JP2013081054A - Mode multiplexed transmission system and mode multiplex transmission method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多モード光ファイバを用い伝送容量を拡大するモード多重伝送システム及びモード多重伝送方法に関する。 The present invention relates to a mode multiplex transmission system and a mode multiplex transmission method that use a multimode optical fiber to increase transmission capacity.
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、伝送速度の高速化や波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)技術による波長多重数の増加、多値変調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、将来的に既設の伝送路、従来の伝送方式を用いての伝送容量の拡大が困難になると予想されるため、波長領域の拡大、新たな伝送ファイバ、及び新たな伝送方式が検討されている。 Currently, traffic in optical fiber networks is increasing, and transmission capacity can be increased by using various methods such as increasing the transmission speed, increasing the number of wavelength division multiplexing using wavelength division multiplexing (WDM) technology, and multi-level modulation. I have been trying to expand. However, it is expected that it will be difficult to expand the transmission capacity using existing transmission lines and conventional transmission methods in the future, so the expansion of the wavelength range, new transmission fibers, and new transmission methods have been studied. Yes.
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を実現し伝送容量を増大させる検討もなされている。しかし、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、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なため、広波長域のWDMが実用に至るためには多くの課題がある。 As a method for expanding the wavelength region, studies have been made to increase the transmission capacity by realizing WDM in a wide wavelength region using a wavelength band that is not currently used. However, since the transmission loss varies depending on the wavelength band, it is considered that the usable wavelength band is limited, and furthermore, it is difficult to realize an optical amplifier that can amplify over a wide wavelength range, so that WDM in a wide wavelength range is practically used. There are many challenges to reach.
そこで、波長多重に加えて、多モード光ファイバを伝送路として用い、複数の伝搬モードを利用したモード多重伝送方法が提案されている(例えば、特許文献1及び非特許文献1参照。)。
Therefore, in addition to wavelength multiplexing, a mode multiplexing transmission method using a multimode optical fiber as a transmission line and using a plurality of propagation modes has been proposed (see, for example,
しかしながら、特許文献1で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。
However,
また、非特許文献1で開示されているように、モード多重を行う合波器においては、多モード光ファイバの励振位置を変えることで異なるモードに結合させる方法が提案されており、受信部においては受信機の受光部分の位置を変えることで異なるモードの信号光を異なる受信機で受信する方法がある。しかしながら、この方法では、精度の良いモードの合分波方法並びに多数のモードの多重・分離方法が提案されておらず、さらに多重するモード数が増えると合波・分波の精度が劣化し、多重信号間の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であるという課題がある。
Also, as disclosed in Non-Patent
そこで、本発明は、この課題を解決する技術として、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することを目的とする。 In view of this, the present invention aims at realizing long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplex transmission system as a technique for solving this problem.
上記目的を達成するために、本発明は、多モード光ファイバと光カプラで構成されるモード合分波装置を用いることにより課題を解決する。 In order to achieve the above object, the present invention solves the problem by using a mode multiplexing / demultiplexing device including a multimode optical fiber and an optical coupler.
本発明に係るモード多重伝送システムは、複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記信号光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を多モード光ファイバに出力するモード合波装置と、前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波装置と、を備える。 The mode multiplexing transmission system according to the present invention combines signal light having a different wavelength from a plurality of transmitters and pump light having a different wavelength from the plurality of transmitters, and uses a nonlinear effect between the pump light and the signal light. A mode multiplexing device that generates propagation light of the signal light of the first higher-order mode or higher and outputs a mode multiplexed signal light in which a plurality of modes of propagation light are multiplexed to one wavelength to a multimode optical fiber; The mode multiplexed signal light is input from the mode optical fiber, the pump light having the same wavelength as the pump light is combined with the mode multiplexed signal light, and the mode multiplexing is performed by the nonlinear effect of the pump light and the mode multiplexed signal light. And a mode demultiplexer that generates the fundamental mode light of the signal light included in the signal light and outputs the generated fundamental mode light of the signal light to a different receiver for each wavelength.
モード合波装置が信号光とポンプ光とを合波するため、信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。モード分波装置がモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、モード分波装置においてモード合分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード多重伝送システムは、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the mode multiplexer multiplexes the signal light and the pump light, the signal light can be excited by a plurality of modes of propagation light. Since the mode demultiplexer multiplexes the mode multiplexed signal light and the pump light, the mode higher than the first higher order mode can be returned to the basic mode. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode multiplexing / demultiplexing can be suppressed in the mode demultiplexing device. Therefore, the mode multiplexing transmission system according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in the mode multiplexing transmission system.
本発明に係るモード多重伝送方法は、複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を多モード光ファイバに出力するモード合波手順と、前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記モード多重信号光と前記ポンプ光と同一波長のポンプ光とを合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を複数の受信機で受信するモード分波手順と、を順に有する。 The mode multiplex transmission method according to the present invention combines signal light having a different wavelength from a plurality of transmitters and pump light having a different wavelength from the plurality of transmitters, and a nonlinear effect between the signal light and the pump light. A mode multiplexing procedure for generating propagation light of the first higher-order mode or higher of the signal light, and outputting mode multiplexed signal light, in which the propagation light of a plurality of modes is multiplexed to one wavelength, to a multimode optical fiber; The mode multiplexed signal light is input from a mode optical fiber, the mode multiplexed signal light and the pump light having the same wavelength as that of the pump light are combined, and the mode is caused by a nonlinear effect of the pump light and the mode multiplexed signal light. A mode demultiplexing procedure for generating basic mode light of the signal light included in the multiplexed signal light and receiving the generated basic mode light of the signal light by a plurality of receivers in order.
モード合波手順において信号光とポンプ光とを合波するため、信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。モード分波手順においてモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、モード分波手順においてモード合分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード多重伝送方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the signal light and the pump light are multiplexed in the mode multiplexing procedure, it is possible to excite the signal light into a plurality of modes of propagation light. Since the mode multiplexed signal light and the pump light are multiplexed in the mode demultiplexing procedure, the mode higher than the first higher order mode can be returned to the basic mode. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode multiplexing / demultiplexing can be suppressed in the mode demultiplexing procedure. Therefore, the mode multiplexing transmission method according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplexing transmission system.
本発明に係るモード合波装置は、波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光カプラと、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換する多モード光ファイバと、を備える。 The mode multiplexing device according to the present invention includes an optical coupler that multiplexes a plurality of signal lights having different wavelengths and pump light having different wavelengths and the nonlinear effect of the signal light and the pump light. A multimode optical fiber that generates propagating light that is higher than the first higher-order mode of light and converts the propagating light in a plurality of modes into mode multiplexed signal light that is multiplexed into one wavelength.
ここで、前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、後述する数1及び数2で表される。
Here, the frequency of the pump light is ω 1 , the frequency of the signal light is ω 2 , and the frequency of light generated in the multimode optical fiber by four-wave mixing of light of frequency ω 1 and light of frequency ω 2 Is the ω 3 , the effective refractive indexes n 1 , n 2 , and n 3 of the propagation modes of the multimode optical fiber at the frequencies ω 1 , ω 2 , and ω 3 are expressed by the
光カプラが信号光とポンプ光とを合波するため、多モード光ファイバにおいて信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード合波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード合波装置は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the optical coupler combines the signal light and the pump light, it is possible to excite the signal light into a plurality of modes of propagation light in the multimode optical fiber. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode multiplexing can be suppressed by using a nonlinear effect between signal light and pump light. Therefore, the mode multiplexing apparatus according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplexing transmission system.
本発明に係るモード分波装置は、同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光カプラと、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換する多モード光ファイバと、を備える。 A mode demultiplexing device according to the present invention includes a mode multiplexed signal light in which a plurality of modes of signal light are superimposed on the same wavelength, an optical coupler for combining pump light having different wavelengths from the mode multiplexed signal light, and the pump light. And a multimode optical fiber that generates basic mode light of the signal light included in the mode multiplexed signal light by a non-linear effect between the mode multiplexed signal light and converts it into a plurality of signal lights having different wavelengths.
ここで、前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、後述する数1及び数2で表される。
Here, the frequency of the pump light is ω 1 , the frequency of the signal light is ω 2 , and the frequency of light generated in the multimode optical fiber by four-wave mixing of light of frequency ω 1 and light of frequency ω 2 Is the ω 3 , the effective refractive indexes n 1 , n 2 , and n 3 of the propagation modes of the multimode optical fiber at the frequencies ω 1 , ω 2 , and ω 3 are expressed by the
光カプラがモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、多モード光ファイバにおいて第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード分波装置は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the optical coupler multiplexes the mode multiplexed signal light and the pump light, a mode higher than the first higher-order mode can be returned to the fundamental mode in the multimode optical fiber. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode demultiplexing can be suppressed by using a nonlinear effect between signal light and pump light. Therefore, the mode demultiplexer according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplexing transmission system.
本発明に係るモード合波方法は、波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光合波手順と、多モード光ファイバに前記光合波手順で合波した合波光を伝搬させることによって、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換するモード多重手順と、を順に有する。 In the mode multiplexing method according to the present invention, a plurality of signal lights having different wavelengths and the signal light and pump lights having different wavelengths are combined, and a multimode optical fiber is combined by the optical multiplexing procedure. By propagating the combined light, a non-linear effect between the signal light and the pump light generates a propagation light higher than the first higher-order mode of the signal light, and the multi-mode propagation light is multiplexed into one wavelength. And a mode multiplexing procedure for converting into mode multiplexed signal light.
光合波手順において信号光とポンプ光とを合波するため、モード多重手順において信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード合波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード合波方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the signal light and the pump light are multiplexed in the optical multiplexing procedure, it is possible to excite the signal light into a plurality of modes of propagation light in the mode multiplexing procedure. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode multiplexing can be suppressed by using a nonlinear effect between signal light and pump light. Therefore, the mode multiplexing method according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplexing transmission system.
本発明に係るモード分波方法は、同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光合波手順と、前記ポンプ光の波長をゼロ分散波長に有する多モード光ファイバに、前記光合波手順で合波した合波光を伝搬することによって、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換するモード分波手順と、を順に有する。 The mode demultiplexing method according to the present invention includes a mode multiplexing signal light in which a plurality of modes of signal light are superimposed on the same wavelength, and an optical multiplexing procedure for combining pump light having different wavelengths from the mode multiplexed signal light, and the pump By propagating the combined light combined in the optical combining procedure to a multimode optical fiber having a light wavelength of zero dispersion wavelength, the mode multiplexed signal light is caused by a nonlinear effect between the pump light and the mode multiplexed signal light. A mode demultiplexing procedure for generating the fundamental mode light of the signal light included in the signal light and converting it into a plurality of signal lights having different wavelengths.
光合波手順においてモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、モード分波手順において第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではFWMが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード分波方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。 Since the mode multiplexed signal light and the pump light are multiplexed in the optical multiplexing procedure, the mode higher than the first higher-order mode can be returned to the basic mode in the mode demultiplexing procedure. Here, since FWM generally does not occur in different propagation modes, crosstalk in mode demultiplexing can be suppressed by using a nonlinear effect between signal light and pump light. Therefore, the mode demultiplexing method according to the present invention can realize long-distance and large-capacity transmission in a mode multiplexing transmission system.
本発明により、モードの合波と分波の精度が良く、モード間の合波時の損失や分波時のクロストークを低減でき、伝送距離を拡大できる。このため、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
また、WDM信号に対して一括でモードを合波又は分波できるため、合分波デバイスの数を少なくし経済的にシステムを構築することが可能となる。
According to the present invention, the accuracy of mode multiplexing and demultiplexing is good, loss during mode multiplexing and crosstalk during demultiplexing can be reduced, and the transmission distance can be expanded. Therefore, long-distance and large-capacity transmission can be realized in the mode multiplex transmission system.
Further, since the modes can be combined or demultiplexed with respect to the WDM signal, the number of multiplexing / demultiplexing devices can be reduced and the system can be constructed economically.
添付の図面を参照して本願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願発明の実施例であり、以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and are not limited to the following embodiments.
図1に、本実施形態に係るモード多重伝送システムを示す。本実施形態に係るモード多重伝送システムは、複数の送信機91_1〜91_Nと、モード合波装置92と、モード分波装置93と、複数の受信機94_1〜94_Nと、を備える。本実施形態に係るモード多重伝送方法は、モード合波手順と、モード分波手順と、を順に有する。
FIG. 1 shows a mode multiplex transmission system according to this embodiment. The mode multiplexing transmission system according to the present embodiment includes a plurality of transmitters 91_1 to 91_N, a
モード合波手順では、モード合波装置92が、複数の送信機91_1〜91_Nからの波長の異なる信号光x1〜xNと信号光x1〜xNとは波長の異なるポンプ光pとを合波し、ポンプ光pと信号光x1〜xNとの非線形効果によって信号光x1〜xNの第一高次モード以上の伝搬光を生成し、第一高次モード以上の伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光xを多モード光ファイバ95に出力する。
In the mode multiplexing procedure, the
モード分波手順では、モード分波装置93が、多モード光ファイバ95からモード多重信号光yが入力され、ポンプ光pと同一波長のポンプ光pをモード多重信号光yと合波し、当該ポンプ光pとモード多重信号光yとの非線形効果によってモード多重信号光yに含まれる信号光の基本モード光を生成する。これにより、信号光x1〜xNと同じ波長の信号光y1〜yNを生成することができる。そして、モード分波装置93は、信号光y1〜yNを波長ごとに異なる受信機94_1〜94_Nに出力する。
In the mode demultiplexing procedure, the
N個の送信機91_1〜91_Nから発せられるN種の波長の信号光x1〜xNは、モード変換器を備えるモード合波装置92において、合波され、伝送路として用いる多モード光ファイバ95の伝搬モードのうち互いに異なるモードに変換される。合波された信号光x1〜xNは多モード光ファイバ中95で各々異なる伝搬モードとして伝搬する。出射側に設置されたモード分波装置93において波長毎にNポートに分波され、分波されたN種の信号光はN個の受信機94_1〜94_Nで受信される。つまり、N種の信号光の並列伝送が可能である。送信機iから送信され、モード変換器を通過した信号光をxi、受信機iで受信される信号光をyiとする。本発明では、光カプラと多モード光ファイバにより構成されるモード合波装置92及びモード分波装置93を用いる。
N transmitters emanating from 91_1~91_N N kinds of
以下に、モード合波装置92、モード分波装置93および多モード光ファイバ95について説明する。
The
(モード合波装置92)
図2は、本実施形態に係るモード合波装置92の構成を示している。モード合波装置92は、WDM合波器21と、光カプラ22と、多モード光ファイバ23と、を備える。本実施形態に係るモード合波方法は、光合波手順と、モード多重手順と、を順に有する。
(Mode multiplexer 92)
FIG. 2 shows the configuration of the
光合波手順では、光カプラ22が、信号光x1〜xNとポンプ光pとを合波する。
モード多重手順では、多モード光ファイバ23が、信号光x1〜xNとポンプ光pとの非線形効果によって信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、第一高次モード以上の伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換する。
In the optical multiplexing procedure, the
Mode in multiplexing procedure, the multi-mode
モード合波装置92に入射される信号光は、波長の異なる複数の信号光であり、WDM合波器21により一つのファイバに信号光x1〜xNが多重され、光カプラ22を通じて波長の異なる一つのポンプ光pと合波される。光ファイバ95内では、ポンプ光pの波長が多モード光ファイバ23の各伝搬モードの零分散波長に近いと、非線形現象の一つである四光波混合(Four−Wave Mixing:FWM)が発生し、新たな波長の光が発生する。この時、同一波長かつ異なる伝搬モードへ入力信号光x1〜xNを変換することでモード多重された信号光xを得ることができる。
The signal light incident on the
モード多重信号光xを得るための具体的な方法を、図3を用いて説明する。
ポンプ光pの周波数をω1とし、信号光x1〜xNの各周波数をω2とすると、新たに発生する光の各周波数ω3とは以下の位相整合条件を満たす。
(数1)
2ω1=ω2+ω3
(数2)
2n1ω1=n2ω2+n3ω3
ここで、n1〜n3は、各周波数ω1〜ω3における多モード光ファイバ23の伝搬モードの実効屈折率である。
A specific method for obtaining the mode multiplexed signal light x will be described with reference to FIG.
When the frequency of the pump light p is ω 1 and each frequency of the signal light x 1 to x N is ω 2 , the frequency ω 3 of newly generated light satisfies the following phase matching condition.
(Equation 1)
2ω 1 = ω 2 + ω 3
(Equation 2)
2n 1 ω 1 = n 2 ω 2 + n 3 ω 3
Here, n 1 to n 3 are effective refractive indexes of the propagation modes of the multimode
なお、媒体が単一モード光ファイバの場合にはω1〜ω3に対するn1〜n3は“1対1”の関係が成り立つが、多モード光ファイバの場合は、各周波数ω1〜ω3に対する伝搬モードが複数あることから、“1対多”の関係にある。つまり、数2のn1〜n3は伝搬モード数をNとすると、N3通りの組み合わせが考えられる。
When the medium is a single mode optical fiber, n 1 to n 3 with respect to ω 1 to ω 3 have a “one-to-one” relationship. However, in the case of a multimode optical fiber, the frequencies ω 1 to ω Since there are a plurality of propagation modes for 3 , there is a “one-to-many” relationship. In other words, N 1 to n 3 in
例えば、図3に示すように、基本モードであるLP01モードの零分散波長をλpとし、LP01モードで入射される信号光の波長をλ0’とする。さらに、ポンプ光がλpで入射される時にLP01モードのポンプ光と信号光の間で、数1〜数2を満たす新たに発生する光の波長がλ0であるとし、その波長の第一高次モードであるLP11モードで伝搬する光が入射されるとすると、波長λ0’のLP01モードが波長λ0のLP01モードに変換され、波長λ0においてLP01モードとLP11モードが多重されたモード多重信号光を得ることができる。
For example, as shown in FIG. 3, the zero dispersion wavelength of the LP01 mode, which is the fundamental mode, is λ p, and the wavelength of the signal light incident in the LP01 mode is λ 0 ′. Further, when the pump light is incident at λ p , it is assumed that the wavelength of newly generated light
また、図4に示すように、対象がWDM信号であったとしても、一つのポンプ光で一括してモード多重信号光を生成することができる。 Also, as shown in FIG. 4, even if the target is a WDM signal, mode multiplexed signal light can be generated collectively with a single pump light.
なお、LP01モードのポンプ光とLP11モードの信号光の間にもFWMが発生するが、一般に異なる伝搬モードでは零分散波長が異なるため、非特許文献2に示される通りFWMによる波長変換効率が急激に劣化し、LP11モードではFWMが発生せず、LP01モード間のみFWMを発生させることができる。
FWM also occurs between the LP01 mode pump light and the LP11 mode signal light. However, since the zero dispersion wavelength is generally different in different propagation modes, the wavelength conversion efficiency by the FWM is abrupt as shown in
なお、入射信号に高次モードの光を用いるためには、例えば多モード光ファイバ23として長周期ファイバブラッググレーティング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、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のグレーティングの間隔Λは数1で与えられる。数1のn0とn1 mは、それぞれ波長λにおける基本モードの実効屈折率、m番目の高次モードの実効屈折率を示している。ファイバグレーティングの間隔は、使用するファイバの構造パラメータ、波長、変換するモード次数によって決定される。使用する波長を決定後、ファイバの構造パラメータから数値解析を行い、基本モードの実効屈折率と所望の高次モードの実効屈折率を算出する。これらの計算結果と数3を用いて必要なグレーティング周期を決定する。
(数3)
Λ=λ/(n0−n1 m)
In order to use high-order mode light for the incident signal, for example, a long-period fiber Bragg grating can be used as the multimode
(Equation 3)
Λ = λ / (n 0 −n 1 m )
(モード分波装置93)
図5は、本実施形態に係るモード分波装置93の構成を示している。モード分波装置93は、光カプラ31と、多モード光ファイバ32と、WDM分波器33と、を備える。本実施形態に係るモード分波方法は、光合波手順と、モード分波手順と、を順に有する。
(Mode splitter 93)
FIG. 5 shows the configuration of the
光合波手順では、光カプラ31が、モード多重信号光とポンプ光を合波する。
モード分波手順では、多モード光ファイバ32が、ポンプ光とモード多重信号光との非線形効果によってモード多重信号光yに含まれる信号光x1〜xNの基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光y1〜yNに変換する。
In the optical multiplexing procedure, the
In the mode demultiplexing procedure, the multimode
入射されるモード多重信号光yと、波長の異なるポンプ光pは多モード光ファイバ32に入射され、多モード光ファイバ32中でFWMを発生させる。この時、同一波長のモード多重信号光から特定のモードに対してのみ、数1〜数2の条件を満たすようにポンプ光の波長が調整されていると、特定のモードの信号光のみ新たな波長の光として変換され、その光をWDM用分光器に通すことでモードの分波装置が実現できる。
The incident mode multiplexed signal light y and pump light p having different wavelengths are incident on the multimode
例えば、図6に示すように、LP01モードとLP11モードのモード多重信号光の波長をλ0とし、LP01モードのポンプ光の波長をλpとする。ポンプ光の波長が、LP01モードの零分散波長に近いと、数1〜数2を満たす波長λ0’のLP01モードの光が発生する。つまり、LP01モードとLP11モードのモード多重信号光からLP01モードを取り出すことができ、後段のWDM分波器33により取り出すことでモードの分波装置が実現できる。
For example, as shown in FIG. 6, the wavelength of the mode multiplexed signal light in the LP01 mode and the LP11 mode is λ 0 and the wavelength of the pump light in the LP01 mode is λ p . When the wavelength of the pump light is close to the zero dispersion wavelength of the LP01 mode, light of the LP01 mode having the wavelength λ 0 ′ that satisfies
また、図7に示すように、対象がWDM信号であったとしても、ひとつのポンプ光で一括してモード多重信号光を生成することができる。 Further, as shown in FIG. 7, even if the target is a WDM signal, it is possible to generate mode multiplexed signal light collectively with a single pump light.
なお、LP01モードのポンプ光とLP11モードの信号光の間にもFWMが発生するが、一般に異なる伝搬モードでは零分散波長が異なるためFWMが発生せず、LP01モード間のみFWMを発生させることができる。つまり、従来手法と比較してモード分波におけるクロストークを抑えることができる。 Note that FWM is also generated between the LP01 mode pump light and the LP11 mode signal light. However, in general, different propagation modes have different zero-dispersion wavelengths, so that no FWM is generated, and the FWM is generated only between the LP01 modes. it can. That is, crosstalk in mode demultiplexing can be suppressed as compared with the conventional method.
(多モード光ファイバ23)
次に、モード合波装置92に用いる多モード光ファイバ23及びモード分波装置93に用いる32の構造例を説明する。
図8に多モード光ファイバの構造を示す。本ファイバは階段構造を有している。この構造は、従来の分散シフトファイバに用いられており、構造分散を負に大きくすることができる。
(Multimode optical fiber 23)
Next, 32 structural examples used for the multimode
FIG. 8 shows the structure of a multimode optical fiber. The fiber has a staircase structure. This structure is used in a conventional dispersion-shifted fiber, and the structure dispersion can be increased negatively.
先に述べたように、FWMを発生してモード合波又はモード分波を実現するためには、各モードにおける零分散波長が異なる必要がある。各モードにおける分散は、材料分散と構造分散に分けられ、材料が同じ光ファイバにおける材料分散は各モードにおいて等しい。一方で構造分散は各モードにおいて異なり、材料分散に対して無視できない程度の構造分散値を有する必要がある。現状では、分散シフトファイバに用いられている図8に示す様なデュアルシェイプコアや分散補償ファイバに用いられるW型屈折率分布とすることで、構造分散値が負に大きくなり、多モード光ファイバ23及び32として好ましい。 As described above, in order to generate FWM and realize mode multiplexing or mode demultiplexing, the zero dispersion wavelength in each mode needs to be different. The dispersion in each mode is divided into material dispersion and structural dispersion, and the material dispersion in an optical fiber having the same material is equal in each mode. On the other hand, the structural dispersion is different in each mode, and it is necessary to have a structural dispersion value that cannot be ignored with respect to the material dispersion. At present, the structural dispersion value becomes negatively large by adopting a W-shaped refractive index distribution used in a dual-shaped core or dispersion compensating fiber as shown in FIG. Preferred as 23 and 32.
例えば、a1=2.15μm、a2=10μm、Δ1=1%、Δ2=0.2%とした場合の、LP01モードとLP11モードの実効屈折率を示したものを図7に示す。モード毎に異なる実効屈折率を有しており、モードの組み合わせにより数1〜2を満たす波長がポンプ光と信号光の間で4種(LP01−LP01,LP01−LP11,LP11−LP01,LP11−LP11)決定されることが分かる。
For example, FIG. 7 shows effective refractive indexes of the LP01 mode and the LP11 mode when a 1 = 2.15 μm, a 2 = 10 μm, Δ1 = 1%, and Δ2 = 0.2%. There are different effective refractive indexes for each mode, and there are four types of wavelengths (LP01-LP01, LP01-LP11, LP11-LP01, LP11-) between the pump light and the signal light that satisfy
同じファイバの群速度分散の値を示したものを図8に示す。LP01モードの零分散波長が1550nmであるのに対し、LP11モードの零分散波長は1390nmであることが分かる。 FIG. 8 shows the group velocity dispersion values of the same fiber. It can be seen that the zero dispersion wavelength of the LP01 mode is 1550 nm, whereas the zero dispersion wavelength of the LP11 mode is 1390 nm.
すなわち、モード多重された信号に対し、FWMで変換される波長は一方のみであり、各モードの零分散波長にポンプ光pの波長λpを設定した場合にモードの合分波が実現できる。 That is, only one wavelength is converted by the FWM with respect to the mode multiplexed signal, and mode multiplexing / demultiplexing can be realized when the wavelength λ p of the pump light p is set as the zero dispersion wavelength of each mode.
なお、本実施形態においては、LP01モード間、LP11モード間におけるFWMのみを取り扱ったが、LP01モードとLP11モード間といった異なるモード間においても数1〜数2を満たす場合がある。
In this embodiment, only the FWM between the LP01 mode and the LP11 mode is dealt with. However, there are cases where
以上に説明したモード合波装置92、モード分波装置93及び多モード光ファイバ95を用いて、図1に示す様なN個のモード多重伝送システムを構築する。このシステムを用いN種の伝搬モードの零分散波長に対応するN種のポンプ光を多モード光ファイバに入射することで、Nモードを多重するモード合波装置92、N種のモードを分離するモード分波装置93を実現することが可能となる。
Using the
本発明は、多モード光ファイバを用いた伝送であり、モードの利用によって周波数利用効率が向上し、大容量・長距離通信を実現することができる。 The present invention is a transmission using a multimode optical fiber, and the frequency utilization efficiency is improved by using the mode, and a large capacity and long distance communication can be realized.
21:WDM合波器
22:光カプラ
23:多モード光ファイバ
31:光カプラ
32:多モード光ファイバ
33:WDM分波器
91_1〜91_N:送信機
92:モード合波装置
93:モード分波装置
94_1〜94_N:受信機
21: WDM multiplexer 22: optical coupler 23: multimode optical fiber 31: optical coupler 32: multimode optical fiber 33: WDM demultiplexers 91_1 to 91_N: transmitter 92: mode multiplexer 93: mode demultiplexer 94_1-94_N: Receiver
Claims (8)
前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波装置と、
を備えるモード多重伝送システム。 Signal light having different wavelengths from a plurality of transmitters and the signal light are combined with pump light having different wavelengths, and higher than the first higher-order mode of the signal light due to nonlinear effects of the pump light and the signal light A mode multiplexer that generates a multi-mode optical fiber and generates a mode multiplexed signal light in which a plurality of modes of the propagated light are multiplexed into one wavelength;
The mode multiplexed signal light is input from the multimode optical fiber, the pump light having the same wavelength as the pump light is combined with the mode multiplexed signal light, and the non-linear effect between the pump light and the mode multiplexed signal light A mode demultiplexing device that generates the basic mode light of the signal light included in the mode multiplexed signal light, and outputs the generated basic mode light of the signal light to a different receiver for each wavelength;
A mode multiplex transmission system comprising:
前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記モード多重信号光と前記ポンプ光と同一波長のポンプ光とを合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を複数の受信機で受信するモード分波手順と、
を順に有するモード多重伝送方法。 The signal light having a different wavelength from a plurality of transmitters and the signal light are combined with the pump light having different wavelengths, and the first higher-order mode of the signal light is increased by a non-linear effect of the signal light and the pump light. A mode multiplexing procedure for generating a multi-mode optical fiber and generating a mode multiplexed signal light in which a plurality of modes of propagation light are multiplexed into one wavelength;
The mode multiplexed signal light is input from the multimode optical fiber, the mode multiplexed signal light and the pump light having the same wavelength as the pump light are combined, and the nonlinear effect between the pump light and the mode multiplexed signal light is obtained. A mode demultiplexing procedure for generating the basic mode light of the signal light included in the mode multiplexed signal light, and receiving the generated basic mode light of the signal light by a plurality of receivers;
Mode multiplex transmission method.
前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換する多モード光ファイバと、を備えるモード合波装置。 An optical coupler that combines a plurality of signal lights having different wavelengths and pump light having different wavelengths with the signal lights;
A non-linear effect between the signal light and the pump light generates propagation light of the signal light higher than the first higher-order mode, and converts the propagation light of a plurality of modes into mode multiplexed signal light multiplexed at one wavelength. And a mode optical device.
2ω1=ω2+ω3
2n1ω1=n2ω2+n3ω3 The frequency of the pump light is ω 1 , the frequency of the signal light is ω 2 , and the frequency of light generated in the multimode optical fiber by four-wave mixing of the light of frequency ω 1 and the light of frequency ω 2 is ω 3. , The effective refractive indexes n 1 , n 2 , n 3 of the propagation modes of the multimode optical fiber at the frequencies ω 1 , ω 2 , ω 3 are expressed by the following equations: Item 4. The mode multiplexer according to Item 3.
2ω 1 = ω 2 + ω 3
2n 1 ω 1 = n 2 ω 2 + n 3 ω 3
当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換する多モード光ファイバと、を備えるモード分波装置。 A mode multiplexed signal light in which a plurality of modes of signal light are superimposed on the same wavelength, and an optical coupler for combining the mode multiplexed signal light with pump lights having different wavelengths;
A multimode optical fiber that generates a fundamental mode light of the signal light included in the mode multiplexed signal light by a nonlinear effect between the pump light and the mode multiplexed signal light, and converts the fundamental mode light into a plurality of signal lights having different wavelengths; A mode demultiplexer provided.
2ω1=ω2+ω3
2n1ω1=n2ω2+n3ω3 The frequency of the pump light is ω 1 , the frequency of the signal light is ω 2 , and the frequency of light generated in the multimode optical fiber by four-wave mixing of the light of frequency ω 1 and the light of frequency ω 2 is ω 3. , The effective refractive indexes n 1 , n 2 , n 3 of the propagation modes of the multimode optical fiber at the frequencies ω 1 , ω 2 , ω 3 are expressed by the following equations: Item 6. The mode demultiplexer according to Item 5.
2ω 1 = ω 2 + ω 3
2n 1 ω 1 = n 2 ω 2 + n 3 ω 3
多モード光ファイバに前記光合波手順で合波した合波光を伝搬させることによって、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換するモード多重手順と、を順に有するモード合波方法。 An optical multiplexing procedure for combining a plurality of signal lights having different wavelengths and pump light having different wavelengths with the signal lights;
Propagating light that is higher than the first higher-order mode of the signal light due to the nonlinear effect of the signal light and the pump light by propagating the combined light combined in the optical multiplexing procedure to a multimode optical fiber, A mode multiplexing method that sequentially includes a mode multiplexing procedure for converting a multimode propagation light into a mode multiplexed signal light multiplexed into one wavelength.
前記ポンプ光の波長をゼロ分散波長に有する多モード光ファイバに、前記光合波手順で合波した合波光を伝搬することによって、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換するモード分波手順と、を順に有するモード分波方法。 A mode multiplexing signal light in which a plurality of modes of signal light are superimposed on the same wavelength and a mode multiplexing signal light for combining pump lights having different wavelengths;
By propagating the combined light combined in the optical combining procedure to a multimode optical fiber having the pump light wavelength of zero dispersion wavelength, the mode multiplexing is performed by a nonlinear effect between the pump light and the mode multiplexed signal light. A mode demultiplexing method that sequentially includes a mode demultiplexing procedure for generating basic mode light of the signal light included in signal light and converting it into a plurality of signal lights having different wavelengths.
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