟差（Differential Mode Delay：DMD，差模延迟）变大时，涉及到MIMO的数字处理（Digital Signal Processing，数字信号处理：DSP）的负荷变大。例如如非专利文献1所公开的那样，为了实现长距离传输，要求DSP的负荷的减少。
为了缓和DMD对DSP的影响，例如在非专利文献2、3中提出了光传输系统，所述光传输系统具备模式消光比高的模式合波器和模式分波器、以及极力抑制了模间的耦合的光纤传输路径。例如，在后述的参考文献1中提出了用于抑制模间的耦合的阶跃折射率型的光纤。通过使用模式消光比高的模式合波器和模式分波器以及抑制了模耦合的光纤传输路径，从而能够抑制由接收端的MIMO的DSP造成的模间串扰的补偿。通过使用模式消光比高的模式合波器和模式分波器以及抑制了模耦合的光纤传输路径，从而能够用与以往的具备单模光纤来作为传输路径的光传输系统相同程度的DSP的负荷来恢复信号。
在本说明书中记载的“单模光纤”表示具有在光传输系统中使用的波长的光在内部以单模进行传播的光纤。在本说明书中记载的“多模式光纤”和“多模光纤”表示具有在光传输系统中使用的波长的光在内部以多模式和多模进行传播的光纤。
非专利文献2所记载的光传输系统将信号载置于LP01、LP11、LP21的各传播模式的光，进行信号光的传输。非专利文献3所记载的光传输系统将信号载置于LP01、LP11、LP21、LP02的各传播模式的光，进行信号光的传输。非专利文献2、3所记载的光传输系统中的MIMO的DSP的负荷与具备单模光纤来作为传输路径的以往的光传输系统是相同程度的。然而，非专利文献2、3所记载的光传输系统中的信号光的传播距离是40km左右。
为了增加传输距离，要求模间的串扰的进一步减少。例如，在非专利文献4中示出了当使用模式消光比高的光纤来作为光传输系统的传输路径时，信号光的损失为0.218dB/km左右，比以往的单模光纤大。在模式消光比高的光纤中高掺杂GeO2，因此，模式消光比高的光纤的相对折射率差是0.67%。以往的单模光纤的相对折射率差是0.35%左右。模式消光比高的光纤的相对折射率差比以往的单模光纤的相对折射率差高，因此，模式消光比高的光纤的瑞利散射损失增加。由于瑞利散射损失增加，所以模式消光比高的光纤中的信号光的损失比以往的单模光纤大。
为了增加光传输系统的传输距离，在接收端得到充分的信噪比是重要的。为了在接收端得到充分的信噪比，需要使向作为传输路径的光纤的输入强度变高。另一方面，为了抑制由伴随着光强度的增加而发生的非线性效果造成的信号劣化，期望芯中的各传播模式的有效截面积的扩大。例如，在非专利文献4所记载的光纤中，作为基模的LP01模式的有效截面积Aeff是124μm2。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：S. O. Arik, D. Askarov, J. M. Kahn, “Effect of modecoupling on signal processing complexity in mode-division multiplexing,” J.LightwaveTechnol. Vol.31 (3), (2013), pp.423-431；
非专利文献2：P. Genevaux, C. Simonneau, G. Labroille, B. Denolle,O.Pinel, P. Jian, J. F. Morizur, G. Charlet, “6-mode Spatial Multiplexer withLow Loss and High Selectivity for Transmission over Few Mode Fiber,”OFC 2015,paper W1A.5；
非专利文献3： C. Simonneau, P. Genevaux, G. L. Cocq, Y. Quiquempois,L. Bigot, A. Boutin, M. Bigot-Astruc, P. Sillard, G. Charlet, “5-modeAmplifier with Low Modal Crosstalk for Spatial Mode Multiplexing Transmissionwith Low Signal Processing Complexity,”ECOC 2015, paper We.2.4.2；
非专利文献4：P. Sillard, M. B. Astruc, D. Boivin, H. Maerten,L.Provost, “Few-Mode Fiber for Uncoupled Mode-Division MultiplexingTransmissions,” ECOC 2011, paper Tu.5.LeCervin.7。
发明内容
发明要解决的课题
为了在不经由中继器的情况下使可传输信号光的传输距离变长，要求作为传输路径的光纤的低串扰化、低损失化、低非线性化。
本发明是鉴于上述的问题而完成的。在本发明中，提供了低串扰化、低损失化、低非线性化优越且仅对特定的传播模式的光进行传播的光纤和具备该光纤的光传输系统。
用于解决课题的方案
本发明的光纤是例如在包层中掺杂氟并且具有相对折射率差被减少而由石英构成的芯的光纤。已经通过具有由石英构成的芯而提出了0.146dB/km、0.1419dB/km左右的低损失的单模光纤。关于这样的低损失的单模光纤，例如能够参照参考文献1（S. Makovejs,et. al. “Record-Low (0.1460dB/km) Attenuation Ultra-Large Aeff Optical Fiberfor Submarine Applications,”OFC 2015, Post Deadline Papers, paper Th5A.2）或参考文献2（Y. Tamura, et. al.“Lowest-Ever 0.1419-dB/km Loss Optical Fiber,” OFC2017, paper Th5D.1）等。然而，参考文献1所记载的光纤的有效截面积是148μm2，参考文献2所记载的光纤的有效截面积是147μm2。
报告了在具备可传播LP01模式和LP11模式的光纤的传输路径中仅传播作为第一高阶模的LP11模式的光传输系统。关于仅传播LP11模式的光传输系统，例如能够参照参考文献3（A. A. Amin, et. al. “Dual-LP 11 mode 4×4 MIMO-OFDM transmission over atwo－mode fiber,”Opt. Exp. Vol.19 (17), (2011), pp.16672-16679）。
本发明人为了达成低串扰化、低损失化、低非线性化优越且仅传播特定的传播模式（特别是LP02模式）的光这样的目的，对考虑了有效的截止波长（cutoff wavelength）的光纤的构造进行了讨论。在设计多模光纤的情况下，保证在传输的信号光的波长区域中传播特定的模式的光是重要的。不在设想的波长区域中传播的模式的光的截止波长成为涉及到多模光纤的构造的基本的参数。以下，存在将不在设想的波长区域中传播的模式称为不需要的模式的情况。
在实际的光纤中，在截止波长的附近，不需要的模式的损失变大。据此，产生以下这样的现象：在理论上能够进行高阶模的光的导波的与截止波长相比短波长侧的波长区域中事实上仅导波特定的模式的光。关于该现象，例如能够参照参考文献4（Y. Kato, et.al.“Effective Cutoff Wavelength of the LP 11 Mode in Single-Mode Fiber Cables,”J. Lightwave Tech. QE-17 (1), (1981), pp.35-39）。
本发明人为了达成上述目的而进行了专心讨论，新发现了光传输系统，完成了本发明，所述光传输系统具备：＜1＞发送器、＜2＞具有传播多个模式的光的光纤的传输路径、＜3＞仅对特定的模式（特别是LP02模式）进行激励和合波的模式合波器、＜4＞仅将特定的模式分波并变换为基模（即LP01模式）的模式分波器、＜5＞接收器。利用具备这些结构的光传输系统，抑制模间的串扰，因此，能够减少DSP的负荷。在本发明中，考虑有效的截止波长，减少传播损失。在本发明中，在具备扩大了有效截面积的光纤的传输路径中仅传播特定的模式（即LP02模式）的光。据此，提供了在抑制了模间的串扰之上还能够实现传输容量的扩大和传输距离的延长化且能够减少DSP的负荷的光传输系统。
本发明的光纤具有：芯；以及包层，被设置在所述芯的外周部，并且，具有比所述芯低的折射率，表示LP02模式的归一化频率的V的值是4.8以上6.4以下。在本说明书中，LP02模式是指表示线偏振模（Linearly Polarized mode）是LP02。
此外，在本发明的光纤中，表示LP02模式的归一化频率的V的值是5.3以上6.4以下，有效截面积是150μm2以上，所述芯的半径是8.0μm以上13.4μm以下，相对折射率差是0.33%以上0.55%以下也可。
本发明的光传输系统具备：传输路径，具有上述的光纤；发送器，输出信号光；模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；模式变换器，将被激励为LP02模式且从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及接收器，接收被变换为基模的所述信号光。所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播。
在本发明的光传输系统中，也可以具备对被激励为LP02模式的所述信号光进行放大的放大器。
此外，在本发明的光传输系统中，在所述模式激励器与所述模式变换器之间还可以具备将LP02模式的所述信号光变换为基模的所述信号光的第六模式变换器、将基模的所述信号光变换为LP02模式的所述信号光的第七模式变换器、以及将所述第六模式变换器和所述第七模式变换器连接且被赋予弯曲的光纤或将所述第六模式变换器和所述第七模式变换器连接的单模光纤来作为将LP02模式以外的模式除去的不需要模式除去设备。
本发明的光传输系统具备：传输路径，具有上述的光纤；发送器，输出信号光；模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；第一模式变换器，将被激励为LP02模式且从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；第二放大器，对被变换为基模并且从所述第一模式变换器输出的所述信号光进行放大；第二模式变换器，将由所述第二放大器放大后的基模的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式；第三模式变换器，将由所述第二模式变换器激励出的LP02模式的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及接收器，接收由所述第三模式变换器变换后的基模的所述信号光。所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播。
本发明的光传输系统具备：传输路径，具有上述的光纤；发送器，输出信号光；模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；拉曼放大用激发光源；第四模式变换器，将从所述拉曼放大用激发光源输出的激发光的线偏振模变换为LP02模式；激发光合波器，用于将由所述第四模式变换器变换后的所述激发光合波到所述传输路径；第五模式变换器，将从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及接收器，接收由第五模式变换器变换为基模的所述信号光。所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播。
本发明的光传输系统具备：传输路径，具有根据权利要求1或2所述的光纤；发送器，输出信号光；模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；激发光源；第四模式变换器，将从所述激发光源输出的激发光的线偏振模变换为LP02模式；激发光合波器，用于将由所述第四模式变换器变换后的所述激发光合波到所述传输路径；放大光纤，被设置于所述传输路径，并且，利用所述激发光来对由所述模式激励器激发的所述信号光进行放大；第五模式变换器，将从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及接收器，接收由第五模式变换器变换为基模的所述信号光。所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播。
在本发明的光传输系统中，在所述激发光合波器与所述第五模式变换器之间设置有第三放大器也可。
发明效果
根据本发明，在将考虑了有效的截止波长的光纤用作传输路径的情况下，仅传播特定的模式（即LP02模式）的光，由此，能够实现低串扰、低损失、低非线性化，并且缓和模式复用传输中的MIMO的DSP的负荷的增大，使传输距离变长。
附图说明
图1A是沿着本发明的光纤的径向的截面图。
图1B是示出本发明的光纤的折射率分布的图。
图2是对在本发明的光纤中传播的模式的强度分布进行说明的图。
图3是示出本发明的光纤的芯半径与相对折射率差的关系的图表。
图4是示出使芯半径和相对折射率差的有效截止（effective cutoff）的系数为1.13的情况下的本发明的光纤的芯半径与相对折射率差的关系的图表。
图5是示出使芯半径和相对折射率差的有效截止的系数为1.25的情况下的本发明的光纤的芯半径与相对折射率差的关系的图表。
图6是示出改变本发明的光纤的LP02模式的有效截面积的情况下的芯半径与相对折射率差的关系的图表。
图7是对光纤的弯曲进行说明的图。
图8是说明相对于光纤的曲率的模耦合（mode coupling）的图表。
图9是示出本发明的光纤的曲率与模间串扰的关系的图表。
图10是示出本发明的光纤中的LP01模式的冲激响应的图表。
图11是示出本发明的光纤中的LP11模式的冲激响应的图表。
图12是示出本发明的光纤中的LP21模式的冲激响应的图表。
图13是示出本发明的光纤中的LP02模式的冲激响应的图表。
图14A是示出本发明的光传输系统的图。
图14B是示出本发明的光传输系统的图。
图14C是示出本发明的光传输系统的图。
图15是示出向试制的本发明的光纤输入了LP01模式、LP11模式、LP21模式、LP02模式的情况下的传输距离与Q值的关系的图表。
图16是示出向试制的本发明的光纤输入了LP02模式的情况下的输入强度与Q值的关系的图表。
图17A是示出具备在LP02模式下最佳设计出的本发明的光纤来作为传输路径的光传输系统的图。
图17B是示出具备在LP02模式下最佳设计出的本发明的光纤来作为传输路径的光传输系统的图。
图17C是示出具备在LP02模式下最佳设计出的本发明的光纤来作为传输路径的光传输系统的图。
图18是示出本发明的光传输系统即具有将信号载置于LP02模式的光的情况下的模式变换器和放大器的光传输系统的图。
图19是示出本发明的光传输系统即将信号载置于LP02模式的光并将其拉曼放大的光传输系统的图。
具体实施方式
以下，参照附图来对本发明的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式是本发明的实施的一个例子，本发明不限定于在以下说明的实施方式。再有，在本说明书和附图中，对具有相同的功能的结构标注相同的附图标记，省略那些结构的重复的说明。
（第一实施方式）
如图1A所示那样，本发明的第一实施方式的光纤201具有芯202、以及被设置在芯202的外周部并且具有比芯202低的折射率的包层（clad）203。
如图1B所示那样，光纤201具有阶跃折射率型的折射率分布。通过具有阶跃折射率型的折射率分布，从而光纤201的设计和制造是容易的。芯202由纯度为99.999999%以上且杂质的比例为10-6%质量以下的石英构成。在本发明中，与以往相比，扩大了芯202的芯半径（半径）r，减少了相对于包层203的相对折射率差Δ。此外，在本发明中，理论上存在LP31模式和LP12模式的有效折射率。在光纤201中，如后述那样满足弯曲损失和截止条件，因此，不传播LP31模式和LP12模式的光。
在模式复用传输中使用的多模光纤（光纤）传输对信号进行载置的高阶的模式的光。当扩大芯202时，能够依次传播图2所示的LP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12、LP41、LP22、LP03的各模式的光。在通常的单模光纤中，仅能够传播作为基模的LP01模式。因此，单模光纤的芯的半径是4.5μm左右，单模光纤的相对折射率差是0.35%左右。由于能够期待有效截面积的扩大和低串扰，所以在本发明中采用了LP02模式来作为特定的模式。
在多模光纤的设计中，要求在传输的信号光的波长区域中可靠地传播期望的模式的光。在LP02模式在C带（1530nm以上1565nm以下的波长区域）中传播的光纤中，需要考虑不需要的模式的最低阶的模式即LP31模式的1565nm下的截止条件和LP02模式的1565nm下的弯曲损失。在阶跃折射率型的光纤中，在弯曲损失最大的长波长侧，考虑期望的最高阶的模式的弯曲损失。已经知晓了能够传播7个LP模式的光的阶跃折射率型的光纤的设计。然而，在能够传播7个LP模式的光的以往的光纤中，暗示了传播的模式的数量的增大以及传播损失的增大。
表示光纤中的归一化频率的V值由（1）式表示。
[数式1]
Figure 321850DEST_PATH_IMAGE002
。
（1）式的λ表示光的波长，ncore表示芯202的折射率，nclad表示包层203的折射率。
在光纤201能够传播单模的情况下，V值＜2.4。在光纤201能够传播2个LP模式的情况下，2.4＜V值＜3.8。在光纤201能够传播4个LP模式的情况下，3.8＜V值＜5.1。在光纤201能够传播5个LP模式的情况下，5.1＜V值＜5.5。在光纤201能够传播6个LP模式的情况下，5.5＜V值＜6.4。在光纤201能够传播7个LP模式的情况下，6.4＜V值＜7.0。进而，在光纤201的设计时，除了V值之外，还需要考虑期望的模式的弯曲损失。
如图3所示那样，关于光纤201的弯曲损失，参照ITU-T G.652而注目于在期望的模式的光的损失最大的波长1565nm下弯曲半径R=30mm的情况下为0.1dB/100turn以下的条件。相对折射率差越大，模式的封闭的效果越大，因此，图3的虚线的上侧是满足前述的弯曲损失的设计区域。此外，关于光纤201的截止条件，注目于不需要的模式之中的最低阶的LP31模式的短波长1530nm。相对折射率差越小，封闭的效果越弱，芯半径越小，封闭的效果越弱。因此，图3的实线的下侧是不传播LP31模式的区域。也就是说，虚线的上侧且实线的下侧的区域是能够传播LP02模式的设计区域。
关于理论截止波长（λc）和有效截止波长（λce），λc=Kλ×λce的关系成立。从前述的关系式已知系数Kλ为1.13以上1.25以下。图4表示系数Kλ为1.13的情况下的芯202的芯半径r与光纤201的相对折射率差Δ的关系。图5表示系数Kλ为1.2的情况下的芯202的芯半径r与光纤201的相对折射率差Δ的关系。光纤201的相对折射率差Δ由（2）式表示。
[数式2]
Figure 707832DEST_PATH_IMAGE004
。
在满足不需要的模式的截止条件和期望的模式的光的弯曲损失的设计区域中，为了进行有效截面积的扩大和低损失化，只要芯半径r变大且相对折射率差Δ变小即可。也就是说，从表示不需要的模式的截止条件的曲线与表示期望的模式的光的弯曲损失的曲线的交点来求取满足不需要的模式的截止条件和期望的模式的光的弯曲损失的设计区域。例如，在使系数Kλ为1.25的情况下，V值为4.8以上6.4以下。
与考虑了理论截止的情况相比，在考虑了有效截止的情况下，能够扩大芯半径r，能够减少相对折射率差Δ。能够使相对折射率差Δ为0.35%以下。该情况示出了：与考虑理论的截止条件而设计出的光纤相比，考虑了有效截止条件的光纤更能够进行有效截面积的扩大和低损失化。
如图6所示那样，已知：在考虑了有效截止的光纤的情况下，能够实现300μm2以上的有效截面积。根据单模条件而设计出的光纤（例如，参考文献1、2）的基模的有效截面积为150μm2以下，因此，能够实现考虑了有效截止的光纤的2倍的有效截面积。
在图5所示那样考虑了有效截止的最佳的设计区域中，为了确保150μm2以上有效截面积，光纤201的V值优选为5.3以上6.4以下。为了防止传播损失的增大，相对折射率差Δ较小更优选。也就是说，为了实现150μm2以上的有效截面积且低损失的LP02模式的传播，芯半径优选为8.0μm以上13.4μm以下，相对折射率差优选为0.33%以上0.55%以下。
如果V值为5.3以上6.4以下，则不仅通过具有阶跃折射率型的折射率分布的光纤还通过具有环型或多级的阶段型、渐变折射率型等任意的折射率分布的光纤得到与光纤201同样的效果。此外，也可以在构成芯202的石英中以10-6%质量以下程度掺杂锗、氟、氯等添加物。
在如图7和图8所示那样芯202的曲率相对于光纤201的长尺寸方向发生变化的情况下产生光纤201的模间串扰。图9示出了芯半径r为10.5μm并且相对折射率差Δ为0.45%的情况下的模间串扰的计算结果。使用根据将芯202弯曲时的各模式的电场的重叠积分的、耦合效率来进行了图9所示的模间串扰的计算。
如（3）式那样表示图9的模间串扰η。
[数式3]
Figure 221990DEST_PATH_IMAGE006
。
在（3）式中，Ein是入射到拐点的模式的电场，Eout是从拐点出射的模式的电场。图9中的LP11-01示出了LP11模式与LP01模式之间的串扰η。
例如，如（4）式那样表示LP01模式与LP11模式的模间串扰。
[数式4]
Figure 351620DEST_PATH_IMAGE008
。
在（4）式中，η01-11示出从LP01模式向LP11模式的耦合量，η01-01示出从LP01模式向LP01模式的耦合量。
如图9所示那样，当曲率1/R的绝对值为0.02mm-1以上时LP11模式与其他的模式（LP01模式、LP21模式、LP02模式）之间的串扰为-30dB以上。除了曲率1/R为0附近的情况之外，LP01模式与LP02模式的模间串扰η与其他的模间串扰η相比是最小的。如果曲率1/R的绝对值为0.02mm-1以下，则LP11模式与LP02模式的串扰减少。曲率1/R为0.02mm-1以下是指相当于弯曲半径为50mm以上。
然而，用30mm规定了通常的光纤的容许弯曲半径。例如，槽型（slot type）的光纤电缆（optical fiber cable）或松管型（loose tube type）的光纤电缆的标准外径为10mm以上20mm以下。此外，容许弯曲半径是光纤的外径的10倍以上20倍以下（即，100mm以上400mm以下）。进而，由于微弯曲等微小的弯曲的发生，弯曲半径能够为500mm以下。
如以上说明的那样，关于第一实施方式的光纤201，与以往的单模光纤相比扩大有效截面积，能够传播LP02模式的光并达成与其他的模式相比最低的串扰。
（第二实施方式）
接着，对第二实施方式的光纤和光传输系统进行说明。LP02模式与其他的模式相比能够减少串扰。在考虑到LP03模式的情况下，存在产生LP31模式、LP12模式、LP41模式、LP22模式的各模间的串扰的可能性。因此，为了实现串扰的减少，在第二实施方式中采用了LP02模式。
在表1中示出使芯半径r为10.5μm、使相对折射率差Δ为0.45%的情况下的8个试制光纤（线轴（spool）1~8）的光学特性。
[表1]
Figure 634834DEST_PATH_IMAGE010
。
非专利文献4所记载的光纤的基模的损失是0.218dB/km。表1所示的8个试制光纤的基模的平均损失是0.164dB/km，实现了低损失化。此外，如由图6的相对于芯半径和相对折射率差的、LP02模式的有效截面积的计算结果示出那样，LP02模式的有效截面积为200μm2以上。
当使光的波长为1550nm时，如图10和图11所示那样，关于LP01模式、LP11模式，分布串扰较大，脉冲拓宽。另一方面，如图12和图13所示那样，关于LP21模式、LP02模式，脉冲的拓宽较小。特别地，已知：关于LP02模式，与其他的模式相比较，串扰分量较小，得到25dB左右的消光比。
在图14A~14C中示出可良好地传输LP02模式的光的、光传输系统301的结构。如图14A所示那样，光传输系统301至少具备传输路径302、发送器303、模式变换器（模式激励器）304、模式变换器305、以及接收器306。传输路径302具有本发明的光纤。发送器303输出信号光。模式变换器304将从发送器303输出的信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其向传输路径302输入。模式变换器305将被激励为LP02模式且从传输路径302输出的信号光的线偏振模变换为基模。接收器306接收被变换为基模的信号光。构成传输路径302的光纤对被激励为LP02模式的信号光进行传播。
在模式变换器304中存在稍微产生LP02模式以外的模式的可能性。在该情况下，由于在传输路径302中遍及长距离而积累LP02模式以外的模式，所以接收器306中的信号处理变得复杂。光传输系统301优选在模式变换器304、305之间具备将LP02模式以外的模式除去的不需要模式除去设备406。如图14B、14C所示那样，作为不需要模式除去设备406，可举出模式变换器（第六模式变换器）407、被赋予弯曲的多模光纤322或单模光纤330、以及模式变换器（第七模式变换器）408的组合。模式变换器407将LP02模式的信号光变换为基模的信号光。模式变换器408将基模的信号光变换为LP02模式的信号光。模式变换器407、408例如是长周期光栅。多模光纤322或单模光纤330将模式变换器407、408连接并且被设置在模式变换器407、408之间。被赋予弯曲的多模光纤322是指意味着以下多模光纤：具有以适当的弯曲半径弯曲了1周的量的弯曲部324以使LP01模式以外的模式的光泄漏到芯的外部而将其从芯除去。适当的弯曲半径根据光传输系统301中的LP01模式的光的波长来决定，例如为3~6mm。利用具备不需要模式除去设备406的光传输系统301B、301C，即使从模式变换器304向传输路径302送出LP02模式以外的模式的光也被不需要模式除去设备406除去。据此，抑制传输路径302中的LP02模式与LP02模式以外的模式之间的串扰，接收器306中的信号处理变得简易。
在光传输系统301中，使用用于激励LP02模式的模式变换器304来将信道载置于LP02模式。在传输路径302中的传输后，使用模式变换器305来将LP02模式变换为作为基模的LP01模式，并将其向作为单模设备的接收器306输入。在数字信号处理中，使用1个接收信号（y1）来恢复1个信号（x1）。
图15示出向可良好地传播4个LP模式的光的本发明的光纤输入了LP01模式、LP11模式、LP21模式、LP02模式的情况下的传输距离与信号品质（Q值）的关系。在发送器303中，进行40Gbps的正交相移键控（QPSK），使用空间型的模式合波器来选择性地激励各模式。传输路径302由试制且可良好地传播4个LP模式的光纤构成。模式变换器305是空间型的模式分波器。在模式变换器305中，将各模式变换为基模并进行分波。接收器306是数字相干接收机。在接收器306中，将由实时示波器取得的数字数据导入到个人计算机，在离线（off-line）上通过由FIR滤波器构成的DSP解调信号。通过进行模式消光比高的分波，从而能够减少对模间串扰进行补偿的DSP的负荷。使构成DSP的FIR滤波器的抽头数为40，设定为与以往的由单模光纤构成的光传输系统相同程度。
关于可良好地传播4个LP模式的光纤的LP02模式，与其他的模式相比，Q值的劣化相对于传输距离较小。这是因为减少了模间串扰。如图16所示那样，在传输路径的长度为135km的情况下，当输入强度为16dBm以上时信号品质劣化。另一方面，在传输路径的长度为205km的情况下，当输入强度为19dBm以上时信号品质劣化。然而，显而易见的是，即使使输入强度变化，与其他模式相比，LP02模式的Q值也是良好的。
如以上说明的那样，在第二实施方式中，设计了可良好地传播LP02模式的光的光纤。在第二实施方式中，使用可选择性地激励模式的模式合波器来将信号载置于该传播模式的光而使其传播。据此，能够增大输入强度，能够使传输距离变长。上述的说明中的信号品质或Q值等数值是波长1550nm下的实验结果。但是，在使用了1550nm以外的波长的光的情况下也得到与上述同样的效果。根据该方面，在光传输系统301中，也可以采用波分复用技术。
（第三实施方式）
图17A所示的光传输系统401具备将多个接收器并联连接的接收部。在图17中，对与先前说明的光传输系统301的结构要素同样的光传输系统401的结构要素标注相同的附图标记，省略其说明。在光传输系统401中，除了光传输系统301的结构之外，还具备对被激励为LP02模式的信号光进行放大的光放大器（第一放大器）405。
在光传输系统401中，使用LP02模式用的模式激励器将信号载置于LP02模式的光。使用可将LP02模式的光放大的光放大器来放大LP02模式的光的强度。从光放大器产生LP02模式以外的模式的ASE噪声。因此，在光放大器405的后级，利用将LP02模式以外的不需要的模式的光除去的不需要模式除去设备406来除去LP02模式以外的模式。如图17B、17C所示那样，作为不需要模式除去设备406，如在第二实施方式中说明的那样，可举出模式变换器407、被赋予弯曲的多模光纤322或单模光纤330、以及模式变换器408的组合。接收器306由模式变换器和单模设备构成。在数字信号处理中，能够使用接收信号（y1）来恢复1个信号（x1）。根据具备不需要模式除去设备406的光传输系统401、401B、401C，抑制了传输路径302中的LP02模式与LP02模式以外的模式之间的串扰，接收器306中的信号处理变得简易。
图18所示的光传输系统501在光中继时利用模式变换器305将LP02模式向作为基模的LP01模式变换。之后，光传输系统501在利用LP01模式用光放大器进行放大后再向LP02模式变换。在18中，对与光传输系统301或光传输系统401的结构要素同样的光传输系统501的结构要素标注相同的附图标记，省略其说明。
如图18所示那样，光传输系统501具备传输路径302、发送器303、模式变换器304、模式变换器（第一模式变换器）506、光放大器（第二放大器）505、模式变换器（第二模式变换器）507、模式变换器（第三模式变换器）508、以及接收器306。模式变换器506将被激励为LP02模式且从传输路径302输出的信号光的线偏振模变换为基模。光放大器505对被变换为基模并且从模式变换器506输出的信号光进行放大。模式变换器507将由光放大器505放大后的基模的信号光的线偏振模激励为LP02模式。模式变换器508将由模式变换器507激励出的LP02模式的信号光的线偏振模变换为基模。接收器306接收由模式变换器508变换的基模的信号光。
在光传输系统501中，能够使用LP01模式用的现有的放大器。因此，提供了便宜的光传输系统501。在光传输系统501中，由于仅将LP02模式向LP01模式变换，所以能够除去例如LP11模式或LP21模式等变换前的不需要的模式。
图19示出利用了将信号载置于LP02模式的情况下的拉曼放大的、光传输系统601。光传输系统601具备传输路径302、发送器303、模式变换器304、拉曼放大用激发光源602、模式变换器（第四模式变换器）603、WDM耦合器（激发光合波器）605、模式变换器（第五模式变换器）609、以及接收器306。模式变换器603将从拉曼放大用激发光源602输出的激发光的线偏振模变换为LP02模式。WDM耦合器（激发光合波器）605将由模式变换器603变换的激发光合波到传输路径302。模式变换器609将从传输路径302输出的LP02模式的信号光的线偏振模变换为基模。
在图19所示的光传输系统601中，也可以在传输路径302的中途设置掺铒光纤607（即，LP02模式用的放大光纤），将拉曼放大用激发光源602替换为掺铒光纤用的激发光源。此外，也可以在WDM耦合器（激发光合波器）605与模式变换器305之间设置光放大器（第三放大器）608。
在发送器303与接收器306之间设置远程激发用的放大器。拉曼放大用激发光源602或掺铒光纤、光放大器608、与它们关联的设备等相当于远程激发用的放大器。能够通过将远程激发光放大技术应用于光传输系统601来实现无源传输系统的长距离化，因此，优选设置远程激发用的放大器。再有，未必设置远程激发用的放大器也可。在此，从发送端或接收端入射的激发光的模式选择性地使用LP02模式。激发光的模式优选为LP02模式，但是，作为其他的模式，例如也可以为LP01、LP11、LP21模式。在图19中示出从后级入射激发光的例子。能够通过像这样与远程激发光放大技术并用来实现进一步的延长化。再有，也可以在传输路径后设置LP02模式放大器、模式变换器、单模放大器。
如以上说明的那样，在本发明的光传输系统中，使用以在传输路径中传播LP02模式的方式最佳化后的阶跃折射率型的光纤、模式消光比高的模式合分波器来将信号载置于低损失、低非线性、低串扰的模式。据此，能够实现长距离·大容量传输。
产业上的可利用性
本发明能够通过光纤中的高阶模的利用来实现光纤传输的大容量化和长距离化。
附图标记的说明
201 光纤
202 芯
203 包层
301、301B、301C、401、401B、401C、501、601 光传输系统
302 传输路径
303 发送器
304 模式变换器（模式激励器）
305 模式变换器
306 接收器。

Claims (2)

1.一种光传输系统，其中，具备：
传输路径，具有光纤；
发送器，输出信号光；
模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；
第一模式变换器，将被激励为LP02模式且从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及
接收器，接收被变换为基模的所述信号光，
所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播，具有在进行截面观察时具有在径向均匀的折射率的芯以及被设置在所述芯的外周部并且具有在径向均匀且比所述芯低的折射率的包层，具有阶跃折射率型的折射率分布，以LP02模式的有效截面积为200μm2以上且在曲率为0.02mm-1以上时LP11模式与LP01模式之间的串扰、LP11模式与LP21模式之间的串扰以及LP11模式与LP02模式之间的串扰分别为-30dB以上的方式形成，
在所述模式激励器与所述第一模式变换器之间还具备将LP02模式的所述信号光变换为基模的所述信号光的第二模式变换器、将基模的所述信号光变换为LP02模式的所述信号光的第三模式变换器、以及将所述第二模式变换器和所述第三模式变换器连接且被赋予弯曲的光纤或将所述第二模式变换器和所述第三模式变换器连接的单模光纤来作为将LP02模式以外的模式除去的不需要模式除去设备。
2.一种光传输系统，其中，具备：
传输路径，具有光纤；
发送器，输出信号光；
模式激励器，将从所述发送器输出的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式，并将其输入到所述传输路径；
第一模式变换器，将被激励为LP02模式且从所述传输路径输出的所述信号光的线偏振模变换为基模；
第一放大器，对被变换为基模并且从所述第一模式变换器输出的所述信号光进行放大；
第二模式变换器，将由所述第一放大器放大后的基模的所述信号光的线偏振模激励为LP02模式；
第三模式变换器，将由所述第二模式变换器激励出的LP02模式的所述信号光的线偏振模变换为基模；以及
接收器，接收由所述第三模式变换器变换后的基模的所述信号光，
所述光纤对被激励为LP02模式的所述信号光进行传播，具有在进行截面观察时具有在径向均匀的折射率的芯以及被设置在所述芯的外周部并且具有在径向均匀且比所述芯低的折射率的包层，具有阶跃折射率型的折射率分布，以LP02模式的有效截面积为200μm2以上且在曲率为0.02mm-1以上时LP11模式与LP01模式之间的串扰、LP11模式与LP21模式之间的串扰以及LP11模式与LP02模式之间的串扰分别为-30dB以上的方式形成。
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