JP2015026070A - モード合分波器及びモード多重通信システム - Google Patents
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Abstract
Description
LP01モードを伝搬する第1の導波路と、
LP11bモードを伝搬する第2の導波路と、
LP21以上の多モードを伝搬する第3の導波路と、
LP01モードを伝搬する第4の導波路と、
LP11aモードを伝搬する第5の導波路と、
前記第1の導波路のLP01モード光と前記第3の導波路の第1の多モード光を結合させる第1の結合部と、
前記第2の導波路のLP11bモード光と前記第3の導波路の第2の多モード光を結合させる第2の結合部と、
前記第4の導波路のLP01モード光と前記第5の導波路のLP11aモード光を結合させる第3の結合部と、
前記第5の導波路と前記第2の導波路を接続し、前記第5の導波路のLP11aモード光をLP11bモード光に回転させて前記第2の導波路に入力し、前記第2の導波路のLP11bモードをLP11aモードに回転させて前記第5の導波路に入力するモード回転子と、
を備える。
前記第1の導波路、前記第2の導波路及び前記第3の導波路は、同一平面に形成された高さの等しい第1の平行導波路によって形成され、
前記第4の導波路及び前記第5の導波路は、同一平面に形成された高さの等しい第2の平行導波路によって形成され、
前記モード回転子は、同一平面に形成された高さの等しい第6の導波路によって形成され、
前記第1の平行導波路と前記第2の平行導波路と前記第6の導波路とが同一平面に形成されていてもよい。
前記第1の多モード光は、LP1Xaモード光(ただし、Xは1以上の整数である。)及びLP0Yモード光(ただし、Yは2以上の整数である。)の少なくとも1つであり、
前記第2の多モード光は、LPZ1モード光(ただし、Zは2以上の整数である。)の少なくとも1つであってもよい。
波長多重信号を生成する複数の波長多重信号生成部と、
前記第1の導波路、前記第3の導波路及び前記第4の導波路のそれぞれの一端に前記波長多重信号生成部が接続され、前記波長多重信号生成から入力された波長多重信号をモード多重して前記第3の導波路の他端から出力する、本発明のモード合分波器と、
を備える。
モード多重された波長多重信号が前記第3の導波路の一端に入力され、当該入力信号をモードごとに分波した波長多重信号を、前記第1の導波路、前記第3の導波路及び前記第4の導波路のそれぞれの他端から出力する本発明のモード合分波器と、
前記モード合分波器から出力された波長多重信号を、波長ごとに受信する波長多重信号受信部と、
を備える。
モード多重された波長多重信号を送信する本発明の送信装置と、
前記送信装置からのモード多重された波長多重信号を受信する本発明の受信装置と、
前記送信装置及び前記受信装置を接続し、前記第3の導波路の伝搬するモード数以上のモード数が伝搬可能なマルチモード光ファイバと、
を備える。
LP01モードを伝搬する第1の導波路と、
LP11bモードを伝搬する第2の導波路と、
LP21以上の多モードを伝搬する第3の導波路と、
LP01モードを伝搬する第4の導波路と、
LP11aモードを伝搬する第5の導波路と、
前記第5の導波路と前記第2の導波路を接続し、前記第5の導波路のLP11aモード光をLP11bモード光に回転させて前記第2の導波路に入力し、前記第2の導波路のLP11bモードをLP11aモードに回転させて前記第5の導波路に入力するモード回転子として機能する第6の導波路と、
前記第1の導波路のLP01モード光と前記第3の導波路の第1の多モード光を結合させる第1の結合部と、
前記第2の導波路のLP11bモード光と前記第3の導波路の第2の多モード光を結合させる第2の結合部と、
前記第4の導波路のLP01モード光と前記第5の導波路のLP11aモード光を結合させる第3の結合部と、
を備えるモード合分波器の設計方法であって、
前記第3の導波路、前記第1の導波路及び前記第2の導波路の導波路幅を決定し、前記第1の結合部及び前記第2の結合部の相互作用長を決定する第1の平行導波路部設計手順と、
前記第5の導波路及び前記第4の導波路の導波路幅を決定し、前記第3の結合部の相互作用長を決定する第2の平行導波路部設計手順と、
使用波長帯においてLP11aモード及びLP11bモードを伝搬するように、前記第6の導波路の導波路幅を決定し、前記第6の導波路内で伝搬モードが回転するように前記第6の導波路に備わる溝の位置を決定し、使用波長帯におけるLP11aモードからLP11bモードへの結合効率が所望の値以上になるように、前記第6の導波路の相互作用長を決定するモード回転子設計手順と、
を順に有する。
本発明の第1の実施形態について説明する。図1は、本実施形態のLP21モードまでを合分波するための第1の平行導波路部を説明する図である。第1の平行導波路部110は、導波路111、導波路112及び導波路113を備える。導波路111はLP01モード光を伝搬し、導波路112はLP11bモード光を伝搬し、導波路113はLP21以上を伝搬する。第1の平行導波路部110は、相互作用長L1を有する導波路111と導波路113との結合部C1と、相互作用長L2を有する導波路112と導波路113との結合部C2とを有する。
図14に示す第1の平行導波路部設計手順では、第1の平行導波路部110の設計を行う。
はじめに、モード合分波器で使用する波長帯を決定する(S101)。
次に、使用する波長帯においてLP21モード以上が伝搬可能となるように、比屈折率差Δと導波路幅w3を決定する(S102、S103)。比屈折率差Δと導波路幅w3の決定には、例えば、有限要素法などの導波路解析を用いて遮断波長を求めることで決定する。
次に、導波路111のLP01モードと導波路113のLP11aモードの実効屈折率が等しくなるような導波路幅w1を決定する(S104、S105)。導波路幅w1の決定においても、有限要素法などの導波路解析を用いて実効屈折率を算出する。
次に、導波路113のLP21モードの実効屈折率(S108)と導波路112のLP11bモードの実効屈折率が等しくような導波路幅w2を決定する(S106、S107)。
次に、導波路間隔g1、g2を決定し(S108)、決定した導波路間隔g1、g2を用いて相互作用長L1、L2を決定する(S109)。相互作用長L1、L2の算出にはビーム伝搬法などの伝搬解析を行い相互作用長を算出する。
相互作用長L1、L2を算出したら、所望の結合効率を有するか否かを判定し(S110)、所望の結合効率を有さない場合はステップS108へ移行する。例えば使用波長帯において80%以上の結合効率を所望しており、それに満たない結合効率が得られた場合には、導波路間隔g1、g2を再設定し(S108)、相互作用長L1、L2の算出を行い(S109)、所望の特性が得られたところで(S110においてYes)、これまで決定した各パラメータの確定となる。
本手順では、第1の平行導波路部110で用いた使用波長帯で設計を進める(S201)。使用する波長帯においてLP11aモード以上が伝搬可能となるように(S203においてYes)、比屈折率差Δと導波路幅w5を決定する(S202)。比屈折率差Δと導波路幅w5の決定には、第1の平行導波路部110と同様に有限要素法などの導波路解析を用いて遮断波長を求めることで決定する。
次に導波路114のLP01モードと導波路115のLP11aモードの実効屈折率が等しくなるような導波路幅w4を決定する(S204、S205)。導波路幅w4の決定においても導波路解析を用いて実効屈折率を算出する。
次に、導波路間隔g3を決定し(S206)、相互作用長L3を決定する(S207)。L3の算出には伝搬解析を行い相互作用長を算出する。
相互作用長L3を算出したら、所望の結合効率を有するか否かを判定し(S208)、所望の結合効率を有さない場合はステップS206へ移行する。例えば使用波長帯において80%以上の結合効率を所望しており、それに満たない結合効率が得られた場合には、導波路間隔g3を再設定し(S206)、相互作用長L3の算出を行い(S207)、所望の特性が得られたところで(S208においてYes)、これまで決定した各パラメータの確定となる。
本手順では、第1の平行導波路部110及び第2の平行導波路部120で用いた波長帯で設計を進める(S301)。使用する波長帯においてLP11aモード及びLP11bモードの両縮退モードが伝搬可能となるように(S303においてYes)、導波路の高さh、比屈折率差Δと導波路幅w8を決定する(S302)。導波路の高さh、比屈折率差Δと導波路幅w8の決定には、第1の平行導波路部110及び第2の平行導波路部120と同様に有限要素法などの導波路解析を用いて遮断波長を求めることで決定する。
次に導波路にトレンチ層を設けるための手順を実施する。トレンチ層の位置を決定するために導波路の端からの幅w82を決定する(S304)。w82はある程度任意に決定し、以下の手順を実施する。w82を決定後にトレンチ層の幅w83、w84と深さdを決定し(S305、S306)、LP11aモードがLP11bモードに回転するように相互作用長L4を決定する(S307)。L4の決定にはビーム伝搬法などの導波路解析を用いて算出を行う。S305からS307までのパラメータの微調整を行い、LP11aモードからLP11bモードへの所望の結合効率が得られたところで(ステップS308においてYes)、これまで決定した各パラメータの確定となる。S305からS307のパラメータの調整で所望の特性が得られない場合には(ステップS308においてNo)、ステップS304においてw82を決定した際に想定した結合効率であるか否かを判定し(S309)、想定した結合効率である場合にはステップS304へ移行し、想定した結合効率でない場合にはステップS305へ移行する。そして再度、S305からS307の手順を実施し、所望の特性が得られるまでS304からS307の手順を繰り返すことで、各パラメータが確定となる。
本発明の第2の実施形態について説明する。図17は、本実施形態に係る第1の平行導波路部110の一例を示す。本実施形態は、LP11aモードの結合部とLP21モードの結合部で中央の導波路の太さを変化させるテーパ部を設けたLP21モードまでに対応した合分波器の実施形態に関する。
次に、ステップS106及びS107において、導波路612の導波路幅w2は導波路613の導波路幅w6におけるLP21モードと導波路612のLP11bモードの実効屈折率が等しくなるように設定すればよく、導波路幅w2は7.0μmと求まる。
次に、ステップS108において、導波路611と導波路613の導波路間隔をg1、導波路612と613の間隔をg6とし、g1、g6をそれぞれ4μm、9μmとする。この導波路間隔において、導波路611のLP01モードから導波路613のLP11aモードへの結合効率及び導波路612のLP11bモードから導波路613のLP21モードへの結合効率がともに90%以上になる相互作用長L1、L2を求めると(S110においてYes)、それぞれ0.65mm、8.9mmになる。
本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態は、第1の実施形態および第2の実施形態で示したモード合分波器の使用例に関する。本発明のモード合分波器は波長多重通信システム(WDM)および偏波多重通信システム(PDM)とモード多重通信システムの3つの多重方法を組み合わせて使用することができる。これらは、3つの多重方式を個別に使用することや2つの多重方式のみを使用することも考えられ、いずれの方法にも適用できる。図20に、本実施形態に係るモード多重通信システムの構成例を示す。本実施形態に係るモード多重通信システムは、WDMとPDMに3モード多重を行うためのシステムの構成例である。本発明のモード合分波器の使用例は図20のこれに限定されるものではない。また、ある波長λの光源に関しては、1つの光源をパワー分岐して使用しても良く、同一波長の光源を複数用意して波長λの信号を生成しても良い。
110:第1の平行導波路部
120:第2の平行導波路部
130:モード回転子
711:送信装置
712:光源
713:光分波器
714:光変調器
715:偏波コントローラ
716:光合波器
717:波長合波器
718:モード合波器
719:マルチモード伝送路
720:受信装置
721:モード分波器
722:波長分波器
723:偏波分波器
724:受光器
Claims (9)
- LP01モードを伝搬する第1の導波路と、
LP11bモードを伝搬する第2の導波路と、
LP21以上の多モードを伝搬する第3の導波路と、
LP01モードを伝搬する第4の導波路と、
LP11aモードを伝搬する第5の導波路と、
前記第1の導波路のLP01モード光と前記第3の導波路の第1の多モード光を結合させる第1の結合部と、
前記第2の導波路のLP11bモード光と前記第3の導波路の第2の多モード光を結合させる第2の結合部と、
前記第4の導波路のLP01モード光と前記第5の導波路のLP11aモード光を結合させる第3の結合部と、
前記第5の導波路と前記第2の導波路を接続し、前記第5の導波路のLP11aモード光をLP11bモード光に回転させて前記第2の導波路に入力し、前記第2の導波路のLP11bモードをLP11aモードに回転させて前記第5の導波路に入力するモード回転子と、
を備えるモード合分波器。 - 前記第1の導波路、前記第2の導波路及び前記第3の導波路は、同一平面に形成された高さの等しい第1の平行導波路によって形成され、
前記第4の導波路及び前記第5の導波路は、同一平面に形成された高さの等しい第2の平行導波路によって形成され、
前記モード回転子は、同一平面に形成された高さの等しい第6の導波路によって形成され、
前記第1の平行導波路と前記第2の平行導波路と前記第6の導波路とが同一平面に形成される、
請求項1に記載のモード合分波器。 - 前記第6の導波路は、断面の少なくとも一部に溝が形成されたトレンチ層を有する請求項2に記載のモード合分波器。
- 前記第6の導波路は、断面内に非対称性を持たせた導波路を有する請求項2に記載のモード合分波器。
- 前記第1の多モード光は、LP1Xaモード光(ただし、Xは1以上の整数である。)及びLP0Yモード光(ただし、Yは2以上の整数である。)の少なくとも1つであり、
前記第2の多モード光は、LPZ1モード光(ただし、Zは2以上の整数である。)の少なくとも1つである、
請求項1から4のいずれかに記載のモード合分波器。 - 波長多重信号を生成する複数の波長多重信号生成部と、
前記第1の導波路、前記第3の導波路及び前記第4の導波路のそれぞれの一端に前記波長多重信号生成部が接続され、前記波長多重信号生成から入力された波長多重信号をモード多重して前記第3の導波路の他端から出力する、請求項1から5のいずれかに記載のモード合分波器と、
を備える送信装置。 - モード多重された波長多重信号が前記第3の導波路の一端に入力され、当該入力信号をモードごとに分波した波長多重信号を、前記第1の導波路、前記第3の導波路及び前記第4の導波路のそれぞれの他端から出力する請求項1から5のいずれかに記載のモード合分波器と、
前記モード合分波器から出力された波長多重信号を、波長ごとに受信する波長多重信号受信部と、
を備える受信装置。 - モード多重された波長多重信号を送信する請求項6に記載の送信装置と、
前記送信装置からのモード多重された波長多重信号を受信する請求項7に記載の受信装置と、
前記送信装置及び前記受信装置を接続し、前記第3の導波路の伝搬するモード数以上のモード数が伝搬可能なマルチモード光ファイバと、
を備えるモード多重通信システム。 - LP01モードを伝搬する第1の導波路と、
LP11bモードを伝搬する第2の導波路と、
LP21以上の多モードを伝搬する第3の導波路と、
LP01モードを伝搬する第4の導波路と、
LP11aモードを伝搬する第5の導波路と、
前記第5の導波路と前記第2の導波路を接続し、前記第5の導波路のLP11aモード光をLP11bモード光に回転させて前記第2の導波路に入力し、前記第2の導波路のLP11bモードをLP11aモードに回転させて前記第5の導波路に入力するモード回転子として機能する第6の導波路と、
前記第1の導波路のLP01モード光と前記第3の導波路の第1の多モード光を結合させる第1の結合部と、
前記第2の導波路のLP11bモード光と前記第3の導波路の第2の多モード光を結合させる第2の結合部と、
前記第4の導波路のLP01モード光と前記第5の導波路のLP11aモード光を結合させる第3の結合部と、
を備えるモード合分波器の設計方法であって、
前記第3の導波路、前記第1の導波路及び前記第2の導波路の導波路幅を決定し、前記第1の結合部及び前記第2の結合部の相互作用長を決定する第1の平行導波路部設計手順と、
前記第5の導波路及び前記第4の導波路の導波路幅を決定し、前記第3の結合部の相互作用長を決定する第2の平行導波路部設計手順と、
使用波長帯においてLP11aモード及びLP11bモードを伝搬するように、前記第6の導波路の導波路幅を決定し、前記第6の導波路内で伝搬モードが回転するように前記第6の導波路に備わる溝の位置を決定し、使用波長帯におけるLP11aモードからLP11bモードへの結合効率が所望の値以上になるように、前記第6の導波路の相互作用長を決定するモード回転子設計手順と、
を順に有するモード合分波器の設計方法。
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