JP2013214852A - 光ファイバ伝送システム及び光ファイバ伝送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することを目的とする。
【解決手段】本発明は、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有し、４個の光伝搬モードを有し、同一波長の４種の光信号が伝搬される光ファイバ４と、光ファイバ４を光伝搬方向に略４等分する位置に配置され、４個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換することにより、４種の各光信号が４個の各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくするモード変換器９Ａ−１、９Ａ−２、９Ａ−３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。
【選択図】図４

Description

本発明は、伝送容量を拡大する光ファイバ伝送システム及び光ファイバ伝送方法に関する。

光ファイバ通信システムでは、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光ファイバが検討されている。

しかし、曲げ損失低減及び単一モード動作領域の拡大は実効断面積の拡大と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）。光ＭＩＭＯ技術は伝送媒体として多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。

光ＭＩＭＯを用いた光ファイバ伝送では、モード間の群遅延差が大きくなると、信号の復元に必要なデジタル処理が複雑になり、伝送距離が十数ｋｍに制限されている。そこで、モード間の群遅延差を補償する光ファイバ伝送路が提案されている（例えば、非特許文献５）。つまり、高次モードの群遅延から基本モードの群遅延を減算した群遅延差が正である正群遅延差多モード光ファイバと、高次モードの群遅延から基本モードの群遅延を減算した群遅延差が負である負群遅延差多モード光ファイバが、混在している。そして、正群遅延差多モード光ファイバにおける正の群遅延差及び負群遅延差多モード光ファイバにおける負の群遅延差が打ち消し合い、全体における群遅延差が補償される。

Ｔ． Ｍａｔｓｕｉ， ｅｔ ａｌ．， "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． 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 １６０ μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ， ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯｔｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８． Ａｋｈｉｌ Ｒ． Ｓｈａｈ， Ｒｉｃｋ Ｃ． Ｊ． Ｈｓｕ， Ａｌｉｒｅｚａ Ｔａｒｉｇｈａｔ， Ａｌｉ Ｈ． Ｓａｙｅｄ， ａｎｄ Ｂａｈｒａｍ Ｊａｌａｌｉ， "Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＭＩＭＯ （ＣＯＭＩＭＯ），" Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２３， ２４１０− （２００５）． Ｂ． Ｃ． Ｔｈｏｍｓｅｎ， "ＭＩＭＯ Ｅｎａｂｌｅｄ ４０ Ｇｂ／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． 丸山他、２モード一括伝送用光ファイバ設計に関する一検討、電子情報通信学会 ソサイエティ大会Ｂ−１０−２２、２０１１． 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． Ｓ．Ｓａｖｉｎ，Ｍ．Ｊ．Ｆ．Ｄｉｇｏｎｎｅｔ，Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ ａｎｄ Ｈ．Ｊ．Ｓｈａｗ，"Ｔｕｎａｂｌｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ ｆｉｂｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ，" Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．２５，７１０−７１２ （２０００）．

しかし、非特許文献５では、正群遅延差多モード光ファイバ及び負群遅延差多モード光ファイバのように、少なくとも２種の光ファイバが必要である。よって、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮しながら、異なる種類の光ファイバの長さの比率を調整する必要がある。そして、異なる種類の光ファイバの接続点において、モード変換が意図せず発生する可能性があるため、モード分散が正しく補償されない可能性がある。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することを目的とする。

本発明の光ファイバは、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有する。そして、光ファイバの途中において、複数の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換する。ここで、各光信号が各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくする。よって、各光信号の平均群速度が略等しくなり、各光信号の群遅延差が補償される。

具体的には、本発明は、同一波長のＮ種（Ｎは２以上の自然数）の光信号を送信する光送信機と、前記光送信機からの前記Ｎ種の光信号をそれぞれ異なる光伝搬モードに変換して合波する合波器と、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有し、Ｐ個（ＰはＮ以上の自然数）の光伝搬モードを有し、前記Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードで前記合波器からの前記Ｎ種の光信号が伝搬される光ファイバと、前記光ファイバの途中に配置され、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換することにより、前記Ｎ種の各光信号が前記Ｎ個の各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくするモード変換器と、前記光ファイバからの前記Ｎ個の光伝搬モードで伝搬された前記Ｎ種の光信号をＭ種（ＭはＮ以上の自然数）の光信号に分波する分波器と、前記分波器からの前記Ｍ種の光信号を受信する光受信機と、前記光受信機からの前記Ｍ種の光信号を前記Ｎ種の光信号に合成することにより、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間の群遅延を補償する等化器と、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。

また、本発明は、同一波長のＮ種（Ｎは２以上の自然数）の光信号を送信し、送信された前記Ｎ種の光信号をそれぞれ異なる光伝搬モードに変換して合波し、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有し、Ｐ個（ＰはＮ以上の自然数）の光伝搬モードを有し、前記Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードで合波された前記Ｎ種の光信号が伝搬される光ファイバの途中において、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることにより、前記Ｎ種の各光信号が前記Ｎ個の各光伝搬モードで伝搬される距離が略等しくなり、前記Ｎ個の光伝搬モードで伝搬された光信号をＭ種（ＭはＮ以上の自然数）の光信号に分波し、分波された前記Ｍ種の光信号を受信し、受信された前記Ｍ種の光信号を前記Ｎ種の光信号に合成することにより、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間の群遅延を補償することを特徴とする光ファイバ伝送方法である。

この構成によれば、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することができる。

また、本発明は、前記モード変換器は、（Ｎ−１）個の分割モード変換器からなり、各分割モード変換器は、前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する位置に配置され、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換することを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが排他的に変換されることを特徴とする光ファイバ伝送方法である。

この構成によれば、Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードを利用するときには、分割モード変換器を（Ｎ−１）個配置すれば足りる。Ｐ個の光伝搬モードのうち全ての光伝搬モードを利用するときには、分割モード変換器を（Ｐ−１）個配置すれば足りる。

また、本発明は、Ｎは、偶数及び奇数のうちいずれかであり、各分割モード変換器は、（Ｎ−１）個の微細分割モード変換器からなり、各微細分割モード変換器は、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換することを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、Ｎは、偶数及び奇数のうちいずれかであり、前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることを（Ｎ−１）回繰り返すことを特徴とする光ファイバ伝送方法である。

この構成によれば、Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードを利用するときには、Ｎが偶数及び奇数のうちいずれかであれば、微細分割モード変換器を（Ｎ−１）×（Ｎ−１）個配置すれば足りる。Ｐ個の光伝搬モードのうち全ての光伝搬モードを利用するときには、Ｐが偶数及び奇数のうちいずれかであれば、微細分割モード変換器を（Ｐ−１）×（Ｐ−１）個配置すれば足りる。

また、本発明は、Ｎは、偶数であり、各分割モード変換器は、Ｎ／２個の微細分割モード変換器からなり、各微細分割モード変換器は、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換することを特徴とする光ファイバ伝送システムである。

また、本発明は、Ｎは、偶数であり、前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることをＮ／２回繰り返すことを特徴とする光ファイバ伝送方法である。

この構成によれば、Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードを利用するときには、Ｎが偶数であれば、微細分割モード変換器をＮ／２×（Ｎ−１）個配置すれば足りる。Ｐ個の光伝搬モードのうち全ての光伝搬モードを利用するときには、Ｐが偶数であれば、微細分割モード変換器をＰ／２×（Ｐ−１）個配置すれば足りる。

本発明は、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することができる。

ＦＩＲ等化器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の構成を示す図である。 ＦＩＲ等化器の構成を示す図である。 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。 実施形態１の光ファイバの構成を示す図である。 実施形態１の分割モード変換器の概要を示す図である。 実施形態１の分割モード変換器の構成を示す図である。 実施形態２の分割モード変換器の構成を示す図である。 実施形態２の分割モード変換器の構成を示す図である。 実施形態２の光ファイバの構成を示す図である。 実施形態２の光ファイバの構成を示す図である。 実施形態１、２の微細分割モード変換器の必要個数を示す図である。

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。

（ＦＩＲ等化器を利用する群遅延差補償）
ＦＩＲ等化器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の構成を図１に示す。光ファイバ伝送システムは、送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎ、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等化器６から構成される。

Ｎ個の送信機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、同一波長のＮ種の光信号の並列伝送を行なうことができる。

送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎは、それぞれ光信号ｘ_１（ｎ）、ｘ_２（ｎ）、・・・、ｘ_Ｎ（ｎ）を送信する。ここで、Ｎは２以上の自然数であり、光信号ｘ_１（ｎ）、ｘ_２（ｎ）、・・・、ｘ_Ｎ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして送信される光信号である。

受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍは、それぞれ光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）を受信する。ここで、ＭはＮ以上の自然数であり、光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）はｎ番目のシンボルとして受信される光信号である。

合波器３は、送信機１−１、１−２、・・・、１−Ｎが送信した光信号を合波する。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以上の自然数である。分波器５は、光ファイバ４が伝搬した光信号を受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍに分波する。

ＦＩＲ等化器６は、受信機２−１、２−２、・・・、２−Ｍがそれぞれ受信した光信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（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等化器６は、光信号ｕ_１（ｎ）、ｕ_２（ｎ）、・・・、ｕ_Ｎ（ｎ）を復元する。ここで、光信号ｕ_１（ｎ）、ｕ_２（ｎ）、・・・、ｕ_Ｎ（ｎ）は、ｎ番目のシンボルとして復元される光信号である。

受信信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（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ｕ_１（ｎ）、ｕ_２（ｎ）、・・・、ｕ_Ｎ（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ｘ_１（ｎ）、ｘ_２（ｎ）、・・・、ｘ_Ｎ（ｎ）と一致していることが望ましい。

ＦＩＲ等化器の構成を図２に示す。ＦＩＲ等化器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ｕ_１（ｎ）、ｕ_２（ｎ）、・・・、ｕ_Ｎ（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ｕ_１（ｎ）を生成する構成についてのみ説明する。

ＦＩＲフィルタ６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍは、それぞれ受信信号ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（ｎ）を入力し、それぞれ光信号ｚ_１（ｎ）、ｚ_２（ｎ）、・・・、ｚ_Ｍ（ｎ）を生成する。合波器６２は、光信号ｚ_１（ｎ）、ｚ_２（ｎ）、・・・、ｚ_Ｍ（ｎ）を合波し、復元信号ｕ_１（ｎ）を生成する。

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。

受信信号ｙ_Ｂ（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τ_ｉとし、振幅位相調整器でのタップ係数をｗ_Ｂ（ｉ）とする。遅延時間τ_ｉ及びタップ係数ｗ_Ｂ（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送信機からの混信、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ｙ_１（ｎ）、ｙ_２（ｎ）、・・・、ｙ_Ｍ（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６参照）。

タップ係数を更新する適応等化アルゴリズムを図３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（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}）を有し、後段にデータ部ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋１）、・・・、ｘ（Ｎ_ａｌｌ）を有する。ここで、Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＞Ｌである必要がある。ＦＩＲ等化器６は、データ部ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋１）、・・・、ｘ（Ｎ_ａｌｌ）を未知とするが、トレーニングシンボルｘ（１）、・・・、ｘ（Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}）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。

まず、トレーニングシンボルを受信中であり、ｎ≦Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}であるときについて説明する。ＦＩＲ等化器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。

次に、データ部を受信中であり、ｎ≧Ｎ_{ｔｒａｉｎｉｎｇ}＋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等化器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。

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。

ＦＩＲ等化器６は、光ファイバ４中で発生する線形歪を補償することができ、タップの遅延量・係数を適切に設定することで、光ファイバ４中で発生する他送信機１からの混信、モード分散、波長分散、偏波分散による信号劣化を補償することができる。ただし、モード分散による信号劣化を補償する場合、基本モード及び高次モードの群遅延差が大きくなると、信号劣化の補償に必要な計算量が膨大になるため、基本モード及び高次モードの群遅延差を小さくする必要がある。

（実施形態１）
実施形態１の光ファイバの構成を図４に示す。光ファイバ４は、光ファイバ４−１、４−２、４−３、４−４及び分割モード変換器９Ａ−１、９Ａ−２、９Ａ−３から構成される。光伝搬モードの個数はＰ＝４であり、光信号の種類数はＮ＝４である。光伝搬モードは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードである。光信号は、通信パスＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４である。

光ファイバ４−１、４−２、４−３、４−４は、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有する。ここで、「略一様な」とは、作製精度の範囲内の一様性を意味する。光ファイバ４−１、４−２、４−３、４−４は、略同様な長さを有する。ここで、「略同様な」とは、ＦＩＲ等化器６のデジタル処理が低減される程度に同様であることを意味する（後述）。

分割モード変換器９Ａ−１、９Ａ−２、９Ａ−３は、光ファイバ４を光伝搬方向に略４等分する位置に配置され、４個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換する。ここで、「略４等分」とは、ＦＩＲ等化器６のデジタル処理が低減される程度に等分であることを意味する（後述）。

合波器３及び分割モード変換器９Ａ−１の間の光ファイバ４−１では、通信パスＴ_１はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０２モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ａ−１では、ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、排他的なかつ循環的な変換が行われる。分割モード変換器９Ａ−１及び分割モード変換器９Ａ−２の間の光ファイバ４−２では、通信パスＴ_１はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ａ−２では、ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、排他的なかつ循環的な変換が行われる。分割モード変換器９Ａ−２及び分割モード変換器９Ａ−３の間の光ファイバ４−３では、通信パスＴ_１はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_１１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ａ−３では、ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、排他的なかつ循環的な変換が行われる。分割モード変換器９Ａ−３及び分波器５の間の光ファイバ４−４では、通信パスＴ_１はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_２１モードで伝搬される。

つまり、各通信パスが各光伝搬モードで伝搬される距離は略等しくなる。よって、光ファイバ４全体における各通信パスの平均群速度が略等しくなり、光ファイバ４全体で見れば各通信パスの群遅延差が補償される。ここで、「略等しい」とは、ＦＩＲ等化器６のデジタル処理が低減される程度に等しいことを意味する。

実施形態１の分割モード変換器の概要を図５に示す。光伝搬モードの個数はＰ＝２であり、光信号の種類数はＮ＝２である。第１モード及び第２モードは、相互に異なるモードであれば、どのようなモードであってもよい。分割モード変換器９Ａでは、第１モードは第２モードに変換され、第２モードは第１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ａより上流では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第２モードで伝搬される。分割モード変換器９Ａより下流では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ａは、長周期ファイバブラッググレーティング（Ｌｏｎｇ Ｐｅｒｉｏｄ Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ：ＬＰＧ）を用いることで実現できる。非特許文献７に示されるように、使用波長λにおいて第１モード及び第２モードの間で光伝搬モードを変換するためには、ＬＰＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを、Λ＝λ／|ｎ_１−ｎ_２|のように設定する。ここで、ｎ_１は使用波長λにおける第１モードの実効屈折率を示し、ｎ_２は使用波長λにおける第２モードの実効屈折率を示す。

ＬＰＧの周期的な屈折率変化の間隔Λは、使用する光ファイバ４の構造パラメータ、使用する波長λ、変換するモード次数によって決定される。使用する波長λを決定後、光ファイバ４の構造パラメータから数値解析を行ない、第１モードの実効屈折率ｎ_１及び第２モードの実効屈折率ｎ_２を算出し、計算により得られたｎ_１及びｎ_２をΛの表式に代入し、必要なＬＰＧの周期的な屈折率変化の間隔Λを決定する。

実施形態１の分割モード変換器の構成を図６に示す。分割モード変換器９Ａは、微細分割モード変換器９Ａ（１）、９Ａ（２）、９Ａ（３）、・・・、９Ａ（Ｐ−１）から構成される。光伝搬モードの個数はＰであり、光信号の種類数はＮ＝Ｐである。第１モードから第Ｐモードは、相互に異なるモードであれば、どのようなモードであってもよい。隣接する微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）は、相互間で近接して配置される。「近接して」とは、分割モード変換器９Ａ内部の光ファイバの長さが光ファイバ４全体の光ファイバの長さより十分に短いため、分割モード変換器９Ａ内部における各光伝搬モード間の群遅延差が無視することができる程度に小さいことを意味する。

微細分割モード変換器９Ａ（１）より上流では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ａ（１）では、第１モードは第２モードに変換され、第２モードは第１モードに変換される。微細分割モード変換器９Ａ（１）及び微細分割モード変換器９Ａ（２）の間では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ａ（２）では、第１モードは第３モードに変換され、第３モードは第１モードに変換される。微細分割モード変換器９Ａ（２）及び微細分割モード変換器９Ａ（３）の間では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ａ（３）では、第１モードは第４モードに変換され、第４モードは第１モードに変換される。微細分割モード変換器９Ａ（３）及び微細分割モード変換器９Ａ（４）の間では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第４モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第１モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ａ（４）から微細分割モード変換器９Ａ（Ｐ−２）では、上記の微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）と同様な処理が行なわれる。

微細分割モード変換器９Ａ（Ｐ−１）では、第１モードは第Ｐモードに変換され、第Ｐモードは第１モードに変換される。微細分割モード変換器９Ａ（Ｐ−１）の下流では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第４モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第５モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第１モードで伝搬される。

図６の説明をまとめると、分割モード変換器９Ａは、微細分割モード変換器９Ａ（１）、９Ａ（２）、９Ａ（３）、・・・、９Ａ（Ｐ−１）を利用して、第１モードから第Ｐモードの各光伝搬モード間において、排他的なかつ循環的な変換を行なう。

このように、光ファイバ４は、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有する。Ｐ個の光伝搬モードのうち、全ての光伝搬モードを利用する。（Ｐ−１）個の各分割モード変換器９Ａは、光ファイバ４を光伝搬方向に略Ｐ等分する位置に配置され、Ｐ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換する。各分割モード変換器９Ａは、（Ｐ−１）個の微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）からなり、各微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）は、Ｐ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換する。

よって、各通信パスが各光伝搬モードで伝搬される距離は略等しくなる。すると、光ファイバ４全体における各通信パスの平均群速度が略等しくなり、光ファイバ４全体で見れば各通信パスの群遅延差が補償される。よって、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することができる。さらに、分割モード変換器９Ａを（Ｐ−１）個配置すれば足り、微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）を（Ｐ−１）×（Ｐ−１）個配置すれば足りる。

実施形態１の以上の説明では、Ｐ個の光伝搬モードのうち、全ての光伝搬モードを利用する。ここで、実施形態１の変形例として、Ｐ個の光伝搬モードのうち、Ｐ個より少ないＮ個の光伝搬モードを利用してもよい。つまり、（Ｎ−１）個の各分割モード変換器９Ａが、光ファイバ４を光伝搬方向に略Ｎ等分する位置に配置され、Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換すればよい。そして、各分割モード変換器９Ａが、（Ｎ−１）個の微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）からなり、各微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）が、Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換すればよい。よって、分割モード変換器９Ａを（Ｎ−１）個配置すれば足り、微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）を（Ｎ−１）×（Ｎ−１）個配置すれば足りる。

（実施形態２）
実施形態１では、光伝搬モードの個数Ｐは、偶数及び奇数のうちいずれであってもよい。実施形態２では、光伝搬モードの個数Ｐは、偶数及び奇数のうち偶数のみに限られるが、実施形態２では実施形態１より、微細分割モード変換器の個数を少なくできる。

実施形態２の分割モード変換器の構成を図７及び図８に示す。光伝搬モードの個数はＰであり、光信号の種類数はＮ＝Ｐである。第１モードから第Ｐモードは、相互に異なるモードであれば、どのようなモードであってもよい。隣接する微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）は、相互間で近接して配置される。

まず、図７の分割モード変換器９Ｂについて説明する。分割モード変換器９Ｂは、微細分割モード変換器９Ｂ（１）、９Ｂ（２）、・・・、９Ｂ（Ｐ／２）から構成される。

微細分割モード変換器９Ｂ（１）より上流では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｂ（１）では、第１モードは第２モードに変換され、第２モードは第１モードに変換される。微細分割モード変換器９Ｂ（１）及び微細分割モード変換器９Ｂ（２）の間では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｂ（２）では、第３モードは第４モードに変換され、第４モードは第３モードに変換される。微細分割モード変換器９Ｂ（２）及び微細分割モード変換器９Ｂ（３）の間では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第４モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第３モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｂ（３）から微細分割モード変換器９Ｂ（Ｐ／２−１）では、上記の微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）と同様な処理が行なわれる。

微細分割モード変換器９Ｂ（Ｐ／２）では、第（Ｐ−１）モードは第Ｐモードに変換され、第Ｐモードは第（Ｐ−１）モードに変換される。微細分割モード変換器９Ｂ（Ｐ／２）より下流では、通信パスＴ_１は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第４モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第３モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第（Ｐ−１）モードで伝搬される。

図７の説明をまとめると、分割モード変換器９Ｂは、微細分割モード変換器９Ｂ（１）、９Ｂ（２）、・・・、９Ｂ（Ｐ／２）を利用して、第１モードから第Ｐモードの各光伝搬モード間において、排他的な変換を行なう。各微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）は、第（２ｎ−１）モード及び第２ｎモードの間において、モード変換を行なう。

次に、図８の分割モード変換器９Ｃについて説明する。分割モード変換器９Ｃは、微細分割モード変換器９Ｃ（１）、９Ｃ（２）、・・・、９Ｃ（Ｐ／２）から構成される。

微細分割モード変換器９Ｃ（１）より上流では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｃ（１）では、第２モードは第３モードに変換され、第３モードは第２モードに変換される。微細分割モード変換器９Ｃ（１）及び微細分割モード変換器９Ｃ（２）の間では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第４モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｃ（２）では、第４モードは第５モードに変換され、第５モードは第４モードに変換される。微細分割モード変換器９Ｃ（２）及び微細分割モード変換器９Ｃ（３）の間では、通信パスＴ_１は第１モードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第５モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第Ｐモードで伝搬される。

微細分割モード変換器９Ｃ（３）から微細分割モード変換器９Ｃ（Ｐ／２−１）では、上記の微細分割モード変換器９Ｃ（ｎ）と同様な処理が行なわれる。

微細分割モード変換器９Ｃ（Ｐ／２）では、第Ｐモードは第１モードに変換され、第１モードは第Ｐモードに変換される。微細分割モード変換器９Ｃ（Ｐ／２）より下流では、通信パスＴ_１は第Ｐモードで伝搬され、通信パスＴ_２は第３モードで伝搬され、通信パスＴ_３は第２モードで伝搬され、通信パスＴ_４は第５モードで伝搬され、・・・、通信パスＴ_Ｐは第１モードで伝搬される。

図８の説明をまとめると、分割モード変換器９Ｃは、微細分割モード変換器９Ｃ（１）、９Ｃ（２）、・・・、９Ｃ（Ｐ／２）を利用して、第１モードから第Ｐモードの各光伝搬モード間において、排他的な変換を行なう。微細分割モード変換器９Ｃ（ｎ）は、１≦ｎ≦Ｐ／２−１であるときには、第２ｎモード及び第（２ｎ＋１）モードの間において、モード変換を行なう。微細分割モード変換器９Ｃ（ｎ）は、ｎ＝Ｐ／２であるときには、第Ｐモード及び第１モードの間において、モード変換を行なう。

実施形態２の光ファイバの構成を図９及び図１０に示す。光伝搬モードの個数はＰ＝４であり、光信号の種類数はＮ＝４である。光伝搬モードは、ＬＰ_０１モード、ＬＰ_１１モード、ＬＰ_２１モード及びＬＰ_０２モードである。光信号は、通信パスＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_４である。

まず、図９の光ファイバ４を説明する。光ファイバ４は、光ファイバ４−１、４−２、４−３、４−４及び分割モード変換器９Ｂ−１、９Ｃ−２、９Ｂ−３から構成される。上流から下流へと、図７の分割モード変換器９Ｂ、図８の分割モード変換器９Ｃ、図７の分割モード変換器９Ｂの順序で、分割モード変換器が配置される。

合波器３及び分割モード変換器９Ｂ−１の間の光ファイバ４−１では、通信パスＴ_１はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０２モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｂ−１では、ＬＰ_０１モードは第１モードに相当し、ＬＰ_１１モードは第２モードに相当し、ＬＰ_２１モードは第３モードに相当し、ＬＰ_０２モードは第４モードに相当する。ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_２１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｂ−１及び分割モード変換器９Ｃ−２の間の光ファイバ４−２では、通信パスＴ_１はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_２１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｃ−２では、ＬＰ_１１モードは第１モードに相当し、ＬＰ_０１モードは第２モードに相当し、ＬＰ_０２モードは第３モードに相当し、ＬＰ_２１モードは第４モードに相当する。ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_１１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｃ−２及び分割モード変換器９Ｂ−３の間の光ファイバ４−３では、通信パスＴ_１はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_１１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｂ−３では、ＬＰ_２１モードは第１モードに相当し、ＬＰ_０２モードは第２モードに相当し、ＬＰ_０１モードは第３モードに相当し、ＬＰ_１１モードは第４モードに相当する。ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_０１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｂ−３及び分波器５の間の光ファイバ４−４では、通信パスＴ_１はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０１モードで伝搬される。

次に、図１０の光ファイバ４を説明する。光ファイバ４は、光ファイバ４−１、４−２、４−３、４−４及び分割モード変換器９Ｃ−１、９Ｂ−２、９Ｃ−３から構成される。上流から下流へと、図８の分割モード変換器９Ｃ、図７の分割モード変換器９Ｂ、図８の分割モード変換器９Ｃの順序で、分割モード変換器が配置される。

合波器３及び分割モード変換器９Ｃ−１の間の光ファイバ４−１では、通信パスＴ_１はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０２モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｃ−１では、ＬＰ_０１モードは第１モードに相当し、ＬＰ_１１モードは第２モードに相当し、ＬＰ_２１モードは第３モードに相当し、ＬＰ_０２モードは第４モードに相当する。ＬＰ_０１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｃ−１及び分割モード変換器９Ｂ−２の間の光ファイバ４−２では、通信パスＴ_１はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_０１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｂ−２では、ＬＰ_０２モードは第１モードに相当し、ＬＰ_２１モードは第２モードに相当し、ＬＰ_１１モードは第３モードに相当し、ＬＰ_０１モードは第４モードに相当する。ＬＰ_０２モードはＬＰ_２１モードに変換され、ＬＰ_２１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_１１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｂ−２及び分割モード変換器９Ｃ−３の間の光ファイバ４−３では、通信パスＴ_１はＬＰ_２１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_１１モードで伝搬される。

分割モード変換器９Ｃ−３では、ＬＰ_２１モードは第１モードに相当し、ＬＰ_０２モードは第２モードに相当し、ＬＰ_０１モードは第３モードに相当し、ＬＰ_１１モードは第４モードに相当する。ＬＰ_２１モードはＬＰ_１１モードに変換され、ＬＰ_０２モードはＬＰ_０１モードに変換され、ＬＰ_０１モードはＬＰ_０２モードに変換され、ＬＰ_１１モードはＬＰ_２１モードに変換され、排他的な変換が行われる。分割モード変換器９Ｃ−３及び分波器５の間の光ファイバ４−４では、通信パスＴ_１はＬＰ_１１モードで伝搬され、通信パスＴ_２はＬＰ_０１モードで伝搬され、通信パスＴ_３はＬＰ_０２モードで伝搬され、通信パスＴ_４はＬＰ_２１モードで伝搬される。

このように、光ファイバ４は、光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有する。Ｐ個の光伝搬モードのうち、全ての光伝搬モードを利用する。（Ｐ−１）個の各分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃは、光ファイバ４を光伝搬方向に略Ｐ等分する位置に配置され、Ｐ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換する。各分割モード変換器９Ｂ及び９Ｃは、上流から下流へと、交互に配置される。各分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃは、Ｐ／２個の微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）からなり、各微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）は、Ｐ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換する。

よって、各通信パスが各光伝搬モードで伝搬される距離は略等しくなる。すると、光ファイバ４全体における各通信パスの平均群速度が略等しくなり、光ファイバ４全体で見れば各通信パスの群遅延差が補償される。よって、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することができる。さらに、分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃを（Ｐ−１）個配置すれば足り、微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）をＰ／２×（Ｐ−１）個配置すれば足りる。

実施形態１、２の微細分割モード変換器の必要個数を図１１に示す。実施形態１では、光伝搬モードの個数Ｐは、偶数及び奇数のうちいずれであってもよく、微細分割モード変換器９Ａ（ｎ）の必要個数は、（Ｐ−１）×（Ｐ−１）個である。実施形態２では、光伝搬モードの個数Ｐは、偶数及び奇数のうち偶数のみに限られるが、微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）の必要個数は、Ｐ／２×（Ｐ−１）個である。

光伝搬モードの個数Ｐが偶数であるときには、実施形態２では実施形態１より、微細分割モード変換器の必要個数を少なくできることが分かる。

実施形態２の以上の説明では、Ｐ個の光伝搬モードのうち、全ての光伝搬モードを利用する。ここで、実施形態２の変形例として、Ｐ個の光伝搬モードのうち、Ｐ個より少ないＮ個の光伝搬モードを利用してもよい。つまり、（Ｎ−１）個の各分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃが、光ファイバ４を光伝搬方向に略Ｎ等分する位置に配置され、Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換すればよい。そして、各分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃが、Ｎ／２個の微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）からなり、各微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）が、Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換すればよい。よって、分割モード変換器９Ｂ又は９Ｃを（Ｎ−１）個配置すれば足り、微細分割モード変換器９Ｂ（ｎ）又は９Ｃ（ｎ）をＮ／２×（Ｎ−１）個配置すれば足りる。利用する光伝搬モードの個数Ｎが偶数であるときには、実施形態２では実施形態１より、微細分割モード変換器の必要個数を少なくできることが分かる。

（変形例）
実施形態１及び実施形態２では、（Ｐ−１）個の各分割モード変換器は、光ファイバ４を光伝搬方向に略Ｐ等分する位置に配置され、Ｐ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換することにより、Ｎ種の各光信号がＰ個の各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくする。

変形例では、実施形態１及び実施形態２を一般化して、モード変換器は、光ファイバ４の途中に配置され、Ｐ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換することにより、Ｎ種の各光信号がＰ個の各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくする。モード変換器は、単数の又は複数の分割モード変換器からなる。

変形例の具体例として、４個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的にかつ循環的に変換する、図４に示したような分割モード変換器を利用する。合波器３から距離ｄ_１の位置に１個目の分割モード変換器を配置する。１個目の分割モード変換器から距離ｄ_１の位置に２個目の分割モード変換器を配置する。２個目の分割モード変換器から距離ｄ_１の位置に３個目の分割モード変換器を配置する。３個目の分割モード変換器から距離ｄ_１の位置に４個目の分割モード変換器を配置する。４個目の分割モード変換器から距離ｄ_２の位置に５個目の分割モード変換器を配置する。５個目の分割モード変換器から距離ｄ_２の位置に６個目の分割モード変換器を配置する。６個目の分割モード変換器から距離ｄ_２の位置に７個目の分割モード変換器を配置する。７個目の分割モード変換器から距離ｄ_２の位置に分波器５を配置する。距離ｄ_１及び距離ｄ_２は、等しくてもよく、異なっていてもよい。４種の各通信パスが４種の各光伝搬モードで伝搬される距離はｄ_１＋ｄ_２であり略等しくなるが、分割モード変換器の必要個数は多くなる。

実施形態１及び実施形態２では、微細分割モード変換器は、Ｐ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換する。変形例では、微細分割モード変換器は、Ｐ個の光伝搬モードのうち３個以上の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換する。例えば、ＬＰＧの周期的な屈折率変化の間隔Λをチャープさせる。よって、微細分割モード変換器の内部構造は複雑になるが、微細分割モード変換器の必要個数は低減できる。

光ファイバ４で伝搬される各通信パスと、各送信機で送信される各光信号は、１対１に対応していてもよい。或いは、光ファイバ４で伝搬される各通信パスと、各送信機で送信される各光信号は、１対１に対応していなくてもよい。例えば、光ファイバ４で伝搬される一つの通信パスに、複数の送信機でそれぞれ送信される複数の光信号が混ざっていてもよい。図１の説明では、Ｎ個の送信機がそれぞれ光信号を送信し、Ｍ個の受信機がそれぞれ光信号を受信する。変形例では、任意数（例えば１個）の送信機がＮ種の光信号を送信してもよく、任意数（例えば１個）の受信機がＭ種の光信号を送信してもよい。

本発明に係る光ファイバ伝送システム及び光ファイバ伝送方法は、光ＭＩＭＯを用いた光ファイバ伝送において、異なる種類の光ファイバを必要としないことにより、異なる種類の光ファイバの作製誤差を考慮せずかつモード変換が意図せず発生する可能性を除外して、容易にかつ確実にモード分散を補償することができる。

１−１、１−２、・・・、１−Ｎ：送信機
２−１、２−２、・・・、２−Ｍ：受信機
３：合波器
４、４−１、４−２、４−３、４−４：光ファイバ
５：分波器
６：ＦＩＲ等化器
７：適応等化アルゴリズム
８：減算器
９Ａ、９Ａ−１、９Ａ−２、９Ａ−３：分割モード変換器
９Ａ（１）、９Ａ（２）、９Ａ（３）、・・・、９Ａ（Ｐ−１）：微細分割モード変換器
９Ｂ、９Ｂ−１、９Ｂ−２、９Ｂ−３：分割モード変換器
９Ｂ（１）、９Ｂ（２）、・・・、９Ｂ（Ｐ／２）：微細分割モード変換器
９Ｃ、９Ｃ−１、９Ｃ−２、９Ｃ−３：分割モード変換器
９Ｃ（１）、９Ｃ（２）、・・・、９Ｃ（Ｐ／２）：微細分割モード変換器
６１−１、６１−２、・・・、６１−Ｍ：ＦＩＲフィルタ
６２：合波器

Claims (8)

1. 同一波長のＮ種（Ｎは２以上の自然数）の光信号を送信する光送信機と、
   前記光送信機からの前記Ｎ種の光信号をそれぞれ異なる光伝搬モードに変換して合波する合波器と、
   光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有し、Ｐ個（ＰはＮ以上の自然数）の光伝搬モードを有し、前記Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードで前記合波器からの前記Ｎ種の光信号が伝搬される光ファイバと、
   前記光ファイバの途中に配置され、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換することにより、前記Ｎ種の各光信号が前記Ｎ個の各光伝搬モードで伝搬される距離を略等しくするモード変換器と、
   前記光ファイバからの前記Ｎ個の光伝搬モードで伝搬された前記Ｎ種の光信号をＭ種（ＭはＮ以上の自然数）の光信号に分波する分波器と、
   前記分波器からの前記Ｍ種の光信号を受信する光受信機と、
   前記光受信機からの前記Ｍ種の光信号を前記Ｎ種の光信号に合成することにより、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間の群遅延を補償する等化器と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ伝送システム。
2. 前記モード変換器は、（Ｎ−１）個の分割モード変換器からなり、
   各分割モード変換器は、前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する位置に配置され、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを排他的に変換することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ伝送システム。
3. Ｎは、偶数及び奇数のうちいずれかであり、
   各分割モード変換器は、（Ｎ−１）個の微細分割モード変換器からなり、
   各微細分割モード変換器は、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換す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。
4. Ｎは、偶数であり、
   各分割モード変換器は、Ｎ／２個の微細分割モード変換器からなり、
   各微細分割モード変換器は、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードを変換す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。
5. 同一波長のＮ種（Ｎは２以上の自然数）の光信号を送信し、
   送信された前記Ｎ種の光信号をそれぞれ異なる光伝搬モードに変換して合波し、
   光伝搬方向に略一様な屈折率分布を有し、Ｐ個（ＰはＮ以上の自然数）の光伝搬モードを有し、前記Ｐ個の光伝搬モードのうちＮ個の光伝搬モードで合波された前記Ｎ種の光信号が伝搬される光ファイバの途中において、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることにより、前記Ｎ種の各光信号が前記Ｎ個の各光伝搬モードで伝搬される距離が略等しくなり、
   前記Ｎ個の光伝搬モードで伝搬された光信号をＭ種（ＭはＮ以上の自然数）の光信号に分波し、
   分波された前記Ｍ種の光信号を受信し、
   受信された前記Ｍ種の光信号を前記Ｎ種の光信号に合成することにより、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間の群遅延を補償することを特徴とする光ファイバ伝送方法。
6. 前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが排他的に変換されることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ伝送方法。
7. Ｎは、偶数及び奇数のうちいずれかであり、
   前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることを（Ｎ−１）回繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ伝送方法。
8. Ｎは、偶数であり、
   前記光ファイバを光伝搬方向に略Ｎ等分する各位置において、前記Ｎ個の光伝搬モードのうち２個の光伝搬モードの相互間で光信号の入力前と出力後で光伝搬モードが変換されることをＮ／２回繰り返すことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ伝送方法。

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