JP2019191224A - Mode exchanger - Google Patents

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Abstract

To provide a mode exchanger capable of compensating for the difference in a mode loss by a method different from the method for giving a loss only to a specific mode and also relaxing the limit of a transmitting distance associated with the compensation for the difference in the mode loss.SOLUTION: A mode exchanger 301 consists of a waveguide in which n (n is 3 or more) mode propagates and includes a mode conversion circuit 10 in which the number of times of converting the mode is smaller than n-1. By arranging two or more mode exchanging circuits on a transmission line, a lower order mode, out of n-modes, is converted to a higher order mode at least once, and at least one of higher order modes, out of n-modes, is converted to the lower order mode at least once.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、マルチモード光ファイバを利用するモード多重伝送システムにおいて、伝搬するモード間のパワーを交換する機能を有するモード交換器に関する。   The present disclosure relates to a mode exchanger having a function of exchanging power between propagating modes in a mode multiplexing transmission system using a multimode optical fiber.

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に示すように大コアファイバが検討されている。   In optical fiber communication systems, non-linear effects and fiber fuses that occur in optical fibers are problematic, and transmission capacity is limited. In order to relax these restrictions, it is necessary to reduce the density of the light guided to the optical fiber, and as shown in Non-Patent Document 1, a large core fiber has been studied.

しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は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、伝送ファイバにマルチモードファイバを用い、伝搬する複数のモードを用いて並列伝送を行うモード多重伝送システムが、飛躍的な大容量化を実現する技術として検討されている(例えば、非特許文献2を参照。)。   However, bending loss reduction, single mode operation area expansion, and effective area expansion are in a trade-off relationship with each other, and there is a problem that the amount of effective area expansion under certain conditions is limited. Therefore, a mode multiplex transmission system that uses a multimode fiber as a transmission fiber and performs parallel transmission using a plurality of modes to propagate has been studied as a technology for realizing a dramatic increase in capacity (for example, non-patent literature). 2).

モード多重伝送システムにおいては、送信機から発せられる複数の信号を別々のモードとして光ファイバ中を伝搬させるため、モード合分波器が提案されている(例えば、非特許文献3、4を参照。)。   In a mode multiplex transmission system, a mode multiplexer / demultiplexer has been proposed in order to propagate a plurality of signals emitted from a transmitter as separate modes in an optical fiber (see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4). ).

また、伝送路中で発生するモード間の結合を、受信端のMIMO信号処理で補償する光MIMO伝送が提案されている。しかしながら、伝送路においては、モード間で伝送損失、波長分散、偏波分散などの光学特性も異なり、モード依存特性差はMIMO信号処理を行ったとしても復元信号の品質劣化を招く。例えば、2モード多重伝送路において、LP01モードにのみ損失を与えることで、モード間の損失差を補償する3モード(2LP)モード伝送路用のモード損失差補償器が提案されている(詳細は非特許文献5)。   In addition, optical MIMO transmission has been proposed in which coupling between modes occurring in a transmission path is compensated by MIMO signal processing at the receiving end. However, in the transmission path, optical characteristics such as transmission loss, chromatic dispersion, and polarization dispersion are also different between modes, and the difference in mode-dependent characteristics causes quality degradation of the restored signal even when MIMO signal processing is performed. For example, in a two-mode multiplex transmission line, a mode loss difference compensator for a three-mode (2LP) mode transmission line that compensates for a loss difference between modes by giving a loss only to the LP01 mode has been proposed. Non-patent document 5).

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.T.A. Matsui, et al. , “Applicability of Photonic Crystal Fiber With Uniform Air-Hole Structure to High-Speed and Wide-Band Transmission OverTownConventionmm. Lightwave Technol. 27, 5410-5416, 2009. N. Hanzawa et al., “Demonstration of mode−division multiplexing transmission over 10 km two−mode fiber with mode coupler”, OFC2011, paper OWA4 (2011)N. Hanzawa et al. , “Demonstration of mode-division multiplexing transmission 10 km two-mode fiber with mode coupler”, OFC2011, paper OWA4 (2011) N.Hanzawa et al.,“Asymmetric parallel waveguide with mode conversion for mode and wavelength division multiplexing transmission”,OFC2012、OTu1l.4.N. Hanzawa et al. , "Asymmetric parallel waveguide with mode conversion for mode and wavelength division multiplexing transmission", OFC2012, OTU1l. 4). N. Hanzawa et al, “Mode multi/demultiplexing with parallel waveguide for mode division multiplexed transmission”, Opt. Express vol.22, pp. 29321−29330 (2014)N. Hanzawa et al, "Mode multi / demultiplexing with parallel waveguide for mode division multiplexed transmission", Opt. Express vol. 22, pp. 29321-29330 (2014) T. Mizuno et al., “Mode dependent loss equalizer and impact of MDL on PDM−16QAM few−mode fibre transmission”, Proc. ECOC, P.5.9, Valencia (2015).T.A. Mizuno et al. , "Mode dependent loss equalizer and impact of MDL on PDM-16QAM new-mode fiber transmission", Proc. ECOC, P.M. 5.9, Valencia (2015). S.Savin, 他, “Tunable mechanically induced long−period fiber gratings” OPTICS LETTERS/Vol.25, No.10 / May 15, 2000S. Savin, et al., “Tunable mechanically induced long-period fiber gratings” OPTICS LETTERS / Vol. 25, no. 10 / May 15, 2000 Y. Yamashita et al., “Excitation of LP21b and LP02 Modes with PLC−based Tapered Waveguide for Mode−division Multiplexing”, OECC2016, paper TuE3−4 (2016)Y. Yamashita et al. "Excitation of LP21b and LP02 Modes with PLC-based Tapered Waveform for Mode-division Multiplexing", OECC2016, paper TuE3-4 (2016) K. Saitoh, et al., “PLC−based LP11 mode rotator for mode−division multiplexing transmission”, Opt. Express, vol. 22, pp. 19117−19130 (2014)K. Saitoh, et al. “PLC-based LP11 mode rotator for mode-division multiplexing transmission”, Opt. Express, vol. 22, pp. 19117-19130 (2014)

しかしながら、非特許文献5の様に特定のモードにのみ損失を与えてモード間損失差を補償することは、モード数が多い場合、実現が困難という課題や、モード間損失差を補償したために伝送距離が制限されるという課題がある。   However, as in Non-Patent Document 5, it is difficult to realize the loss difference between modes by giving a loss only to a specific mode when the number of modes is large, and transmission is performed because the loss difference between modes is compensated. There is a problem that the distance is limited.

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、特定のモードにのみ損失を与える手法とは異なる手法でモード損失差を補償するとともに、モード損失差の補償に伴う伝送距離の制限を緩和できるモード交換器を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-described problem, the present invention can compensate for the mode loss difference by a method different from the method of giving a loss only to a specific mode, and can relax the restriction on the transmission distance accompanying the compensation of the mode loss difference. An object is to provide a mode exchanger.

上記目的を達成するために、本発明に係るモード交換器は、高次モードと低次モードとを入れ替えることとした。   In order to achieve the above object, the mode exchanger according to the present invention switches the high-order mode and the low-order mode.

具体的には、本発明に係るモード交換器は、n(nは3以上の自然数)モードファイバを伝送路とした伝送システム中に配置されるPLC型のモード交換器であって、
n個のモードが伝搬する導波路で構成され、モードを変換する回数がn−1より少ないモード変換回路を備えており、
前記伝送路に前記モード変換回路が2個以上配置されることにより、
n個のモードのうち、モード次数下位(nが偶数の場合は1次〜n/2次のモード、nが奇数の場合は1次〜n/2+0.5)のモードを、少なくとも1回、モード次数上位(nが偶数の場合はn/2次〜n次のモード、nが奇数の場合はn/2+0.5〜n次)のモードへ変換し、
n個のモードのうち、モード次数上位の少なくとも1つのモードを、少なくとも1回、モード次数下位のモードへ変換すること
を特徴とする。
Specifically, the mode exchanger according to the present invention is a PLC type mode exchanger arranged in a transmission system using an n (n is a natural number of 3 or more) mode fiber as a transmission path,
a mode conversion circuit including a waveguide through which n modes propagate, the number of times of mode conversion being less than n−1;
By arranging two or more of the mode conversion circuits in the transmission path,
Of the n modes, the mode of the mode lower order (primary to n / 2 order mode when n is an even number, primary to n / 2 + 0.5 when n is an odd number) at least once, The mode order is converted to the higher order mode (when n is an even number, n / 2 order to n order mode, when n is an odd number, n / 2 + 0.5 to n order mode),
Among the n modes, at least one mode having a higher mode order is converted to a mode having a lower mode order at least once.

モード間の光学特性(伝送損失、波長分散、偏波分散など)は、高次のモードであればあるほど劣化していく傾向にある。このため、全てのモードを巡回的に交換していく必要はなく、低次のモードを高次のモードに、高次のモードを低次のモードに交換するのみで大きな効果が得られる。本モード交換器は、高次モードと低次モードとを入れ替える構成であり、モード間の光学特性を均一化すること(モード損失差の補償)ができる。   The optical characteristics (transmission loss, chromatic dispersion, polarization dispersion, etc.) between modes tend to deteriorate as the mode becomes higher. For this reason, it is not necessary to cyclically exchange all the modes, and a great effect can be obtained only by replacing the low-order mode with the high-order mode and the high-order mode with the low-order mode. This mode exchanger has a configuration in which a high-order mode and a low-order mode are switched, and the optical characteristics between the modes can be made uniform (mode loss difference compensation).

さらに、全てのモードを巡回的に交換(モードの交換回数はn−1回)していないので、モードの交換回数を低減することができる(モードの交換回数はn−1回未満)。モードの交換回数を低減は損失の増大を防止でき、伝送距離の制限を緩和できる。   Furthermore, since all modes are not cyclically exchanged (the number of mode exchanges is n-1 times), the number of mode exchanges can be reduced (the number of mode exchanges is less than n-1 times). Reducing the number of mode exchanges can prevent an increase in loss and relax the limitation of transmission distance.

従って、本発明は、特定のモードにのみ損失を与える手法とは異なる手法でモード損失差を補償するとともに、モード損失差の補償に伴う伝送距離の制限を緩和できるモード交換器を提供することができる。   Therefore, the present invention provides a mode switch that can compensate for a mode loss difference by a method different from a method that gives a loss only to a specific mode, and can relax the limitation of transmission distance associated with the compensation of the mode loss difference. it can.

例えば、nが6である場合、前記モード変換回路は、
前記導波路の高さ(前記PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部と、
を備えることを特徴とする。
For example, when n is 6, the mode conversion circuit is
The heights of the waveguides (thicknesses of the waveguides in the direction perpendicular to the PLC substrate) are all equal,
A first taper portion in which a waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes in a non-adiabatic manner so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchanging unit for exchanging LP01 mode and LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
It is characterized by providing.

また、nが6である場合、前記モード変換回路は、
前記導波路の高さ(前記PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP11bモードとを結合するモード回転子と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部と、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部と、
を備えることを特徴とする。
When n is 6, the mode conversion circuit is
The heights of the waveguides (thicknesses of the waveguides in the direction perpendicular to the PLC substrate) are all equal,
A mode rotator for coupling the LP11a mode and the LP11b mode propagating in the waveguide;
A first taper portion in which a waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes in a non-adiabatic manner so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchange unit for exchanging the LP11a mode and the LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
It is characterized by providing.

このような構成とすれば、最大3回のモードの交換回数で高次モードと低次モードとを入れ替えることができ、モード損失差の補償と伝送距離の制限の緩和を実現できる。   With such a configuration, the high-order mode and the low-order mode can be interchanged with the maximum number of mode exchanges of three times, and the compensation of the mode loss difference and the relaxation of the transmission distance restriction can be realized.

前記第1モード交換部及び前記第2モード交換部の導波路幅が周期Λで周期的に変化しており、周期Λは交換する2つのモードの実効屈折率n1、n2及び使用波長λに対して
を満たすことが好ましい。
The waveguide widths of the first mode exchange unit and the second mode exchange unit are periodically changed with a period Λ, and the period Λ corresponds to the effective refractive indexes n1 and n2 and the wavelength λ used for the two modes to be exchanged. The
It is preferable to satisfy.

本発明は、特定のモードにのみ損失を与える手法とは異なる手法でモード損失差を補償するとともに、モード損失差の補償に伴う伝送距離の制限を緩和できるモード交換器を提供することができる。   The present invention can provide a mode exchanger that can compensate for a mode loss difference by a method different from a method that gives a loss only to a specific mode, and can relax the limitation of transmission distance associated with the compensation of the mode loss difference.

本発明に係るモード交換器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the mode exchanger which concerns on this invention. 本発明に係るモード交換器が備えるモード交換部を説明する図である。It is a figure explaining the mode exchange part with which the mode exchanger which concerns on this invention is provided. 本発明に係るモード交換器が備える第1モード交換部における入射モードに対する出射モードの比率を説明する表である。It is a table | surface explaining the ratio of the output mode with respect to the incident mode in the 1st mode exchange part with which the mode exchanger which concerns on this invention is provided. 本発明に係るモード交換器が備える第2モード交換部における入射モードに対する出射モードの比率を説明する表である。It is a table | surface explaining the ratio of the output mode with respect to the incident mode in the 2nd mode exchange part with which the mode exchanger which concerns on this invention is provided. 本発明に係るモード交換器が備える第1テーパー部を説明する図である。It is a figure explaining the 1st taper part with which the mode exchanger concerning the present invention is provided. 導波路幅に対するLP21b及びLP02モードの実効屈折率の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the effective refractive index of LP21b and LP02 mode with respect to waveguide width. 断熱的変化を説明する図である。It is a figure explaining adiabatic change. 本発明に係るモード交換器が備える第2テーパー部を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd taper part with which the mode exchanger concerning the present invention is provided. 本発明に係るモード交換器が備えるモード回転子を説明する図である。It is a figure explaining the mode rotor with which the mode exchanger concerning the present invention is provided. 本発明に係るモード交換器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the mode exchanger which concerns on this invention. 本発明に係るモード交換器を伝送路中に配置する例を説明する図である。It is a figure explaining the example which arrange | positions the mode exchanger which concerns on this invention in a transmission line. 本発明に係るモード交換器を伝送路中に配置したときの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect when the mode exchanger concerning the present invention is arranged in a transmission line. 本発明に係るモード交換器の入射モードに対する出射モードの対応を説明する表である。It is a table | surface explaining the response | compatibility of the emission mode with respect to the incident mode of the mode exchanger which concerns on this invention. 本発明に係るモード交換器の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the mode exchanger which concerns on this invention. 本発明に係るモード交換器の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the mode exchanger which concerns on this invention. 本発明に係るモード交換器を伝送路中に配置したときの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect when the mode exchanger concerning the present invention is arranged in a transmission line. 本発明に係るモード交換器の入射モードに対する出射モードの対応を説明する表である。It is a table | surface explaining the response | compatibility of the emission mode with respect to the incident mode of the mode exchanger which concerns on this invention.

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。   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 the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

モード間の光学特性差を小さくするためには、伝送路中に特定のモードを別のモードに変換するモード交換が有効である。しかしながら、例えば1つのモード交換器において、伝搬するモードを巡回的に他のモードへ変換(n次のモードをn+1次のモードへ、最高次のモードを最低次のモードへ変換)しようとする場合、nモードに対してn−1個のモード変換部が必要となり、モード変換器の小型化および、過剰損失の増加を招くため望ましくない。   In order to reduce the optical characteristic difference between the modes, mode exchange in which a specific mode is converted into another mode in the transmission path is effective. However, for example, in one mode switch, when a mode to be propagated is cyclically converted to another mode (an n-order mode is converted to an n + 1-order mode, and a highest-order mode is converted to a lowest-order mode). , N-1 mode converters are required for the n mode, which is not desirable because the mode converter is downsized and excessive loss is increased.

モード間の光学特性は、高次のモードであればあるほど劣化していく傾向にあるため、全てのモードを巡回的に交換していく必要はなく、低次のモードを高次のモードに、高次のモードを低次のモードに交換するのみで大きな効果が得られると考えられる。   Since the optical characteristics between modes tend to deteriorate as the higher-order mode, it is not necessary to cyclically exchange all the modes, and the lower-order mode is changed to the higher-order mode. Therefore, it is considered that a large effect can be obtained only by exchanging the higher order mode with the lower order mode.

つまり、本実施形態のモード交換器は、n(nは3以上の自然数)モードファイバを伝送路とした伝送システム中に配置されるPLC型のモード交換器であって、
n個のモードが伝搬する導波路で構成され、モードを変換する回数がn−1より少ないモード変換回路を備えており、
前記伝送路に前記モード変換回路が2個以上配置されることにより、
n個のモードのうち、モード次数下位(nが偶数の場合は1次〜n/2次のモード、nが奇数の場合は1次〜n/2+0.5)のモードを、少なくとも1回、モード次数上位(nが偶数の場合はn/2次〜n次のモード、nが奇数の場合はn/2+0.5〜n次)のモードへ変換し、
n個のモードのうち、モード次数上位の少なくとも1つのモードを、少なくとも1回、モード次数下位のモードへ変換すること
を特徴とする。
本実施形態のモード交換器は、導波路を伝搬するモードがnモードであるとき、導波路内でモードが変換する回数mがn−1より少ないことが特長である。
That is, the mode exchanger of the present embodiment is a PLC-type mode exchanger arranged in a transmission system using n (n is a natural number of 3 or more) mode fiber as a transmission path,
a mode conversion circuit including a waveguide through which n modes propagate, the number of times of mode conversion being less than n−1;
By arranging two or more of the mode conversion circuits in the transmission path,
Of the n modes, the mode of the mode lower order (primary to n / 2 order mode when n is an even number, primary to n / 2 + 0.5 when n is an odd number) at least once, The mode order is converted to the higher order mode (when n is an even number, n / 2 order to n order mode, when n is an odd number, n / 2 + 0.5 to n order mode),
Among the n modes, at least one mode having a higher mode order is converted to a mode having a lower mode order at least once.
The mode exchanger of the present embodiment is characterized in that when the mode propagating through the waveguide is n mode, the number m of times the mode is converted in the waveguide is less than n-1.

(実施例1)
第1の実施例について説明する。図1は本実施例のモード変換器301の構成を説明する図である。モード変換器301は6モード交換器であり、モード変換回路10を備える。モード変換回路10は、
前記導波路の高さ(前記PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP11bモードとを結合するモード回転子21と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部22と、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部23と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部24と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部25と、
を備える。
(Example 1)
A first embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the mode converter 301 of this embodiment. The mode converter 301 is a 6-mode exchanger and includes a mode conversion circuit 10. The mode conversion circuit 10
The heights of the waveguides (thicknesses of the waveguides in the direction perpendicular to the PLC substrate) are all equal,
A mode rotator 21 for coupling the LP11a mode and the LP11b mode propagating in the waveguide;
A first tapered portion 22 in which the waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes non-adiabatically so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchanging unit 23 for exchanging the LP11a mode and the LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit 24 for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion 25 in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
Is provided.

第1テーパー部22と第1モード変換部23との間、第1モード変換部23と第2モード変換部24との間、第2モード変換部24と第2テーパー部25との間は直線導波路30で接続される。   A straight line is provided between the first taper part 22 and the first mode conversion part 23, between the first mode conversion part 23 and the second mode conversion part 24, and between the second mode conversion part 24 and the second taper part 25. They are connected by the waveguide 30.

図2は、第1モード交換部23と第2モード交換部24の構造を説明する図である。モード変換器301には、6モードが伝搬するように設計された高さHと幅Wの基本導波路構造が配置される。そして、第1モード交換部23と第2モード交換部24は、その基本導波路の幅が周期Λ、導波路幅変化量dで周期的に変化している。導波路幅が周期的に変化している部分をグレーティング部とし、グレーティング長をLとする。   FIG. 2 is a diagram illustrating the structure of the first mode exchange unit 23 and the second mode exchange unit 24. The mode converter 301 is provided with a basic waveguide structure having a height H and a width W designed to propagate six modes. The first mode exchanging unit 23 and the second mode exchanging unit 24 have their basic waveguide widths periodically changed with a period Λ and a waveguide width change amount d. A portion where the waveguide width periodically changes is defined as a grating portion, and a grating length is defined as L.

第1モード交換部23と第2モード交換部24において、伝搬するモードの内、注目する2つのモードの実効屈折率n1、n2とする。ここで、使用波長λに対して周期Λが
を満たせば第1モード交換部23と第2モード交換部24で当該2つのモードを結合することができる。また、グレーティング長Lを適切に設計すれば第1モード交換部23と第2モード交換部24でモードのパワーを交換することができる。
In the first mode exchanging unit 23 and the second mode exchanging unit 24, the effective refractive indexes n1 and n2 of the two modes of interest among the propagating modes are set. Here, the period Λ is
If these conditions are satisfied, the first mode exchange unit 23 and the second mode exchange unit 24 can combine the two modes. If the grating length L is appropriately designed, the mode power can be exchanged between the first mode exchange unit 23 and the second mode exchange unit 24.

例えば、図3は、図2の構造において、W=11.0μm、H=10.0μm、Λ=450μm、d=0.5μm、L=6750μmとした場合、入射する光の各モード(最左欄)が出射するときにいずれのモードに変換されるかの比率をまとめたものである。各入射モードについて最も高い変換比率に下線を付している。入射するLP01モードのパワーはLP11aモードのパワーに最も多く変換されており(84.4%)、入射するLP11bモードのパワーはLP21aモードのパワーに最も多く変換されている(82.4%)ことがわかる。すなわち、各パラメータを上記のように設定することで、第2モード交換部24とすることができる。   For example, FIG. 3 shows each mode (leftmost) of incident light when W = 11.0 μm, H = 10.0 μm, Λ = 450 μm, d = 0.5 μm, and L = 6750 μm in the structure of FIG. Column) summarizes the ratio of which mode is converted when exiting. The highest conversion ratio for each incident mode is underlined. Incident LP01 mode power is most converted to LP11a mode power (84.4%), and incident LP11b mode power is most converted to LP21a mode power (82.4%). I understand. That is, the second mode exchanging unit 24 can be configured by setting each parameter as described above.

なお、WおよびHは、導波路が所望のモード数を伝搬可能な構造(本実施例では6モード)であることから設計が可能である。Λについては、式1に示す通り、導波路構造で求まるモードの実効屈折率と使用波長から算出可能である。dとLについては、例えばdを先に決定し、モードが交換されるようLを設定する、又はLを先に決定し、モードが交換されるようdを設定することで、本実施例に示すモード交換導波路を実現することが可能である。   W and H can be designed because the waveguide has a structure capable of propagating a desired number of modes (6 modes in this embodiment). As shown in Equation 1, Λ can be calculated from the effective refractive index of the mode determined by the waveguide structure and the wavelength used. For d and L, for example, d is determined first and L is set so that the modes are exchanged, or L is determined first and d is set so that the modes are exchanged. It is possible to realize the mode exchange waveguide shown.

また、図4は、図2の構造において、W=11.0μm、H=10.0μm、Λ=286μm、d=0.5μm、L=2300μmとした場合、入射する光の各モード(最左欄)が出射するときにいずれのモードに変換されるかの比率をまとめたものである。各入射モードについて最も高い変換比率に下線を付している。入射するLP11aモードのパワーはLP21b(E31)モードのパワーに最も多く変換されており(70%)、その他のモードには強いモード変換を生じさせていないことがわかる。すなわち、各パラメータを上記のように設定することで、第1モード交換部23とすることができる。   Further, FIG. 4 shows each mode (leftmost) of incident light when W = 11.0 μm, H = 10.0 μm, Λ = 286 μm, d = 0.5 μm, and L = 2300 μm in the structure of FIG. Column) summarizes the ratio of which mode is converted when exiting. The highest conversion ratio for each incident mode is underlined. It can be seen that the incident LP11a mode power is most converted to the LP21b (E31) mode power (70%), and no strong mode conversion occurs in the other modes. That is, the first mode exchanging unit 23 can be configured by setting each parameter as described above.

図5は、第1テーパー部22の構成を説明する図である。図5は、PLCの上面(基板に対して積層方向にある面)から見ている。6モード導波路においては、図6に記載の通り、断面構造が正方(W=H)となるとき、LP21b(E31)モードとLP02(E13)モードの実効屈折率が近接し、導波路幅と高さの差|W―H|が大きくなると、2モードの実効屈折率の差が大きくなる。なお、本結果はH=12μm、比屈折率差Δ=0.7%としている。   FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the first taper portion 22. FIG. 5 is viewed from the upper surface of the PLC (the surface in the stacking direction with respect to the substrate). In the 6-mode waveguide, as shown in FIG. 6, when the cross-sectional structure is square (W = H), the effective refractive indexes of the LP21b (E31) mode and the LP02 (E13) mode are close to each other, and the waveguide width and As the height difference | W−H | increases, the difference in effective refractive index between the two modes increases. This result is H = 12 μm and the relative refractive index difference Δ = 0.7%.

この時、導波路幅が伝搬距離に対して十分緩やかに変化する場合、それぞれのモードはモード変換を生じず、それぞれの実線に沿って実効屈折率が変化する(これを断熱的変化と呼ぶ)。一方で、導波路幅変化率が一定以上急な場合は、伝搬に従いモード間で結合が生じる。特に、W=Hの構造では、2つのモードの実効屈折率差が小さくなるため、よりモード変換が生じやすい。   At this time, if the waveguide width changes sufficiently slowly with respect to the propagation distance, each mode does not cause mode conversion, and the effective refractive index changes along each solid line (this is called adiabatic change). . On the other hand, when the change rate of the waveguide width is steep above a certain level, coupling occurs between modes according to propagation. In particular, in the structure of W = H, the difference in effective refractive index between the two modes is small, so that mode conversion is more likely to occur.

図7は、テーパー長Lt1と、テーパー導波路にE31モードを入射した場合のLP21b及びLP02モードの出力パワー比の計算結果である。図より、テーパー長が5000μm以下の領域では、30%以上の優位なモード結合が生じている。モード交換器においては、テーパー部分において必ずしも等分配を実現する必要は無く、等分配に対して2dB以下の分配比率の差である30%のパワー分配であってもモード間の特性差を低減するに十分の効果が見込まれる。よって、上記のようなLP21bとLP02とのモード間でモード結合を生じさせるためには、テーパー長を少なくとも5000μm以下とすればよい。   FIG. 7 shows a calculation result of the taper length Lt1 and the output power ratio of the LP21b and LP02 modes when the E31 mode is incident on the tapered waveguide. From the figure, in the region where the taper length is 5000 μm or less, dominant mode coupling of 30% or more occurs. In the mode exchanger, it is not always necessary to realize equal distribution in the tapered portion, and even if power distribution is 30%, which is a difference in distribution ratio of 2 dB or less with respect to equal distribution, the characteristic difference between modes is reduced. A sufficient effect is expected. Therefore, in order to cause mode coupling between the modes of LP21b and LP02 as described above, the taper length should be at least 5000 μm or less.

例えば、図5の構造において、W=10.2μm、W1=11.0μm、Lt=100μmとした場合、入射されたLP21bモードは、出射端側でLP21b及びLP02モードへパワーが等分配され、入射されたLP02モードは、出射端側でLP21b及びLP02モードへパワーが等分配される。すなわち、各パラメータを上記のように設定することで、第1テーパー部22とすることができる。   For example, in the structure of FIG. 5, when W = 10.2 μm, W1 = 11.0 μm, and Lt = 100 μm, the incident LP21b mode is equally distributed to the LP21b and LP02 modes on the output end side. In the LP02 mode, the power is equally distributed to the LP21b and LP02 modes on the emission end side. That is, the first tapered portion 22 can be obtained by setting each parameter as described above.

図8は、導波路幅が伝搬方向に対して減少する第2テーパー部25を説明する図である。例えば、図8の構造において、W=10.2μm、W1=11.0μm、Lt2=6000μmとした場合、入射されたLP21b及びLP02モードは、互いにモード結合を生じずに、出射側まで伝搬する。すなわち、各パラメータを上記のように設定することで、第2テーパー部25とすることができる。   FIG. 8 is a diagram illustrating the second tapered portion 25 in which the waveguide width decreases with respect to the propagation direction. For example, in the structure of FIG. 8, when W = 10.2 μm, W1 = 11.0 μm, and Lt2 = 6000 μm, the incident LP21b and LP02 modes propagate to the output side without causing mode coupling with each other. That is, the second tapered portion 25 can be obtained by setting each parameter as described above.

なお、テーパー部2においては、非特許文献7の記載の通り、テーパー比率が異なる2つのテーパー部から構成される2段テーパー構造としてもよい。その場合、非特許文献7にあるとおり各テーパー部の長さを10000μm、4000μmとすることで、テーパー部におけるLP21b及びLP02モードのモード変換を低減することができる。   The tapered portion 2 may have a two-stage tapered structure including two tapered portions having different taper ratios as described in Non-Patent Document 7. In that case, mode conversion of LP21b and LP02 modes in the tapered portion can be reduced by setting the length of each tapered portion to 10000 μm and 4000 μm as described in Non-Patent Document 7.

ここで、上記のようなLP21bとLP02とのモード間でモード結合を生じさせないためのテーパー長については、モードの伝搬計算を行い、モードが変換されない(断熱的変化となる)ように十分テーパー長を長くすればよい。   Here, the taper length for preventing mode coupling between the modes of LP21b and LP02 as described above is sufficiently tapered so that mode propagation calculation is performed and the mode is not converted (adiabatic change). Should be lengthened.

なお、図6に記載されているとおり、W=Hの構造において、ファイバのLP21bモードと実効屈折率が高い方の導波路モードの電界分布が略等しくなり、LP02モードと屈折率が低い方の導波路モードの電界分布が略等しくなるため、ファイバとの接続部端面における導波路構造は、W=Hとすることが望ましい。   As shown in FIG. 6, in the structure of W = H, the electric field distribution of the waveguide mode having a higher effective refractive index is substantially equal to the LP21b mode of the fiber, and the refractive index of the LP02 mode is lower. Since the electric field distribution in the waveguide mode becomes substantially equal, the waveguide structure at the end face of the connection portion with the fiber is preferably W = H.

図9は、モード回転子21の構造を説明する図である。図9(a)は斜視図でり、図9(b)は断面図である。モード回転子21は導波路の一部が欠けている構造である。各パラメータを適切に導波路構造を設計することで、入射したLP11aモードをLP11bモードに、LP11bモードをLP11aモードに変換することができる(例えば、非特許文献8を参照。)。   FIG. 9 is a diagram for explaining the structure of the mode rotor 21. FIG. 9A is a perspective view, and FIG. 9B is a cross-sectional view. The mode rotor 21 has a structure in which a part of the waveguide is missing. By appropriately designing the waveguide structure for each parameter, the incident LP11a mode can be converted into the LP11b mode, and the LP11b mode can be converted into the LP11a mode (see, for example, Non-Patent Document 8).

例えば、図9の構造において、H=10.0μm、W=10.2μm、wt=1.5μm、ht=2.6μm、L=1.0475mmとした場合、入射されたLP11aモードはLP11a及びLP11bモードへパワーが等分岐され、入射されたLP11bモードはLP11a及びLP11bモードへパワーを等分岐される。すなわち、各パラメータを上記のように設定することで、モード回転子21とすることができる。   For example, in the structure of FIG. 9, when H = 10.0 μm, W = 10.2 μm, wt = 1.5 μm, ht = 2.6 μm, L = 1.0475 mm, the incident LP11a modes are LP11a and LP11b. The power is equally branched to the mode, and the incident LP11b mode is equally branched to the LP11a and LP11b modes. That is, the mode rotor 21 can be obtained by setting each parameter as described above.

図10は、モード交換器301の、入射モードに対するモード変換フローを説明する図である。モード交換器301は、入射側から、モード回転子21、第1テーパー部22、第1モード変換部23、第2モード変換部24、第2テーパー部25の順で接続される。モード回転子21がLP11aとLP11bとのモード間でモード結合を生じさせ、導波路幅が大きくなる第1テーパー部22がLP21bとLP021とのモード間でモード結合を生じさせ、第1モード交換部23がLP11aとLP21bとを交換し、第2モード交換部23がLP01とLP11aを交換し、同時にLP11bとLP21aを交換し、導波路幅が小さくなる第2テーパー部25がLP21bとLP02とを交換する。   FIG. 10 is a diagram illustrating a mode conversion flow for the incident mode of the mode exchanger 301. The mode exchanger 301 is connected in the order of the mode rotor 21, the first taper portion 22, the first mode conversion portion 23, the second mode conversion portion 24, and the second taper portion 25 from the incident side. The mode rotor 21 causes mode coupling between the modes of LP11a and LP11b, and the first taper portion 22 whose waveguide width is increased causes mode coupling between the modes of LP21b and LP021, and the first mode switching unit. 23 exchanges LP11a and LP21b, the second mode exchange unit 23 exchanges LP01 and LP11a, and at the same time exchanges LP11b and LP21a. To do.

モード交換器301がモード間光学特性差の低減することを説明する。図11に示すように150km伝送区間に0〜4つのモード交換器301を挿入することを考える。(b)は伝送路の中間点にモード交換器を配置、(c)は50km毎にモード交換器を配置、(d)は37.5km毎にモード交換器を配置、(e)は30km毎にモード交換器を配置している。それぞれの場合について伝送後モード損失差(最大損失差)及びモード依存損失(MDL)を計算した。伝送区間のファイバでの損失を、LP01、LP11a/b、LP21a/b、LP02モードでそれぞれ0.15dB/km、0.18dB/km、0.20dB/km、0.23dB/kmと仮定した。   It will be described that the mode exchanger 301 reduces the difference in optical characteristics between modes. Consider inserting 0 to 4 mode exchangers 301 in the 150 km transmission section as shown in FIG. (B) arranges a mode exchanger at the midpoint of the transmission line, (c) arranges a mode exchanger every 50 km, (d) arranges a mode exchanger every 37.5 km, (e) every 30 km A mode exchanger is arranged in For each case, post-transmission mode loss difference (maximum loss difference) and mode dependent loss (MDL) were calculated. The loss in the fiber in the transmission section was assumed to be 0.15 dB / km, 0.18 dB / km, 0.20 dB / km, and 0.23 dB / km in the LP01, LP11a / b, LP21a / b, and LP02 modes, respectively.

その結果を図12に示す。モード交換器301の挿入数を増やすことで、モード間損失差及びMDLが十分に低減できることがわかる。特に、最大損失差については、交換器を2個挿入するだけで半分以下とすることができている。   The result is shown in FIG. It can be seen that by increasing the number of inserted mode exchangers 301, the inter-mode loss difference and MDL can be sufficiently reduced. In particular, the maximum loss difference can be reduced to less than half by simply inserting two exchangers.

図13は、モード交換器301の入射モードと出射モードとの対応を説明する表である。最右欄はモード交換器301を2つ経由したときの出射モードである。全ての低次側のモード(LP01、LP11a、LP11b)が、少なくとも1回は高次側のモード(LP21a、LP21b、LP02)に変換されることがわかる。また、高次側のモードについては、LP21aは低次側のモードへ変換されないが、LP21bとLP02は低次側のモードへ変換される。   FIG. 13 is a table for explaining the correspondence between the incident mode and the emission mode of the mode exchanger 301. The rightmost column indicates the emission mode when two mode exchangers 301 are passed. It can be seen that all lower-order modes (LP01, LP11a, LP11b) are converted to higher-order modes (LP21a, LP21b, LP02) at least once. As for the higher-order mode, LP21a is not converted to the lower-order mode, but LP21b and LP02 are converted to the lower-order mode.

つまり、モード変換器301を2個挿入し、高次側モードと低次側モードを入れ替えることで、最大損失差を半分以下とすることができた。また、伝送距離の制限を考慮した場合、挿入するモード交換器数は少ない方が良いので、図11のような伝送区間では2つのモード交換器301を挿入することで光学特性の均一化と伝送距離の制限の緩和とを両立できる。   That is, by inserting two mode converters 301 and switching the high-order mode and the low-order mode, the maximum loss difference could be reduced to half or less. Also, considering the limitation of transmission distance, it is better that the number of mode exchangers to be inserted is smaller. Therefore, in the transmission section as shown in FIG. Both relaxation of distance restrictions can be achieved.

(実施例2)
第1の実施例について説明する。図14は本実施例のモード交換器302の構成を説明する図である。モード変換器302は6モード交換器であり、モード変換回路11を備える。モード変換回路は11、
前記導波路の高さ(前記PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部22と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部23と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部24と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部25と、
を備えることを特徴とする。
(Example 2)
A first embodiment will be described. FIG. 14 is a diagram for explaining the configuration of the mode exchanger 302 of this embodiment. The mode converter 302 is a 6-mode exchanger and includes a mode conversion circuit 11. The mode conversion circuit is 11,
The heights of the waveguides (thicknesses of the waveguides in the direction perpendicular to the PLC substrate) are all equal,
A first tapered portion 22 in which the waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes non-adiabatically so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchanging unit 23 for exchanging the LP01 mode and the LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit 24 for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion 25 in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
It is characterized by providing.

第1テーパー部22と第1モード変換部23との間、第1モード変換部23と第2モード変換部24との間、第2モード変換部24と第2テーパー部25との間は直線導波路30で接続される。   A straight line is provided between the first taper part 22 and the first mode conversion part 23, between the first mode conversion part 23 and the second mode conversion part 24, and between the second mode conversion part 24 and the second taper part 25. They are connected by the waveguide 30.

モード変換器302は、図1のモード変換器301のモード回転子21を備えないモード変換器である。第1テーパー部22、第1モード交換部23、第2モード交換部24、第2テーパー部25の構造については、実施例1に記載の構造と同じとする。本構造は、実施例1の構成と比較して、モード交換器が不要であり、より簡易な構成でモード交換器を実現できることが利点である。   The mode converter 302 is a mode converter that does not include the mode rotor 21 of the mode converter 301 of FIG. The structures of the first taper part 22, the first mode exchange part 23, the second mode exchange part 24, and the second taper part 25 are the same as those described in the first embodiment. Compared with the configuration of the first embodiment, this structure does not require a mode exchanger and has an advantage that a mode exchanger can be realized with a simpler configuration.

図15は、モード交換器302の、入射モードに対するモード変換フローを説明する図である。モード交換器302は、入射側から、第1テーパー部22、第1モード交換部23、第2モード交換部24、第2テーパー部25の順で接続される。導波路幅が大きくなる第1テーパー部22がLP21bとLP021とのモード間でモード結合を生じさせ、第1モード交換部23がLP01とLP21bとを交換し、第2モード交換部23がLP01とLP11aを交換し、同時にLP11bとLP21aを交換し、導波路幅が小さくなる第2テーパー部25がLP21bとLP02とを交換する。   FIG. 15 is a diagram illustrating a mode conversion flow for the incident mode of the mode exchanger 302. The mode exchanger 302 is connected from the incident side in the order of the first taper part 22, the first mode exchange part 23, the second mode exchange part 24, and the second taper part 25. The first taper part 22 having a large waveguide width causes mode coupling between the modes of LP21b and LP021, the first mode exchange part 23 exchanges LP01 and LP21b, and the second mode exchange part 23 becomes LP01. The LP 11a is exchanged, and the LP 11b and the LP 21a are exchanged at the same time. The second taper portion 25 having a small waveguide width exchanges the LP 21b and LP02.

モード交換器302がモード間光学特性差の低減することを説明するために、図11に示すように150km伝送区間に0〜4つのモード交換器を挿入することを考える。それぞれの場合について伝送後モード損失差及びモード依存損失(MDL)を計算した。なお、伝送路でのファイバの損失は、実施例1と同じと仮定した。   In order to explain that the mode exchanger 302 reduces the difference in optical characteristics between modes, consider inserting 0 to 4 mode exchangers in the 150 km transmission section as shown in FIG. For each case, post-transmission mode loss difference and mode dependent loss (MDL) were calculated. The fiber loss in the transmission line was assumed to be the same as in the first embodiment.

その結果を図16に示す。モード交換器302の挿入数を増やすことで、モード間損失差及びMDLが十分に低減できることがわかる。特に、最大損失差については、交換器を2個挿入するだけで半分以下とすることができている。   The result is shown in FIG. It can be seen that by increasing the number of inserted mode exchangers 302, the inter-mode loss difference and MDL can be sufficiently reduced. In particular, the maximum loss difference can be reduced to less than half by simply inserting two exchangers.

図17は、モード交換器302の入射モードと出射モードとの対応を説明する表である。最右欄はモード交換器302を2つ経由したときの出射モードである。交換器を2つ経由することで、全ての低次側のモード(LP01、LP11a、LP11b)が、少なくとも1回は高次側のモード(LP21a、LP21b、LP02)に変換されることがわかる。また、高次側のモードについては、LP21bとLP02の一部は低次側のモードへ変換されないが、他は低次側のモードへ変換される。   FIG. 17 is a table for explaining the correspondence between the incident mode and the emission mode of the mode exchanger 302. The rightmost column shows the emission mode when two mode exchangers 302 are passed. It can be seen that all the low-order modes (LP01, LP11a, LP11b) are converted to the high-order modes (LP21a, LP21b, LP02) at least once by passing through two switches. As for the higher-order mode, some of LP21b and LP02 are not converted to the lower-order mode, but others are converted to the lower-order mode.

つまり、モード変換器302を2個挿入し、高次側モードと低次側モードを入れ替えることで、最大損失差を半分以下とすることができた。また、伝送距離の制限を考慮した場合、挿入するモード交換器数は少ない方が良いので、図11のような伝送区間では2つのモード交換器302を挿入することで光学特性の均一化と伝送距離の制限の緩和とを両立できる。   That is, by inserting two mode converters 302 and switching the higher order mode and the lower order mode, the maximum loss difference could be reduced to half or less. Further, considering the limitation of the transmission distance, it is better that the number of mode exchangers to be inserted is smaller. Therefore, in the transmission section as shown in FIG. Both relaxation of distance restrictions can be achieved.

(他の実施例)
本実施例においては、モード数が6である時の例を示したが、一般に導波路を伝搬するモードがnモードであるとき、高次モードと低次モードとを入れ替えることで導波路内でモードが変換する回数mをn−1より少なくし、MDLを低減する効果が同様に見込まれる。
(Other examples)
In the present embodiment, an example in which the number of modes is 6 is shown. However, in general, when the mode propagating through the waveguide is the n mode, the high-order mode and the low-order mode are interchanged in the waveguide. The effect of reducing the MDL by reducing the number m of times the mode is converted to n-1 is also expected.

なお、本明細書においてはSiO系材料(石英系材料)を用いた平面光波回路に関する実施例を記載したが、その材料は当然ほかのものであってもかまわない。たとえば、Si系やInGaAsPなどの半導体、またポリマーなどの有機物を用いた平面光波回路であっても、本明細書記載の実施例と同様の効果を得ることができる。 In the present specification, an example relating to a planar lightwave circuit using a SiO 2 -based material (quartz-based material) has been described, but the material may naturally be other. For example, even in the case of a planar lightwave circuit using a semiconductor such as Si-based or InGaAsP, or an organic material such as a polymer, the same effects as those of the embodiments described in this specification can be obtained.

また、使用する波長帯に関しても、本明細書記載の実施例では1.5〜1.6μm程度としているが、より波長の長い中赤外領域(2μm以上)や可視光帯であっても構わない。   Also, the wavelength band to be used is about 1.5 to 1.6 μm in the examples described in the present specification, but it may be a mid-infrared region (2 μm or more) having a longer wavelength or a visible light band. Absent.

本発明に係るモード交換器は、マルチモード光ファイバを用いたモード多重伝送システムの大容量及び長距離通信に適用することができる。   The mode exchanger according to the present invention can be applied to large capacity and long distance communication of a mode multiplexing transmission system using a multimode optical fiber.

10、11:モード変換回路
21:モード回転子
22:第1テーパー部
23:第1モード変換部
24:第2モード変換部
25:第2テーパー部
30:直線導波路
301、302:モード交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11: Mode conversion circuit 21: Mode rotor 22: 1st taper part 23: 1st mode conversion part 24: 2nd mode conversion part 25: 2nd taper part 30: Linear waveguide 301, 302: Mode exchanger

Claims (4)

n(nは3以上の自然数)モードファイバを伝送路とした伝送システム中に配置されるPLC型のモード交換器であって、
n個のモードが伝搬する導波路で構成され、モードを変換する回数がn−1より少ないモード変換回路を備えており、
前記伝送路に前記モード変換回路が2個以上配置されることにより、
n個のモードのうち、モード次数下位(nが偶数の場合は1次〜n/2次のモード、nが奇数の場合は1次〜n/2+0.5)のモードを、少なくとも1回、モード次数上位(nが偶数の場合はn/2次〜n次のモード、nが奇数の場合はn/2+0.5〜n次)のモードへ変換し、
n個のモードのうち、モード次数上位の少なくとも1つのモードを、少なくとも1回、モード次数下位のモードへ変換すること
を特徴とするモード交換器。
A PLC type mode exchanger arranged in a transmission system using an n (n is a natural number of 3 or more) mode fiber as a transmission path,
a mode conversion circuit including a waveguide through which n modes propagate, the number of times of mode conversion being less than n−1;
By arranging two or more of the mode conversion circuits in the transmission path,
Of the n modes, the mode of the mode lower order (primary to n / 2 order mode when n is an even number, primary to n / 2 + 0.5 when n is an odd number) at least once, The mode order is converted to the higher order mode (when n is an even number, n / 2 order to n order mode, when n is an odd number, n / 2 + 0.5 to n order mode),
A mode exchanger characterized in that at least one mode having a higher mode order among n modes is converted to a mode having a lower mode order at least once.
nが6である場合、前記モード変換回路は、
前記導波路の高さ(PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のモード交換器。
When n is 6, the mode conversion circuit is
The height of the waveguide (the thickness of the waveguide in the direction perpendicular to the substrate of the PLC) is all equal,
A first taper portion in which a waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes in a non-adiabatic manner so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchanging unit for exchanging LP01 mode and LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
The mode exchanger according to claim 1, further comprising:
nが6である場合、前記モード変換回路は、
前記導波路の高さ(PLCの基板に垂直な方向の前記導波路の厚み)が全て等しく、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP11bモードとを結合するモード回転子と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が生じるよう導波路幅(前記PLCの基板に平行な方向の前記導波路の厚み)が非断熱的に変化する第1テーパー部と、
前記導波路を伝搬するLP11aモードとLP21bモードとを交換する第1モード交換部と、
前記導波路を伝搬するLP01モードとLP11aモードとを交換し、同時にLP11bモードとLP21aモードとを交換する第2モード交換部と、
前記導波路を伝搬するE31モードとE13モード間で結合が発生しないよう導波路幅が断熱的に変化する第2テーパー部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載のモード交換器。
When n is 6, the mode conversion circuit is
The height of the waveguide (the thickness of the waveguide in the direction perpendicular to the substrate of the PLC) is all equal,
A mode rotator for coupling the LP11a mode and the LP11b mode propagating in the waveguide;
A first taper portion in which a waveguide width (the thickness of the waveguide in a direction parallel to the PLC substrate) changes in a non-adiabatic manner so that coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating in the waveguide;
A first mode exchange unit for exchanging the LP11a mode and the LP21b mode propagating in the waveguide;
A second mode exchanging unit for exchanging the LP01 mode and the LP11a mode propagating in the waveguide and simultaneously exchanging the LP11b mode and the LP21a mode;
A second taper portion in which the waveguide width adiabatically changes so that no coupling occurs between the E31 mode and the E13 mode propagating through the waveguide;
The mode exchanger according to claim 1, further comprising:
前記第1モード交換部及び前記第2モード交換部の導波路幅が周期Λで周期的に変化しており、周期Λは交換する2つのモードの実効屈折率n1、n2及び使用波長λに対して
を満たすことを特徴とする請求項2又は3のいずれかに記載のモード交換器。
The waveguide widths of the first mode exchange unit and the second mode exchange unit are periodically changed with a period Λ, and the period Λ corresponds to the effective refractive indexes n1 and n2 and the wavelength λ used for the two modes to be exchanged. The
The mode exchanger according to any one of claims 2 and 3, wherein:
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004104782A (en) * 2002-09-04 2004-04-02 Fitel Usa Corp Adjustable dispersion compensator equipped with few mode fibers and switchable mode converters
JP2013205742A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Oki Electric Ind Co Ltd Optical element
JP2013214852A (en) * 2012-04-02 2013-10-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical fiber transmission system and optical fiber transmission method
US20150003772A1 (en) * 2011-07-12 2015-01-01 scott michlas dante lionello Stabilizing apparatus for tremolo system for string instrumen
JP2016082318A (en) * 2014-10-14 2016-05-16 日本電信電話株式会社 Optical transmission system
US20170299812A1 (en) * 2014-11-07 2017-10-19 Huawei Technologies Co., Ltd. Mode converter, multimode waveguide transmission apparatus, and method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004104782A (en) * 2002-09-04 2004-04-02 Fitel Usa Corp Adjustable dispersion compensator equipped with few mode fibers and switchable mode converters
US20150003772A1 (en) * 2011-07-12 2015-01-01 scott michlas dante lionello Stabilizing apparatus for tremolo system for string instrumen
JP2013205742A (en) * 2012-03-29 2013-10-07 Oki Electric Ind Co Ltd Optical element
JP2013214852A (en) * 2012-04-02 2013-10-17 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Optical fiber transmission system and optical fiber transmission method
JP2016082318A (en) * 2014-10-14 2016-05-16 日本電信電話株式会社 Optical transmission system
US20170299812A1 (en) * 2014-11-07 2017-10-19 Huawei Technologies Co., Ltd. Mode converter, multimode waveguide transmission apparatus, and method

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