JP2018067692A - 光送信装置および光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および低価格化を図ることができる光送信装置および光通信システムを提供する。【解決手段】光源１１と方向性結合器１２と光伝送路２とを備えた光送信装置４。光源１１は、基本モードを含む第１の光Ｌ１を発する第１発光部７と、高次モードを含む第２の光Ｌ２を発する第２発光部８とを有する。方向性結合器１２は、第１の光Ｌ１が入射され、かつ光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されて配置された第１コア２８Ａを有する第１導波領域２６と、高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する互いの間隔をおいて形成された第２コア２９Ａおよび第３コア２９Ｂを有する第２導波領域２７とを備えている。第２コア２９Ａは、第２の光Ｌ２が入射され、かつ光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されない配置とされる。第３コア２９Ｂは、第２発光部８に光結合されず、かつ光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されて配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、光送信装置および光通信システムに関する。

従来、光伝送モジュールの通信容量を増やすためには、波長多重、空間多重等の技術が用いられてきた。基幹通信ネットワークで使用されている１３００〜１６５０ｎｍの長波長帯域では、波長可変レーザーを用いた波長分割多重方式（ＷＤＭ）により、トランシーバー毎に波長を変え、その波長を多重化する方式が用いられてきた。
近年、ＷＤＭでは通信容量が不足しており、特許文献１および非特許文献１に記載されているように、モード多重を用いた研究が行われている。
特許文献１および非特許文献１には、光ファイバで横モードを多重化するため、モード合分波器を用いて基本モードと高次モードを励起し、光ファイバに入射する方法を用いる光送信装置が提案されている。また、特許文献２に記載のように、ＶＣＳＥＬを用いた光送信装置では、シングルモード光をレンズなどの光学素子を使用して空間光学的に角度を付けて光ファイバに入射させ、その角度を調整することによってモードの多重化を行っている。

特開２０１５−２１２７５７号公報 特開２０００−２２６４３号公報

信学技報Ｖｏｌ．１１２、Ｎｏ．４４８、ｐ．３９〜４４

従来の光送信装置では、複数の横モードを得るために、光ファイバとレーザー光源との間に、光ファイバとレーザー光源それぞれと離間した比較的大型の部品を使用する必要があり、小型化、低価格化の阻害要因となっていた。

本発明の一態様は、構造が簡略であり、小型化および低価格化を図ることができる光送信装置および光通信システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、光源と、方向性結合器と、前記方向性結合器に光結合された伝送路コアを有する光伝送路とを備え、前記光源は、少なくとも基本モードを含む第１の光を発する第１発光部と、前記基本モードより次数が高い高次モードを含む第２の光を発する第２発光部と、を有し、前記方向性結合器は、少なくとも、前記第１発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されて配置された第１コアを有する第１導波領域と、前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第２コアおよび第３コアを有する第２導波領域とを備え、前記第２コアと前記第３コアのうち一方のコアは、前記第２発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、前記第２コアと前記第３コアのうち他方のコアは、前記第２発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされている、光送信装置を提供する。
前記光送信装置は、前記第１導波領域が、前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に前記第１コアと光結合する互いの間隔をおいて形成された第４コアを有し、前記第４コアが、前記第１発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされている構成としてよい。
前記光源は面発光レーザーであり、前記第１発光部および前記第２発光部は、それぞれ多重量子井戸構造を有する活性層と、開口部を有する電流狭窄層とを少なくとも有し、前記第２発光部の前記電流狭窄層の前記開口部の内径は、前記第１発光部の前記電流狭窄層の前記開口部の内径より大きい構成としてよい。
前記光伝送路は、グレーデッドインデックス型光ファイバであってよい。
前記方向性結合器は、前記第１導波領域の前記第１コアと、前記第２導波領域の前記第２コアおよび前記第３コアを有するマルチコア光ファイバであってよい。

本発明の一態様は、前記光送信装置と、前記光送信装置に光結合された受信部とを備え、前記受信部は、前記光伝送路に光結合されたモード分離部と、前記モード分離器に光結合された受信部本体とを備え、前記モード分離部は、前記光伝送路から入射された前記基本モードおよび前記高次モードが入射される主コアと、前記基本モードおよび前記高次モードのうち一方の少なくとも一部を前記主コアから分離する分離用コアとを有し、前記受信部本体は、前記主コアおよび前記分離用コアから出射された、前記基本モードおよび前記高次モードがそれぞれ入射される第１受光部および第２受光部を有する、光通信システムを提供する。
前記高次モードが入射される前記第１受光部または前記第２受光部の後段に、前記第１受光部または前記第２受光部で光電変換された信号の一部を除去する電気的なローカットフィルタを設けてもよい。

本発明の一態様は、光源と、方向性結合器と、前記方向性結合器に光結合された伝送路コアを有する光伝送路とを備え、前記光源は、少なくとも基本モードを含む第１の光を発する第１発光部と、前記基本モードより次数が高い高次モードを含む第２の光を発する第２発光部と、を有し、前記方向性結合器は、前記基本モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第１コアおよび第４コアを有する第１導波領域と、前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第２コアおよび第３コアを有する第２導波領域とを備え、前記第１コアは、前記第１発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされ、前記第４コアは、前記第１発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、前記第２コアと前記第３コアのうち一方のコアは、前記第２発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、前記第２コアと前記第３コアのうち他方のコアは、前記第２発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされた、光送信装置を提供する。

本発明の一態様によれば、第２導波領域の第３コアが、光伝送路の伝送路コアに光結合されて配置されているため、第２コアから遷移した高次モードが光伝送路コアに出射される。そのため、発光部とは別に、複数のモードを得るための部品等を用いずに、第１発光部からの第１の光の基本モードと、第１の光とは独立して変調された第２の光の高次モードとを用いたモード多重通信が可能である。よって、モード多重通信が可能な光送信装置の構造を簡略にし、小型化および低価格化を図ることができる。

第１実施形態の光通信システムの構成図である。 図１の光通信システムの光送信装置の構成図である。 図２の光送信装置に用いられる光源の平面図である。 図３の光源の断面図である。 図２の光送信装置に用いられる方向性結合器の断面図である。 光のスペクトルの例を示す図である。 方向性結合器の一対のコアの中心間距離と結合長との関係の例を示す図である。 方向性結合器の一対のコアの中心間距離と、第２コアにおけるＬＰ０１モードの残量との関係の例を示す図である。 図１の光通信システムの受信部の構成図である。 第２実施形態の光通信システムの光送信装置の構成図である。 前図の光送信装置に用いられる方向性結合器の断面図である。 ローカットフィルタの例を示す図である。

以下、実施形態の光通信システムについて図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されない。

＜光送信装置および光通信システム（第１実施形態）＞
図１は、第１実施形態の光通信システム１０の構成図である。図２は、光通信システム１０の光送信装置４の構成図である。図３は、光送信装置４に用いられる光源１１の平面図である。図４は、光源１１の断面図である。図５は、光送信装置４に用いられる方向性結合器１２の断面図である。

図１に示すように、光通信システム１０は、光送信装置４と、光送信装置４に光結合された受信部３とを備えている。光送信装置４は、送信部１と、送信部１に光結合された光伝送路２とを備えている。

ここで、本発明において、光源（第１発光部もしくは第２発光部）と、導波領域コア（第１〜第４コアのいずれか）とが光結合するとは、光源からの光が導波領域コアに入射することを言う。
例えば、（ｉ）光源と導波領域コアとが互いに離間され、光源から出射された光が導波領域コアに入射する、（ｉｉ）光源と導波領域コアとが互いに離間され、これらが互いに光ファイバなどの中継用光伝送路を通じて接続され、光源から出射された光が中継用光伝送路を通して導波領域コアに入射する、もしくは、（ｉｉｉ）光源と導波領域コアとが互いに接して設置され、光源から出射された光が導波領域コアに入射する、ことを言う。
また、導波領域コア（第１〜第４コアのいずれか）と、光伝送路コアとが光結合するとは、例えば、導波領域コアから出射された光が光伝送路コアに入射することを言う。
また、２つのコア（第２コアと第３コア、もしくは、第１コアと第４コア）が、光の少なくとも一部が遷移可能に光結合するとは、例えば、２つのコアのうち一方のコアを伝搬する光の少なくとも一部が他方のコアに遷移し得ることを言う。
また、光伝送路コアと、モード分離器の主コアとが光結合するとは、例えば、光伝送路コアから出射された光が主コアに入射することを言う。
また、モード分離器の主コアもしくは分離用コアが、受光部（第１受光部または第２受光部）に光結合するとは、例えば、主コアもしくは分離用コアから出射された光が受光部に入射することを言う。

図２に示すように、送信部１は、光源１１と、方向性結合器１２とを備えている。
図３および図４に示すように、光源１１は、例えば面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。ＶＣＳＥＬの使用により、簡略な構造でありながら、基本モードと高次モードとを用いたモード多重通信を実現できる。

光源１１は、基台部６と、基台部６に設けられた２つの発光部７，８とを備えている。発光部７，８をそれぞれ第１発光部７および第２発光部８という。
基台部６は、カソード電極１３と、基板１４と、第１ミラー層１５とがこの順に積層されて構成されている。
図４に示すように、カソード電極１３は、基板１４の外面（図４の下面）に設けられている。
基板１４としては、例えばｎ型のＧａＡｓ基板などが使用できる。
第１ミラー層１５は、例えばｎ型の半導体層であり、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲミラー）である。

第１発光部７および第２発光部８は、基台部６上に、平面視において位置を違えて設けられている。なお、平面視とは基板１４の厚さ方向から見ることをいう。
第１発光部７は、活性層１６Ａと、電流狭窄層１７Ａと、第２ミラー層１８Ａと、パシベーション層１９Ａと、アノード電極２０Ａとがこの順に積層されて構成されている。第２発光部８は、活性層１６Ｂと、電流狭窄層１７Ｂと、第２ミラー層１８Ｂと、パシベーション層１９Ｂと、アノード電極２０Ｂとがこの順に積層されて構成されている。

活性層１６Ａ，１６Ｂは、例えば量子井戸層と障壁層とからなる量子井戸構造を複数備えた多重量子井戸構造を有する。
電流狭窄層１７Ａ，１７Ｂは、例えばＡｌＡｓ層を酸化して得られ、それぞれ開口部１７Ａａ，１７Ｂａを有する。
第２ミラー層１８Ａ，１８Ｂは、例えばｐ型の半導体層であり、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射型（ＤＢＲミラー）である。

パシベーション層１９Ａは、例えば第２ミラー層１８Ａを包囲して形成されている。パシベーション層１９Ａは、平面視において少なくとも電流狭窄層１７Ａの開口部１７Ａａを囲む開口部１９Ａａを有する。なお、平面視とは基板１４の厚さ方向から見ることをいう。
アノード電極２０Ａは、パシベーション層１９Ａおよび第２ミラー層１８Ａを囲んで設けられている。アノード電極２０Ａは、平面視において電流狭窄層１７Ａの開口部１７Ａａを囲む開口部２０Ａａを有する。
第１発光部７では、開口部２０Ａａを通って第１の光Ｌ１（図２参照）が外部に出射される。

パシベーション層１９Ｂは、例えば第２ミラー層１８Ｂを包囲して形成されている。パシベーション層１９Ｂは、平面視において少なくとも電流狭窄層１７Ｂの開口部１７Ｂａを囲む開口部１９Ｂａを有する。
アノード電極２０Ｂは、パシベーション層１９Ｂおよび第２ミラー層１８Ｂを囲んで設けられている。アノード電極２０Ｂは、平面視において電流狭窄層１７Ｂの開口部１７Ｂａを囲む開口部２０Ｂａを有する。
第２発光部８では、開口部２０Ｂａを通って第２の光Ｌ２（図２参照）が外部に出射される。
図３に示す符号２１はアノード電極２０Ａ，２０Ｂに接続されたアノード電極端子である。符号２２はカソード電極１３に接続されたカソード電極端子である。

図６は、光のスペクトルの例を示す図である。図６に示すように、この光は、横モードの次数が異なる複数のモードを含む。前記光は、最も波長が長い基本モード（ＬＰ０１モード）と、基本モードより次数が高い高次モード（ＬＰ１１モードおよびＬＰ１２モード）とを含む。ＬＰ１１モードはＬＰ０１モードよりも短波長側にピークを有し、ＬＰ１２モードはＬＰ１１モードよりも短波長側にピークを有する。

図３に示すように、電流狭窄層１７Ａ，１７Ｂの開口部１７Ａａ，１７Ｂａの内径Ｄａ，Ｄｂは、発光部７，８からの出射光に含まれる基本モードと高次モードとの比率に影響する。例えば、開口部１７Ａａ，１７Ｂａは、内径Ｄａ，Ｄｂが小さいほど、全体に占める基本モードの比率が大きくなる傾向がある。また、開口部１７Ａａ，１７Ｂａは、内径Ｄａ，Ｄｂが大きいほど、全体に占める高次モードの比率が大きくなる傾向がある。そのため、開口部１７Ａａ，１７Ｂａの内径Ｄａ，Ｄｂの選択により基本モードと高次モードとの比率を調整することができる。

光源１１では、第１発光部７の開口部１７Ａａの内径Ｄａと、第２発光部８の開口部１７Ｂａの内径Ｄｂとが異なることによって、基本モードと高次モードとの比率が異なる第１の光Ｌ１と第２の光Ｌ２が得られる。例えば、第２発光部８の開口部１７Ｂａの内径Ｄｂを、第１発光部７の開口部１７Ａａの内径Ｄａより大きく設定することによって、第２の光Ｌ２における高次モード（例えばＬＰ１１モードおよびＬＰ１２モード）の比率を、第１の光Ｌ１における高次モードの比率より大きくすることができる。
第１発光部７の開口部１７Ａａの内径Ｄａは、例えば５．５〜６．５μｍである。第２発光部８の開口部１７Ｂａの内径Ｄｂは、例えば８〜１０μｍである。

光源１１におけるバイアス電流は、出射光の基本モードと高次モードとの比率に影響する。例えば、閥値Ｉｔｈから３ｍＡ程度の低電流値では基本モードの比率が大きくなり、９ｍＡ程度の高電流値では、高次モードの比率が大きくなる。すなわち、光源１１におけるバイアス電流の電流値を上げていくと高次モードの比率が大きくなる。そのため、バイアス電流により基本モードと高次モードとの比率を調整することができる。例えば、第１発光部７および第２発光部８におけるバイアス電流を適切に設定すれば、第２の光Ｌ２における高次モードの比率を、第１の光Ｌ１における高次モードの比率より大きくすることができる。

図２に示すように、第１発光部７は、少なくとも基本モード（ＬＰ０１モード）を含む第１の光Ｌ１を発する。第１の光Ｌ１は、大部分が基本モードであることが好ましい。第１の光Ｌ１の大部分が基本モードであると、光伝送路２での光伝送時におけるノイズを低減できる。
第２発光部８は、少なくとも高次モードを含む第２の光Ｌ２を発する。第２の光Ｌ２は、基本モードと高次モードとを含んでいてもよい。高次モードは、例えばＬＰ１１モードおよびＬＰ１２モードである。第２の光Ｌ２における高次モードの比率が大きいと、光伝送路２での光伝送時におけるノイズを低減できる。

図２および図５に示すように、方向性結合器１２は、第１および第２導波領域２６，２７と、第１および第２導波領域２６，２７を囲むクラッド２５とを有する。
第１導波領域２６は、第１コア２８Ａを有する。第１コア２８Ａは、方向性結合器１２の長手方向に沿って延在している。
第２導波領域２７は、第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとを有する。第２コア２９Ａおよび第３コア２９Ｂは、方向性結合器１２の長手方向に沿って延在している。第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとは、互いに、光結合が可能となる間隔をおいて並列して形成されている。第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとは、高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する間隔をおいて形成されている。
方向性結合器１２としては、コア２８Ａ，２９Ａ，２９Ｂと、コア２８Ａ，２９Ａ，２９Ｂを囲むクラッド２５とを有するマルチコア光ファイバを使用できる。マルチコア光ファイバは、ステップインデックス（ＳＩ）型であることが好ましい。
第１コア２８Ａ、第２コア２９Ａおよび第３コア２９Ｂのうち２以上は、互いに同じ構成（例えば材質、外径等）であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。例えば、第２コア２９Ａと第１コア２８Ａとは同じ構成であってよいし、異なる構成であってもよい。

図７は、一対のコア（第２コアおよび第３コア）を有する方向性結合器において、第２コアと第３コアの中心間距離ｄ（横軸）と結合長（縦軸）との関係の例を示す図である。図８は、コアの中心間距離ｄ（横軸）と第２コアにおけるＬＰ０１モードのパワー残量（縦軸）との関係の例を示す図である。なお、コアの直径８μｍ、波長８５０ｎｍ、コアの比屈折率差０．３％とした。

図７および図８に示すように、コアの結合長は中心間距離ｄに応じて変化する。中心間距離ｄが１４μｍの場合には、コアの長さを１００ｍｍ以上とすると、９５％以上のＬＰ０１モードを第２コアに残しつつ、ＬＰ１１モードの大部分を第２コアから第３コアに遷移させることができる。
よって、図２および図５に示す方向性結合器１２では、例えば第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとの中心間距離１３〜１５μｍ、長さ１００ｍｍ以上（例えば１００〜１５０ｍｍ）とすることができる。

第１導波領域２６の第１コア２８Ａは、入射端２８Ａａの少なくとも一部が平面視において光源１１の第１発光部７に重なる位置にあるため、第１発光部７からの第１の光Ｌ１が入射端２８Ａａから入射されるように配置されている。すなわち、第１コア２８Ａは、第１発光部７に光結合されるように配置されている。
第１コア２８Ａの出射端２８Ａｂは、少なくとも一部が平面視において光伝送路２の伝送路コア２３の入射端２３ａに重なる位置にあるため、第１コア２８Ａは、出射端２８Ａｂが光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されるように配置されている。

第２導波領域２７の第２コア２９Ａは、入射端２９Ａａの少なくとも一部が平面視において光源１１の第２発光部８に重なる位置にあるため、第２発光部８からの第２の光Ｌ２が入射端２９Ａａから入射されるように配置されている。すなわち、第２コア２９Ａは、第２発光部８に光結合されるように配置されている。
第２コア２９Ａの出射端２９Ａｂは、平面視において光伝送路２の伝送路コア２３の入射端２３ａを外れた位置にある。そのため、第２コア２９Ａは、出射端２９Ａｂにおいて光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されていない。よって、第２コア２９Ａは、大部分の光が光伝送路２の伝送路コア２３に出射されない配置とされている。

第２導波領域２７の第３コア２９Ｂの入射端２９Ｂａは、平面視において第２発光部８を外れた位置にある。そのため、第３コア２９Ｂは、第２発光部８に光結合されていない。
第３コア２９Ｂの出射端２９Ｂｂは、少なくとも一部が平面視において光伝送路２の伝送路コア２３の入射端２３ａに重なる位置にある。そのため、第３コア２９Ｂは、光が出射端２９Ｂｂから光伝送路２の伝送路コア２３に出射されるように配置されている。すなわち、第３コア２９Ｂは、光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されている。

光伝送路２は、例えば、伝送路コア２３と、伝送路コア２３を囲むクラッド２４とを有する光ファイバである。光伝送路２は、グレーデッドインデックス（ＧＩ）型光ファイバであることが好ましい。ＧＩ型光ファイバを使用することによって、安定な信号が得られる。
光伝送路２の入射端２ａは、方向性結合器１２の出射端１２ｂと融着接続されていることが好ましい。

図９に示すように、受信部３は、光伝送路２に光結合されたモード分離器３１（モード分離部）と、モード分離器３１に光結合された受信部本体３２とを備えている。
モード分離器３１は、例えば、主コア３３と、分離用コア３４と、コア３３，３４を囲むクラッド４０とを有する。
主コア３３は、入射端３３ａから出射端３３ｂに向けて直線状に形成されている。入射端３３ａは少なくとも一部が平面視において光伝送路２の伝送路コア２３の出射端２３ｂに重なる位置にあるため、主コア３３は、光が伝送路コア２３の出射端２３ｂから入射されるように配置されている。すなわち、主コア３３は、伝送路コア２３に光接続するように配置されている。

分離用コア３４は、光の伝送方向に、前段部分３５と、結合部分３６と、後段部分３７と、延出部分３８をこの順に有する。
前段部分３５は、光の伝送方向に主コア３３に徐々に近づく部分である。結合部分３６は、光結合が可能となる間隔をおいて、概略、主コア３３に並行して形成された部分である。後段部分３７は、光の伝送方向に主コア３３から徐々に離間する部分である。延出部分３８は、後段部分３７から延出し、出射端３４ｂに達する部分である。

主コア３３は、出射端３３ｂの少なくとも一部が平面視において受信部本体３２の第１受光部４２に重なる位置にあるため、出射された光が第１受光部４２に入射されるように配置されている。すなわち、主コア３３は、第１受光部４２に光接続されるように配置されている。
分離用コア３４は、出射端３４ｂの少なくとも一部が平面視において受信部本体３２の第２受光部４３に重なる位置にあるため、出射された光が第２受光部４３に入射されるように配置されている。すなわち、分離用コア３４は、第２受光部４３に光接続されるように配置されている。
モード分離器３１の入射端３１ａは、光伝送路２の出射端２ｂと融着接続されていることが好ましい。

受信部本体３２は、例えばフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）である。ＰＤとしては、ＧａＡｓのＰＩＮ型フォトダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などが挙げられる。
受信部本体３２は、基台部４１と、基台部４１に設けられた２つの受光部４２，４３とを備えている。受光部４２，４３をそれぞれ第１受光部４２および第２受光部４３という。
受光部４２，４３は、基台部４１上に、平面視において位置を違えて設けられている。

次に、光通信システム１０を用いた通信方法の一例を説明する。
図２に示すように、光源１１においては、第１発光部７からの第１の光Ｌ１と、第２発光部８からの第２の光Ｌ２とは、独立して変調される。
第１の光Ｌ１は、少なくとも基本モード（ＬＰ０１モード）を含む。第１の光Ｌ１は、大部分が基本モードであってよい。
第１の光Ｌ１は、入射端２８Ａａから第１コア２８Ａに入射されて出射端２８Ａｂから出射され、入射端２３ａから光伝送路２の伝送路コア２３に入射され、光伝送路２の伝送路コア２３を通じて、受信部３に向かって伝送される。

第２の光Ｌ２は、少なくとも高次モード（例えばＬＰ１１モードおよびＬＰ１２モード）を含む。第２の光Ｌ２は、例えば上述の手法により、高次モードの比率が第１の光Ｌ１における高次モードの比率より大きくされていることが好ましい。
第２発光部８からの第２の光Ｌ２は、入射端２９Ａａから第２コア２９Ａに入射される。

第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとは光結合が可能であるため、第２コア２９Ａに入射された第２の光Ｌ２の基本モードの大部分は第２コア２９Ａに残り、高次モードの少なくとも一部（例えば高次モードの大部分）は第３コア２９Ｂに遷移する。
第３コア２９Ｂに移った高次モードを含む第２の光Ｌ２は、出射端２９Ｂｂから出射され、光伝送路２の伝送路コア２３に入射され、光伝送路２の伝送路コア２３を通じて、受信部３に向かって伝送される。
なお、第２コア２９Ａは、光伝送路２の伝送路コア２３には光結合されていないため、第２コア２９Ａに残った基本モードは、光伝送路２の伝送路コア２３には入射されない。この基本モードは、光伝送路２の伝送路コア２３以外の部分に入射されたとしても伝送の過程で漏洩するため消失する。

図９に示すように、光伝送路２の伝送路コア２３に入射された、第１の光Ｌ１の基本モードと第２の光Ｌ２の高次モードとは、伝送路コア２３にて伝送され、出射端２３ｂから受信部３のモード分離器３１の主コア３３に入射される。

主コア３３に入射された基本モードおよび高次モードのうち、基本モードの少なくとも一部（例えば基本モードの大部分）は、分離用コア３４の結合部分３６に遷移する。分離用コア３４の基本モードは、後段部分３７および延出部分３８を経て、受信部本体３２の第２受光部４３に入射される。
主コア３３に残った高次モードは、出射端３３ｂから受信部本体３２の第１受光部４２に入射される。
このようにして、受信部３では、基本モードと高次モードとが分離されて受信される。

図１および図２に示す光送信装置４は、方向性結合器１２の第３コア２９Ｂが、光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されて配置されているため、第２コア２９Ａから遷移した高次モードは光伝送路２の伝送路コア２３に出射される。そのため、第１発光部７または第２発光部８とは別に、複数のモードを得るための部品等を用いずに、第１発光部７からの第１の光Ｌ１の基本モードと、第１の光Ｌ１とは独立して変調された第２の光Ｌ２の高次モードとを用いたモード多重通信が可能である。よって、モード多重通信が可能な光送信装置４および光通信システム１０の構造を簡略にし、小型化および低価格化を図ることができる。
また、光送信装置４は、第２導波領域２７が、光結合が可能な第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとを有するため、第２の光Ｌ２における基本モードを低減することによって、ノイズを低くし、通信の品質を高めることができる。

＜光送信装置および光通信システム（第２実施形態）＞
図１０は、第２実施形態の光通信システム６０の光送信装置５４の構成図である。図１１は、光送信装置５４に用いられる方向性結合器６２の断面図である。なお、第１実施形態と共通の構成については同じ符号を付してその説明を省略する。

図１０に示すように、光通信システム６０は、光送信装置５４と、光送信装置５４に光結合された受信部３（図１および図９参照）とを備えている。光送信装置５４は、送信部５１と、送信部５１に光結合された光伝送路２とを備えている。
送信部５１は、光源１１と、光源１１に光結合された方向性結合器６２とを備えている。

方向性結合器６２は、第１導波領域７６が、第１コア２８Ａと、第１コア２８Ａと光結合可能となる間隔をおいて形成された第４コア２８Ｂとを有する点で、図２に示す第１実施形態の光通信システム１０における方向性結合器１２と異なる。

第１コア２８Ａと第４コア２８Ｂとは、互いに、光結合が可能となる間隔をおいて並列して形成されている。第１コア２８Ａと第４コア２８Ｂとは、高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する間隔をおいて形成されている。
第１コア２８Ａ、第４コア２８Ｂ、第２コア２９Ａおよび第３コア２９Ｂのうち２以上は、互いに同じ構成（例えば材質、外径等）であってもよいし、互いに異なる構成であってもよい。例えば、第１コア２８Ａは第２コア２９Ａと同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。第４コア２８Ｂは第３コア２９Ｂと同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。

第４コア２８Ｂの入射端２８Ｂａは、平面視において第１発光部７を外れた位置にある。そのため、第４コア２８Ｂは、第１発光部７に光結合されていない。
第４コア２８Ｂの出射端２８Ｂｂは、平面視において光伝送路２の伝送路コア２３の入射端２３ａを外れた位置にある。そのため、第４コア２８Ｂは、出射端２８Ｂｂにおいて光伝送路２の伝送路コア２３に光結合されていない。

第１コア２８Ａと第４コア２８Ｂとは光結合が可能であるため、第１コア２８Ａに入射された第１の光Ｌ１の基本モードの大部分は第１コア２８Ａに残り、高次モードの少なくとも一部（例えば高次モードの大部分）は第４コア２８Ｂに遷移する。
第４コア２８Ｂは、光伝送路２の伝送路コア２３には光結合されていないため、第４コア２８Ｂに移った高次モードは、伝送路コア２３には入射されない。

光送信装置５４は、第１実施形態の光送信装置４と同様に、第１発光部７からの第１の光Ｌ１の基本モードと、第１の光Ｌ１とは独立して変調された第２の光Ｌ２の高次モードとを用いたモード多重通信が可能である。よって、光送信装置５４および光通信システム６０の構造を簡略にし、小型化および低価格化を図ることができる。
また、第２導波領域２７は、光結合が可能な第２コア２９Ａと第３コア２９Ｂとを有するため、第２の光Ｌ２における基本モードを低減することによって、ノイズを低くし、通信の品質を高めることができる。
さらに、光送信装置５４では、方向性結合器６２の第１導波領域７６が第４コア２８Ｂを有するため、第１の光Ｌ１における高次モードを低減できる。よって、一層の低ノイズ化を図り、通信の高品質化を実現できる。

図１２は、ローカットフィルタ７０を示す図である。
ローカットフィルタ７０は、受光部（例えば図９の第１受光部４２）で光電変換された信号の一部を除去する電気的なローカットフィルタであって、高次モードが入射される受光部（例えば図９の第１受光部４２）の後段に設けられる。ローカットフィルタ７０は、例えばカットオフ周波数５０ｋＨｚ程度のフィルタであり、周波数５０ｋＨｚ以下の信号が１／１０以下の振幅となるものが好ましい。
例えば、第１発光部７の信号が低速（例えば１０ｋｂｐｓ以下）の制御信号であり、第２発光部８の信号が高速(例えば１０Ｇｂｐｓ以上)のデータ信号である場合には、ローカットフィルタ７０を設けることによって、主として第１発光部７からの信号が電気的にカットされるため、クロストークが低減され、高品質な通信が可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における構成は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、図１に示す第１実施形態の光通信システム１０では、第２発光部８は、第２導波領域２７のコア２９Ａ，２９Ｂのうち第２コア２９Ａにのみ第２の光Ｌ２が入射される位置に設けられているが、光通信システムの構成はこれに限定されない。
光通信システム１０は、例えば、第２発光部８が、第２導波領域２７のコア２９Ａ，２９Ｂのうち第３コア２９Ｂにのみ第２の光Ｌ２が入射される位置に設けられていてもよい。この場合、第３コア２９Ｂに入射された高次モードの少なくとも一部（例えば高次モードの大部分）は第３コア２９Ｂに残り、第２の光Ｌ２の基本モードの大部分は第２コア２９Ａに遷移する。ここで、第３コア２９Ｂに残った高次モードを含む第２の光Ｌ２は、出射端２９Ｂｂから出射され、光伝送路２の伝送路コア２３に入射され、光伝送路２の伝送路コア２３を通じて、受信部３に向かって伝送される。

図１０に示す第２実施形態の光通信システム６０では、第１発光部７は、第１導波領域７６のコア２８Ａ，２８Ｂのうち第１コア２８Ａにのみ第１の光Ｌ１が入射される位置に設けられ、第２発光部８は、第２導波領域２７のコア２９Ａ，２９Ｂのうち第２コア２９Ａにのみ第２の光Ｌ２が入射される位置に設けられているが、光通信システムの構成はこれに限定されない。

光通信システム６０は、例えば、第１発光部７が、第１導波領域７６のコア２８Ａ，２８Ｂのうち第４コア２８Ｂにのみ第１の光Ｌ１が入射される位置に設けられていてもよい。この場合、第４コア２８Ｂに入射された第１の光Ｌ１の高次モードの少なくとも一部（例えば高次モードの大部分）は第４コア２８Ｂに残り、第１の光Ｌ１の基本モードの少なくとも一部（例えば基本モードの大部分）は第１コア２８Ａに遷移する。ここで、第１コア２８Ａに遷移した基本モードを含む第１の光Ｌ１は、出射端２８Ａｂから出射され、光伝送路２の伝送路コア２３に入射され、光伝送路２の伝送路コア２３を通じて、受信部３に向かって伝送される。

第２発光部８は、第２導波領域２７のコア２９Ａ，２９Ｂのうち第３コア２９Ｂにのみ第２の光Ｌ２が入射される位置に設けられていてもよい。この場合、第３コア２９Ｂに入射された第２の光Ｌ２の高次モードの少なくとも一部（例えば高次モードの大部分）は第３コア２９Ｂに残り、第２の光Ｌ２の基本モードの少なくとも一部（例えば基本モードの大部分）は第２コア２９Ａに遷移する。ここで、第３コア２９Ｂに残った高次モードを含む第２の光Ｌ２は、出射端２９Ｂｂから出射され、光伝送路２の伝送路コア２３に入射され、光伝送路２の伝送路コア２３を通じて、受信部３に向かって伝送される。 図９に示すモード分離器３１は、導波路型のモード分離器であるが、これに代えて、光ファイバカプラ型のモード分離器を用いてもよい。
また、実施形態の光通信システムでは、光源１１としてＶＣＳＥＬを例示したが、光源１１はこれに限らず、横モードが多モード発振する端面発光レーザーなどでもよい。
図９に示すモード分離器３１においては、基本モードの少なくとも一部が主コア３３から分離されるが、モード分離部において主コアから分離されるのは、基本モードおよび高次モードのいずれであってもよい。

１，５１…送信部、２…光伝送路、３…受信部、４，５４…光送信装置、７…第１発光部、８…第２発光部、１０，６０…光通信システム、１１…光源、１２，６２…方向性結合器、１６Ａ，１６Ｂ…活性層、１７Ａ，１７Ｂ…電流狭窄層、１７Ａａ，１７Ｂａ…開口部、２３…コア、２６，７６…第１導波領域、２７…第２導波領域、２８Ａ…第１コア、２８Ｂ…第４コア、２９Ａ…第２コア、２９Ｂ…第３コア、３１…モード分離器、３２…受信部本体、３３…主コア、３４…分離用コア、４２…第１受光部、４３…第２受光部、７０…ローカットフィルタ、Ｄａ…第１発光部の電流狭窄層の開口部の内径、Ｄｂ…第２発光部の電流狭窄層の開口部の内径、Ｌ１…第１の光、Ｌ２…第２の光。

Claims (8)

1. 光源と、方向性結合器と、前記方向性結合器に光結合された伝送路コアを有する光伝送路とを備え、
   前記光源は、少なくとも基本モードを含む第１の光を発する第１発光部と、前記基本モードより次数が高い高次モードを含む第２の光を発する第２発光部と、を有し、
   前記方向性結合器は、少なくとも、前記第１発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されて配置された第１コアを有する第１導波領域と、
   前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第２コアおよび第３コアを有する第２導波領域とを備え、
   前記第２コアと前記第３コアのうち一方のコアは、前記第２発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、
   前記第２コアと前記第３コアのうち他方のコアは、前記第２発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされている、光送信装置。
2. 前記第１導波領域は、前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に前記第１コアと光結合する互いの間隔をおいて形成された第４コアを有し、
   前記第４コアは、前記第１発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされている、請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記光源は面発光レーザーであり、
   前記第１発光部および前記第２発光部は、それぞれ多重量子井戸構造を有する活性層と、開口部を有する電流狭窄層とを少なくとも有し、
   前記第２発光部の前記電流狭窄層の前記開口部の内径は、前記第１発光部の前記電流狭窄層の前記開口部の内径より大きい、請求項１または２に記載の光送信装置。
4. 前記光伝送路は、グレーデッドインデックス型光ファイバである、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光送信装置。
5. 前記方向性結合器は、前記第１導波領域の前記第１コアと、前記第２導波領域の前記第２コアおよび前記第３コアを有するマルチコア光ファイバである、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の光送信装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光送信装置と、前記光送信装置に光結合された受信部とを備え、
   前記受信部は、前記光伝送路に光結合されたモード分離部と、前記モード分離器に光結合された受信部本体とを備え、
   前記モード分離部は、前記光伝送路から入射された前記基本モードおよび前記高次モードが入射される主コアと、前記基本モードおよび前記高次モードのうち一方の少なくとも一部を前記主コアから分離する分離用コアとを有し、
   前記受信部本体は、前記主コアおよび前記分離用コアから出射された、前記基本モードおよび前記高次モードがそれぞれ入射される第１受光部および第２受光部を有する、光通信システム。
7. 前記高次モードが入射される前記第１受光部または前記第２受光部の後段に、前記第１受光部または前記第２受光部で光電変換された信号の一部を除去する電気的なローカットフィルタが設けられている、請求項６に記載の光通信システム。
8. 光源と、方向性結合器と、前記方向性結合器に光結合された伝送路コアを有する光伝送路とを備え、
   前記光源は、少なくとも基本モードを含む第１の光を発する第１発光部と、前記基本モードより次数が高い高次モードを含む第２の光を発する第２発光部と、を有し、
   前記方向性結合器は、前記基本モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第１コアおよび第４コアを有する第１導波領域と、前記高次モードの少なくとも一部が遷移可能に光結合する、互いに間隔をおいて形成された第２コアおよび第３コアを有する第２導波領域とを備え、
   前記第１コアは、前記第１発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされ、
   前記第４コアは、前記第１発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、
   前記第２コアと前記第３コアのうち一方のコアは、前記第２発光部に光結合され、かつ前記伝送路コアに光結合されない配置とされ、
   前記第２コアと前記第３コアのうち他方のコアは、前記第２発光部に光結合されず、かつ前記伝送路コアに光結合された配置とされた、光送信装置。