JP2019169780A

JP2019169780A - 光通信システム

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Publication number: JP2019169780A
Application number: JP2018054494A
Authority: JP
Inventors: 各務　学; Manabu Kagami; 学各務; 朱里中尾; Juri Nakao; 山下　達弥; Tatsuya Yamashita; 達弥山下; 充彦水野; Michihiko Mizuno
Original assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Denso Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-10-03

Abstract

【課題】小型で低コストなモード分割多重方式の光通信システムを実現すること。【解決手段】モード合分波器１Ａ、１Ｂは、反射型対物レンズであり、一次ミラー１０Ａ、Ｂと二次ミラー１１Ａ、Ｂをそれぞれ有している。ＨＭＧ光源３は、モード合分波器１Ａの第１開口１２Ａに配置されている。ＬＭＧ検出器６は、二次ミラー１１Ａの裏面に配置されている。ＬＭＧ光源５は、二次ミラー１１Ｂの裏面に配置されている。ＨＭＧ検出器４は、モード合分波器１Ｂの第１開口１２Ｂに配置されている。ＨＭＧ光源３およびＬＭＧ検出器６の光軸と、二次ミラー１１Ａの光軸とが一致するように配置され、ＬＭＧ光源５およびＨＭＧ検出器４の光軸と、二次ミラー１１Ｂの光軸とが一致するように配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチモード光導波路を用いてモード分割多重方式により通信を行う光通信システムに関するものである。特に、低次モード群と高次モード群にモードを２分割して通信を行う光通信システムに関するものである。

マルチモード光ファイバーを用い、低次モード群と高次モード群にモードを２分割して多重通信を行う光通信システムが知られている（特許文献１）。特許文献１では、多焦点の凸レンズや凹面鏡を用い、受光素子や発光素子の光軸を異ならせることで光ファイバーへの入射角が異なるようにし、これによりモード多重を実現している。

特開２００５−７０１８９号公報

しかし、特許文献１のモード分割方法では、受光素子や発光素子の光軸が異なるように配置する必要があり、また多焦点の凸レンズや凹面鏡を配置する必要があるため、装置が大型となり、低コスト化も難しかった。

そこで本発明の目的は、低コストで小型なモード分割多重通信システムを実現することである。

本発明は、光信号を低次モード群と高次モード群とに分割してモード分割多重通信を行う光通信システムにおいて、マルチモード光導波路と、低次モード群での通信に用いる低次モード群信号を発光する低次モード群光源と、低次モード群信号を受光する低次モード群検出器と、高次モード群での通信に用いる高次モード群信号を発光する高次モード群光源と、高次モード群信号を受光する高次モード群検出器と、高次モード群信号を凹面で反射させる第１凹面ミラーを有し、マルチモード光導波路の一端と、低次モード群光源と、高次モード群検出器と、に光学的に接続し、マルチモード光導波路からの高次モード群信号を第１凹面ミラーによって反射させて高次モード群検出器に導き、低次モード群光源からの低次モード群信号をマルチモード光導波路の一端に導く第１光合分波器と、高次モード群信号を凹面で反射させる第２凹面ミラーを有し、マルチモード光導波路の他端と、高次モード群光源と、低次モード群検出器と、に光学的に接続し、マルチモード光導波路からの低次モード群信号を低次モード群検出器に導き、高次モード群光源からの高次モード群信号を第２凹面ミラーによって反射させてマルチモード光導波路の一端に導く第２光合分波器と、を有し、第１凹面ミラー、低次モード群光源および高次モード群検出器の光軸は、マルチモード光導波路の一端の光軸と一致するように配置され、第２凹面ミラー、高次モード群光源および低次モード群検出器の光軸は、マルチモード光導波路の他端の光軸と一致するように配置されている、ことを特徴とする光通信システムである。

本発明において、第１光合分波器は、第１凹面ミラーからの高次モード群信号を凸面で反射させて高次モード群検出器に導く第１凸面ミラーを有し、第１凸面ミラーの光軸は、第１凹面ミラーの光軸と一致するように配置され、第２光合分波器は、高次モード群光源からの高次モード群信号を凸面で反射させて第２凹面ミラーに導く第２凸面ミラーを有し、第２凸面ミラーの光軸は、第２凹面ミラーの光軸と一致するように配置されていてもよい。この場合、第１光合分波器および第２光合分波器は、反射型対物レンズであってもよい。

本発明の他の１つは、光を低次モード群と高次モード群とに分割してモード分割多重通信を行う光通信システムにおいて、マルチモード光導波路と、低次モード群での通信に用いる低次モード群信号を発光する低次モード群光源と、低次モード群信号を受光する低次モード群検出器と、高次モード群での通信に用いる高次モード群信号を発光する高次モード群光源と、高次モード群信号を受光する高次モード群検出器と、高次モード群信号を凹面で反射させる第１凹面ミラーを有し、マルチモード光導波路の一端と、低次モード群光源と、高次モード群光源と、に光学的に接続し、高次モード群光源からの高次モード群信号を第１凹面ミラーによって反射させてマルチモード光導波路の一端に導き、低次モード群光源からの低次モード群信号をマルチモード光導波路の一端に導く第１光合分波器と、高次モード群信号を凹面で反射させる第２凹面ミラーを有し、マルチモード光導波路の他端と、低次モード群検出器と、高次モード群検出器と、に光学的に接続し、マルチモード光導波路からの低次モード群信号を低次モード群検出器に導き、マルチモード光導波路からの高次モード群信号を第２凹面ミラーによって反射させて高次モード群検出器に導く第２光合分波器と、を有し、第１凹面ミラー、低次モード群光源および高次モード群光源の光軸は、マルチモード光導波路の一端の光軸と一致するように配置され、第２凹面ミラー、低次モード群検出器および高次モード群検出器の光軸は、マルチモード光導波路の他端の光軸と一致するように配置されている、ことを特徴とする光通信システムである。

本発明の他の１つにおいて、第１光合分波器は、高次モード群光源からの高次モード群信号を凸面で反射させて第１凹面ミラーに導く第１凸面ミラーを有し、前記第１凸面ミラーの光軸は、前記第１凹面ミラーの光軸と一致するように配置され、第２光合分波器は、第２凹面ミラーからの高次モード群信号を凸面で反射させて高次モード群検出器に導く第２凸面ミラーを有し、第２凸面ミラーの光軸は、第２凹面ミラーの光軸と一致するように配置されていてもよい。この場合、第１光合分波器および第２光合分波器は、反射型対物レンズであってもよい。

本発明において、マルチモード光導波路出射端での低次モード群信号のＥＡＦ＝０．７５における伝搬角が、マルチモード光導波路出射端での高次モード群信号のＥＡＦ＝０．２５における伝搬角以下となるように設定されているとよい。このように設定すれば、簡易に安定した通信を実現することができる。

本発明において、マルチモード光導波路は２０ｍ以下であり、マルチモード光導波路への入射直後の低次モード群信号の伝搬角が、最大伝搬角の１／３以下となり、マルチモード光導波路への入射直後の高次モード群信号の伝搬角が、最大伝搬角の２／３以上となるように設定されていてもよい。このように設定すれば、簡易に安定した通信を実現することができる。

また、本発明の他の１つは、反射型対物レンズの光入射口に高次モード群信号を発光する高次モード群光源または高次モード群信号を受光する高次モード群検出器を配置し、光出射口側に低次モード群信号を発光する低次モード群光源または低次モード群信号を受光する低次モード群検出器を配置することにより、反射型対物レンズを、低次モード群信号と高次モード群信号とを分離、合波する光合分波器として使用する方法である。

本発明によれば、小型で低コストなモード分割多重方式の光通信システムを実現することができる。

実施例１の光通信システムの構成を示した図。ＥＡＦの分布を示したグラフ。ＥＡＦ分布の変化を示したグラフ。ＥＡＦ分布の変化を示したグラフ。ＳＮ判定の結果とそのＳＮ判定に必要な各種パラメータをまとめた表。実施例２の光通信システムの構成を示した図。変形例の光通信システムの構成を示した図。

以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の光通信システムの構成を示した図である。図１のように、実施例１の光通信システムは、２つのモード合分波器１Ａ、１Ｂと、マルチモード光ファイバー２と、ＨＭＧ光源３と、ＨＭＧ検出器４と、ＬＭＧ光源５と、ＬＭＧ検出器６と、によって構成されている。

モード合分波器１Ａ、１Ｂは、マルチモード光ファイバー２と光学的に接続し、低次モード群信号と高次モード群信号とを合波・分波する合分波器として動作する。低次モード群（ＬＭＧ）信号は、マルチモード光ファイバー２において低次モード群の光として伝搬させる光信号であり、高次モード群（ＨＭＧ）信号は、マルチモード光ファイバー２において高次モード群の光として伝搬させる光信号である。低次モード群信号と高次モード群信号は同一波長であってもよいし、異なっていてもよい。

実施例１においては、モード合分波器１Ａ、Ｂは図１に示すように動作する。すなわち、モード合分波器１Ａは、ＨＭＧ光源３から入力された高次モード群信号をマルチモード光ファイバー２に導き、マルチモード光ファイバー２から入力された低次モード群信号をＬＭＧ検出器６へと導く。また、モード合分波器１Ｂは、マルチモード光ファイバー２から入力された高次モード群信号をＨＭＧ検出器４に導き、ＬＭＧ光源５から入力された低次モード群信号をマルチモード光ファイバー２へと導く。

モード合分波器１Ａ、１Ｂは、反射型対物レンズであり、図１のように、一次ミラー１０Ａ、Ｂと二次ミラー１１Ａ、Ｂをそれぞれ有している。二次ミラー１１Ａ、Ｂは凸面で反射させる凸面ミラーであり、一次ミラー１０Ａ、Ｂは凹面で反射させる凹面ミラーである。反射型対物レンズの光入射側から順に、一次ミラー１０Ａ、Ｂ、二次ミラー１１Ａ、Ｂが配置され、一次ミラー１０Ａの反射面と二次ミラー１１Ａ、Ｂの反射面は向かい合うように配置されている。一次ミラー１０Ａ、Ｂの中央には孔が設けられ、これが反射型対物レンズの光入射口となっている。また、反射型対物レンズの光入射口、光出射口、一次ミラー１０Ａ、Ｂ、二次ミラー１１Ａ、Ｂはすべて光軸が一致するように配置されている。このような構成により、反射型対物レンズの光出射口から入射した光は、二次ミラー１１Ａ、Ｂの凸面によって反射されて光束が拡散して一次ミラー１０Ａ、Ｂの凹面に到達し、その凹面によって反射されて光束が収束し、光出射口から出射する。

なお、反射型対物レンズの光入射口、光出射口は、実施例１の利用態様においてはこれに限らない。そのため、以下では反射型対物レンズの光入射口をモード合分波器１Ａ、１Ｂの第１開口１２Ａ、Ｂと呼び、光出射口をモード合分波器１Ａ、１Ｂの第２開口１３Ａ、Ｂと呼ぶことにする。

マルチモード光ファイバー２は、コア径２００μｍ、ＮＡ＝０．３７のステップインデックス型のマルチモード光ファイバーである。マルチモード光ファイバー２の一方の端面は、モード合分波器１Ａの第２開口１３Ａと一定距離離れて向かい合っており、それぞれの光軸は一致するように配置されている。また、マルチモード光ファイバー２の他方の端面は、モード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂと一定距離離れて向かい合っており、それぞれの光軸は一致するように配置されている。これにより、マルチモード光ファイバー２の一端は、モード合分波器１Ａの第２開口１３Ａと光学的に接続されており、他端はモード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂと光学的に接続されている。

なお、マルチモード光ファイバー２としてグレーデッドインデックス型のものを用いてもよい。また、光ファイバーに限らず、光導波路であってもよい。

ＨＭＧ光源３は、高次モード群信号を発光する発光素子である。ＨＭＧ光源３は、モード合分波器１Ａの第１開口１２Ａに配置され、ＨＭＧ光源３の光軸と二次ミラー１１Ａの光軸が一致するように配置されている。また、ＨＭＧ光源３の光出射面と二次ミラー１１Ａの反射面（凸面）が向かい合うように配置されている。これにより、ＨＭＧ光源３はモード合分波器１Ａと光学的に接続されている。

ＬＭＧ検出器６は、低次モード群信号を受光する受光素子である。ＬＭＧ検出器６は、二次ミラー１１Ａの裏面（モード合分波器１Ａの第２開口１３Ａ側）に配置されている。また、ＬＭＧ検出器６の光検出面とマルチモード光ファイバー２の一方の端面とが光軸を一致させて向かい合うように配置されている。これにより、ＬＭＧ検出器６はモード合分波器１Ａと光学的に接続されている。

ＬＭＧ光源５は、低次モード群信号を発光する発光素子である。発光波長はＨＭＧ光源３と同一でもよいし異なっていてもよい。ＬＭＧ光源５は、二次ミラー１１Ｂの裏面（モード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂ側）に配置されている。また、ＬＭＧ光源５の光出射面とマルチモード光ファイバー２の他方の端面とが光軸を一致させて向かい合うように配置されている。これにより、ＬＭＧ光源５はモード合分波器１Ｂと光学的に接続されている。

ＨＭＧ検出器４は、高次モード群信号を受光する受光素子である。ＨＭＧ検出器４は、モード合分波器１Ｂの第１開口１２Ｂに配置され、ＨＭＧ検出器４の光軸と二次ミラー１１Ｂの光軸が一致するように配置されている。また、ＨＭＧ検出器４の光検出面と二次ミラー１１Ｂの反射面（凸面）が向かい合うように配置されている。これにより、ＨＭＧ検出器４はモード合分波器１Ｂと光学的に接続されている。

なお、ＨＭＧ光源３は、図７に示すように、二次ミラー１１Ａの凸面上に光軸を一致させて設け、ＨＭＧ光源３の光出射面と一次ミラー１０Ａとが向かい合うように配置されていてもよい。ただしこの場合、ＨＭＧ光源３として光束が十分に広がるものを用いることが好ましい。また、ＨＭＧ検出器４についても同様にしてもよい。

このように、実施例１の光通信システムでは、モード合分波器１Ａ、１Ｂとして反射型対物レンズを利用している。そして、受発光素子（ＨＭＧ光源３、ＨＭＧ検出器４、ＬＭＧ光源５、およびＬＭＧ検出器６）とマルチモード光ファイバー２の光軸を全て一致させ、さらに受発光素子とモード合分波器１Ａ、１Ｂとを一体化した構成としている。そのため、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。

次に、実施例１の光通信システムの動作について説明する。

まず、高次モード群の通信について説明する。モード合分波器１Ａの第１開口１２Ａに配置されたＨＭＧ光源３から放射された高次モード群信号は、モード合分波器１Ａの二次ミラー１１Ａによって反射されて光束が拡散する。そして、モード合分波器１Ａの一次ミラー１０Ａによって反射されてモード合分波器１Ａの第２開口１３Ａから外部へと放射され、光束が収束していく。マルチモード光ファイバー２の一方の端面は、この光束の収束点に配置されている。そのため、マルチモード光ファイバー２の一方の端面からコア内部へと効率的に高次モード群信号が入射する。ここで、入射時の高次モード群信号の伝搬角θは、マルチモード光ファイバー２の最大伝搬角をθｍａｘとして、２θｍａｘ／３からθｍａｘの範囲となるように設定されている（図２参照）。マルチモード光ファイバー２のＮＡは０．３７であるから、θｍａｘ＝２１．７°である。たとえば一次ミラー１０Ａや二次ミラー１１Ａの焦点距離によって２θｍａｘ／３からθｍａｘの範囲となるように設定することができる。

なお、図２中、横軸は伝搬角、縦軸はＥＡＦ（Encircled Angular flux）である。伝搬角は、マルチモード光ファイバー２の光軸に対する光の進行方向の角度（対空気の値）である。ＥＡＦは国際規格ＩＥＣ６１３００−３−５３で規定された伝送モード分布の表記方法である。ＥＡＦは伝搬角θの関数であり、ＥＡＦ（θ）は、全光エネルギーを１とした、伝搬角θ以下の光エネルギーの総和を示している。

マルチモード光ファイバー２の一方の端面からコアに入射した高次モード群信号は、コア内を高次モードで伝搬し、マルチモード光ファイバー２の他方の端面から外部へと放射される。

マルチモード光ファイバー２の他方の端面から放射された高次モード群信号は、光束が広がりながらモード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂを介してモード合分波器１Ｂ内へと入射する。入射した高次モード群信号は、モード合分波器１Ｂの一次ミラー１０Ｂによって反射されて光束が収束していき、さらに二次ミラー１１Ｂによって反射されておよそコリメート光となる。そして、このコリメート光はモード合分波器１Ｂの第１開口１２Ｂに配置されたＨＭＧ検出器４に到達し、高次モード群信号を検出する。このようにして、モード合分波器１Ａ側からモード合分波器１Ｂ側へと高次モード群信号が伝送される。

次に、低次モード群の通信について説明する。モード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂに配置されたＬＭＧ光源５から放射された低次モード群信号は、モード合分波器１Ｂの第２開口１３Ｂからのそのまま放射され、マルチモード光ファイバー２の他方の端面からコア内部へと低次モード群信号が入射する。ここで、入射時の低次モード群信号の伝搬角θは、０からθｍａｘ／３の範囲となるように設定されている。これは、たとえばＬＭＧ光源５として放射角の小さな光源を選ぶことで可能となる。図２のように、マルチモード光ファイバー２への入射時においてθｍａｘ／３から２θｍａｘ／３の範囲で伝搬する信号が存在しないようにすることで、低次モード群信号と高次モード群信号の分離を容易とし、安定した通信を実現できるようにしている。

なお、信号が存在しない伝搬角θの範囲は必ずしもθｍａｘ／３から２θｍａｘ／３の範囲である必要はなく、マルチモード光ファイバー２の長さ、屈曲、中継コネクタの数などに応じて範囲幅を拡大してもよい。ただし、マルチモード光ファイバー２の長さが２０ｍ以下である場合には、信号が存在しない伝搬角θの範囲をこのように設定することで簡易に安定した通信を実現できる。

マルチモード光ファイバー２の他方の端面からコアに入射した低次モード群信号は、コア内を低次モードで伝搬し、マルチモード光ファイバー２の一方の端面から外部へと放射される。

マルチモード光ファイバー２の一方の端面から放射された低次モード群信号は、モード合分波器１Ａの第２開口１３Ａを介してモード合分波器１Ａ内部へと入射する。入射した低次モード群信号は、直接ＬＭＧ検出器６に到達し、低次モード群信号を検出する。このようにして、モード合分波器１Ｂ側からモード合分波器１Ａ側へと低次モード群信号が伝送される。

以上のように、実施例１の光通信システムでは、低次モード群と高次モード群とにモード分割して双方向の通信を行うことができる。

次に、実施例１の光通信システムに関する各種実験結果を説明する。

低次モード群信号と高次モード群信号とを十分に分離可能な条件を検討した。低次モード群信号について、マルチモード光ファイバー２への入射直後のＥＡＦ＝０．７５における伝搬角θ_IN,L,0.75として、Ｎ個の中継コネクタが挿入されＭ箇所の９０°屈曲を有したマルチモード光ファイバー２を伝搬して出射する低次モード群信号のＥＡＦ＝０．７５における伝搬角θ_OUT,L,0.75は、下記式（１）で表される。

θ_OUT,L,0.75＝θ_IN,L,0.75＋Δθ_l,L＋Ｎ・Δθ_c,L＋Ｍ・Δθ_b,L ・・・（１）

式（１）において、Δθ_l,Lはマルチモード光ファイバー２の伝搬距離に応じたＥＡＦ＝０．７５における伝搬角θの変化を表し、Δθ_c,Lは中継コネクタ１つ当たりのＥＡＦ＝０．７５における伝搬角θの変化を表し、Δθ_b,Lは９０°の屈曲１つ当たりのＥＡＦ＝０．７５における伝搬角θの変化を表している。

高次モード群信号について、マルチモード光ファイバー２への入射直後のＥＡＦ＝０．２５における伝搬角θ_IN,H,0.25として、Ｎ個の中継コネクタが挿入されＭ箇所の９０°屈曲を有したマルチモード光ファイバー２を伝搬して出射する高次モード群信号のＥＡＦ＝０．２５における伝搬角θ_OUT,H,0.25は、下記式（２）で表される。

θ_OUT,H,0.25＝θ_IN,H,0.25−Δθ_l,H−Ｎ・Δθ_c,H−Ｍ・Δθ_b,H ・・・（２）

式（２）において、Δθ_l,Hはマルチモード光ファイバー２の伝搬距離に応じたＥＡＦ＝０．２５における伝搬角θの変化を表し、Δθ_c,Hは中継コネクタ１つ当たりのＥＡＦ＝０．２５における伝搬角θの変化を表し、Δθ_b,Hは９０°の屈曲１つ当たりのＥＡＦ＝０．２５における伝搬角θの変化を表している。

図３は、式（１）、（２）のＥＡＦの遷移を模式的に示したグラフである。図３（ａ）は低次モード群信号のＥＡＦ遷移、図３（ｂ）は高次モード群信号のＥＡＦ遷移を示している。

低次モード群信号と高次モード群信号とを十分に分離して安定した通信を行うためには、ＳＮ比４ｄＢ以上が必要である。ここで、１０・ｌｏｇ（０．７５／０．２５）＝４．７ｄＢであるから、下記（３）を満たせば安定した通信を行うことが可能である。

θ_OUT,L,0.75≦θ_OUT,H,0.25 ・・・（３）

次に、各種の伝搬角θを実測し、式（３）による判定を試みた。図４は、マルチモード光ファイバー２を伝搬後のＥＡＦ変化を示したグラフである。図４（ａ）は低次モード群信号のＥＡＦ変化を示し、図４（ｂ）は高次モード群信号のＥＡＦ変化を示している。伝搬距離は１ｍ、１０ｍ、２０ｍ、５０ｍとし、低次モード群信号と高次モード群信号の波長は８５２ｎｍとした。

図４（ａ）のように、低次モード群信号がマルチモード光ファイバー２を１ｍ伝搬した後のＥＡＦは、θｍａｘ／３（＝７．２°）でＥＡＦがおよそ１となっていた。これは、マルチモード光ファイバー２に入射直後の低次モード群信号のＥＡＦとほぼ同一である。また、ＥＡＦが０．７５となる伝搬角θは約４．５°であった。この伝搬角θを伝搬角θ_IN,L,0.75とする。伝搬距離が延びて１０ｍとなると、ＥＡＦが０．７５となる伝搬角θは約３．３°増加し、伝搬距離が２０ｍ、５０ｍとなると、ＥＡＦが０．７５となる伝搬角θはさらに増加し、それぞれ３．９°、６．２°増加していた。これらの変化分をΔθ_l,Lとする。

図４（ｂ）のように、高次モード群信号がマルチモード光ファイバー２を１ｍ伝搬した後のＥＡＦは、２θｍａｘ／３（＝１４．４°）以下でＥＡＦがおよそ０となっていた。これは、マルチモード光ファイバー２に入射直後の高次モード群信号のＥＡＦとほぼ同一である。また、全光エネルギーの約２割はクラッドモード（マルチモード光ファイバー２のクラッドと外部の空気との界面で反射して伝搬するモード）として伝搬していることがわかった。また、ＥＡＦが０．２５となる伝搬角θは約１８．６°であった。この伝搬角θを伝搬角θ_IN,H,0.25とする。また、伝搬距離が長くなるにつれてＥＡＦが０．２５となる伝搬角θは変化し、１０ｍで０．４°、２０ｍで−０．３°、５０ｍで０．８°の変化であった。これらの変化分をΔθ_l,Hとする。

次に、マルチモード光ファイバー２に中継コネクタを挿入することを考慮し、それによりＥＡＦがどのように変化するかを考察した。中継コネクタの挿入によりギャップが０．１ｍｍ生じ、角度が２°ずれることを想定した。その結果、低次モード群信号では、ＥＡＦが０．７５となる伝搬角θはおよそ１．３°変化し、高次モード群信号では、ＥＡＦが０．２５となる伝搬角θはおよそ−１．０°変化した。

次に、マルチモード光ファイバー２の屈曲によるＥＡＦの変化を考察した。屈曲は９０°の曲げ半径２０ｍｍとして評価した。その結果、低次モード群信号では、ＥＡＦが０．７５となる伝搬角θはおよそ０．１°変化し、高次モード群信号では、ＥＡＦが０．２５となる伝搬角θはおよそ−０．０５°変化した。

以上の実測値を用いて、式（１）、（２）によってθ_OUT,L,0.75、θ_OUT,H,0.25を算出し、式（３）を満たすかどうか判定を行った。図５は、それら実測値、θ_OUT,L,0.75、θ_OUT,H,0.25、式（３）による判定結果をまとめた表である。

図５のように、マルチモード光ファイバー２の長さが１ｍ〜１０ｍでは安定した通信を行うことができると判定できた。また、長さ２０ｍにおいてはθ_OUT,L,0.75＝θ_OUT,H,0.25となり、安定した通信を行うことができる境界付近であると判定された。また、長さ５０ｍでは安定した通信を行うことができないと判定された。よってマルチモード光ファイバー２が２０ｍよりも長い場合には、入射時における信号が存在しない伝搬角θの範囲の幅をより広げる必要がある。

以上のように、式（３）を用いることにより、実施例１の光通信システムにおける通信の安定性を簡易に評価することができる。

図６は、実施例２の光通信システムの構成を示した図である。実施例２の光通信システムは、実施例１の光通信システムにおけるＬＭＧ光源５とＬＭＧ検出器６を入れ換えた構成であり、他の構成は実施例１の光通信システムと同様である。

実施例２では、モード合分波器１Ａ、１Ｂは図６のように動作する。すなわち、モード合分波器１Ａは、ＨＭＧ光源３から入力された高次モード群信号と、ＬＭＧ光源５から入力された低次モード群信号とを合波してマルチモード光ファイバー２へと導く。また、モード合分波器１Ｂは、マルチモード光ファイバー２から入力された高次モード群信号と低次モード群信号とをそれぞれ分離して、高次モード群信号はＨＭＧ検出器４へと導き、低次モード群信号はＬＭＧ検出器６へと導く。

実施例２の光通信システムによれば、モード合分波器１Ａ側からモード合分波器１Ｂ側へと一方向に低次モード群信号と高次モード群信号とを多重化して通信を行うことができる。

なお、実施例２の光通信システムにおいても、図７のようにＨＭＧ光源３を二次ミラー１１Ａの凸面上に光軸を一致させて設け、ＨＭＧ光源３の光出射面と一次ミラー１０Ａとが向かい合うように配置してもよいし、ＨＭＧ検出器４について同様に配置してもよい。

本発明によりモード分割多重通信システムを容易に構築することができる。

１Ａ、Ｂ：モード合分波器
２：マルチモード光ファイバー
３：ＨＭＧ光源
４：ＨＭＧ検出器
５：ＬＭＧ光源
６：ＬＭＧ検出器
１０Ａ、Ｂ：一次ミラー
１１Ａ、Ｂ：二次ミラー

Claims

光信号を低次モード群と高次モード群とに分割してモード分割多重通信を行う光通信システムにおいて、
マルチモード光導波路と、
低次モード群での通信に用いる低次モード群信号を発光する低次モード群光源と、
低次モード群信号を受光する低次モード群検出器と、
高次モード群での通信に用いる高次モード群信号を発光する高次モード群光源と、
高次モード群信号を受光する高次モード群検出器と、
高次モード群信号を凹面で反射させる第１凹面ミラーを有し、前記マルチモード光導波路の一端と、前記低次モード群光源と、前記高次モード群検出器と、に光学的に接続し、前記マルチモード光導波路からの高次モード群信号を前記第１凹面ミラーによって反射させて前記高次モード群検出器に導き、前記低次モード群光源からの低次モード群信号を前記マルチモード光導波路の一端に導く第１光合分波器と、
高次モード群信号を凹面で反射させる第２凹面ミラーを有し、前記マルチモード光導波路の他端と、前記高次モード群光源と、前記低次モード群検出器と、に光学的に接続し、前記マルチモード光導波路からの低次モード群信号を前記低次モード群検出器に導き、高次モード群光源からの高次モード群信号を前記第２凹面ミラーによって反射させて前記マルチモード光導波路の一端に導く第２光合分波器と、
を有し、
前記第１凹面ミラー、前記低次モード群光源および前記高次モード群検出器の光軸は、前記マルチモード光導波路の一端の光軸と一致するように配置され、
前記第２凹面ミラー、前記高次モード群光源および前記低次モード群検出器の光軸は、前記マルチモード光導波路の他端の光軸と一致するように配置されている、
ことを特徴とする光通信システム。
前記第１光合分波器は、前記第１凹面ミラーからの高次モード群信号を凸面で反射させて前記高次モード群検出器に導く第１凸面ミラーを有し、前記第１凸面ミラーの光軸は、前記第１凹面ミラーの光軸と一致するように配置され、
前記第２光合分波器は、前記高次モード群光源からの高次モード群信号を凸面で反射させて前記第２凹面ミラーに導く第２凸面ミラーを有し、前記第２凸面ミラーの光軸は、前記第２凹面ミラーの光軸と一致するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
光を低次モード群と高次モード群とに分割してモード分割多重通信を行う光通信システムにおいて、
マルチモード光導波路と、
低次モード群での通信に用いる低次モード群信号を発光する低次モード群光源と、
低次モード群信号を受光する低次モード群検出器と、
高次モード群での通信に用いる高次モード群信号を発光する高次モード群光源と、
高次モード群信号を受光する高次モード群検出器と、
高次モード群信号を凹面で反射させる第１凹面ミラーを有し、前記マルチモード光導波路の一端と、前記低次モード群光源と、前記高次モード群光源と、に光学的に接続し、高次モード群光源からの高次モード群信号を前記第１凹面ミラーによって反射させて前記マルチモード光導波路の一端に導き、前記低次モード群光源からの低次モード群信号を前記マルチモード光導波路の一端に導く第１光合分波器と、
高次モード群信号を凹面で反射させる第２凹面ミラーを有し、前記マルチモード光導波路の他端と、前記低次モード群検出器と、前記高次モード群検出器と、に光学的に接続し、前記マルチモード光導波路からの低次モード群信号を前記低次モード群検出器に導き、前記マルチモード光導波路からの高次モード群信号を前記第２凹面ミラーによって反射させて前記高次モード群検出器に導く第２光合分波器と、
を有し、
前記第１凹面ミラー、前記低次モード群光源および前記高次モード群光源の光軸は、前記マルチモード光導波路の一端の光軸と一致するように配置され、
前記第２凹面ミラー、前記低次モード群検出器および前記高次モード群検出器の光軸は、前記マルチモード光導波路の他端の光軸と一致するように配置されている、
ことを特徴とする光通信システム。
前記第１光合分波器は、前記高次モード群光源からの高次モード群信号を凸面で反射させて前記第１凹面ミラーに導く第１凸面ミラーを有し、前記第１凸面ミラーの光軸は、前記第１凹面ミラーの光軸と一致するように配置され、
前記第２光合分波器は、前記第２凹面ミラーからの高次モード群信号を凸面で反射させて前記高次モード群検出器に導く第２凸面ミラーを有し、前記第２凸面ミラーの光軸は、前記第２凹面ミラーの光軸と一致するように配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
前記第１光合分波器および前記第２光合分波器は、反射型対物レンズである、ことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の光通信システム。
前記マルチモード光導波路出射端での低次モード群信号のＥＡＦ＝０．７５における伝搬角が、前記マルチモード光導波路出射端での高次モード群信号のＥＡＦ＝０．２５における伝搬角以下となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の光通信システム。
前記マルチモード光導波路は２０ｍ以下であり、
前記マルチモード光導波路への入射直後の低次モード群信号の伝搬角が、最大伝搬角の１／３以下となり、
前記マルチモード光導波路への入射直後の高次モード群信号の伝搬角が、最大伝搬角の２／３以上となるように設定されている、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の光通信システム。
反射型対物レンズの光入射口に高次モード群信号を発光する高次モード群光源または高次モード群信号を受光する高次モード群検出器を配置し、光出射口側に低次モード群信号を発光する低次モード群光源または低次モード群信号を受光する低次モード群検出器を配置することにより、反射型対物レンズを、低次モード群信号と高次モード群信号とを分離、合波する光合分波器として使用する方法。