JP5415614B2 - マルチモード光導体を介して送信局と受信局との間において光学的な情報を伝送するための方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載されている、マルチモード光導体を介して送信局と受信局との間において光学的な情報を伝送するための方法、また、請求項２１の定規概念に記載されている、前述の方法の実施に適した装置に関する。

データ伝送の非常に多岐にわたる目的のためのインフラストラクチャはここ数年発展し続けている。そこでは、データ伝送における帯域幅の増加に対する要求が、伝送技術の技術的な更なる発展に重大な影響を及ぼしている。銅ケーブルネットワークにおける電気的な信号を用いる伝送も、光導体ネットワークにおける光学的な信号を用いる伝送も著しい発展を遂げている。もっとも、これによって付加的に提供される帯域幅でもって達成される増加分は、この増加分によって伝送することができるより多くのデータ量によって繰り返し埋め合わされている。

目下の所、波長多重動作を用いる光学的な伝送システムは、単一の伝送媒体において数百キロの距離にわたり、毎秒数テラビットの総データレートでもってデータストリームを伝送するためにただ一つのアプローチしか提供していない。今日において商業的に使用されているシステムは、グラスファイバ毎に３．２Ｔｂｐｓの容量で動作している。容量に対する需要は、毎年約５０％から１００％増加している。

付加的な波長帯域の使用及び帯域効率の上昇によって、このアプローチにおいて最大限に達成可能な容量を、是認できるコストでもって、およそ係数２０程更に上昇させることができる。容量に対する需要が控え目に見積もって将来においても毎年５０％増加するとしても、８年内にはこの需要を満たすための新たな解決手段が必要となり、毎年１００％増加する場合には既に５年でそのような新たな解決手段が必要となる。

従って、係数２０を遥かに上回る伝送容量の増加を実現する手段が模索されている。

最初のファイバオプティカル伝送システムは、単独の波長又は一つの光学的な支持体でもって動作しており、また３４Ｍｂｐｓの容量を達成していた。データ信号は２レベルの強度変調（送信器のスイッチオンは「１」ビットを表し、スイッチオフは「０」ビットを表す）を用いて媒体に供給されていた。世代毎の伝送容量の増加は、シンボル持続時間を短縮することによって行われていた。シンボル持続時間を短縮することによって、時間単位毎に数ビットの伝送が可能になる。この時間多重動作は、ビットレートを高めるために考えられる一つのアプローチを提供する。今日において商業的に使用されている伝送システムは、電気的な時間多重動作によって、４０Ｇｂｐｓまでのチャネルデータレートを達成している。実験室においては、光学的な時間多重動作を用いて、約１Ｔｂｐｓを上回るチャネルデータレートが実証された。

ファイバ毎の伝送容量の更なる増加は、いわゆる波長多重動作（ＷＤＭ）によって達成することができる。即ち、一つのファイバにおける複数のチャネルの伝送が種々の波長において行われる（図１を参照されたい）。複数の光学的な送信器ＯＳは異なる波長で信号ＴＸを形成する。それらの信号ＴＸは波長マルチプレクサＷＭを用いて統合され、また、それらの信号ＴＸを続いて光学的な増幅器ＯＶ₁．．．ＯＶ_n1において一緒に増幅し、伝送ファイバ区間ＵＥＦ₁．．．ＵＥＦ_nにおいて一緒に伝送することができる。伝送区間の最後においては、波長デマルチプレクサＷＤが伝送された信号ＴＸを再び分離させ、分離されたそれらの信号ＴＸを受信信号ＲＸとして個々の受信器ＯＥに供給する。今日において商業的に使用されているシステムは、ＷＤＭ技術を用いて８０チャネルまでの伝送を行い、これによって４０Ｇｂｐｓのチャネルデータレートでは３．２Ｔｂｐｓの総容量が得られる。８０チャネルのシステムは５０ＧＨｚのチャネル間隔で動作する。このことは、４０Ｇｂｐｓのチャネルデータレートでは０．８ｂｐｓ／Ｈｚの帯域効率に対応する。

偏光多重動作、即ち、長距離トラフィック技術において使用されるモノモードファイバの二つの直交する偏光における独立した二つの信号の伝送は、帯域効率を向上させるための別のアプローチを提供する。この方法によって、同一のチャネルデータレート及び同一の数の波長において伝送容量を二倍にすることができる。

マルチレベル変調方法では帯域効率を更に向上させることができる。これらの方法は、２レベル又はバイナリの強度変調のように、時間単位又はシンボル毎に１ビットしか伝送しないのではなく、複数ビットを伝送する。差動四相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）は、同一のシンボルレートでのシンボル毎の２ビットの伝送によって、バイナリ方式と比較すると、ビットレートを二倍にすることができる。シンボル毎に伝送されるビットの更なる上昇は、同一のチャネル間隔及び同一のシンボルレートにおいて、更に向上した帯域効率を生じさせる。例えば、差動八相位相偏移変調方法Ｄ８ＰＳＫは、シンボル毎に３ビットの伝送を実現する。しかしながら、より高次のレベルの方法ではシンボル間隔が一層小さくなることによって、光学的な信号対雑音比に対する要求が生じるが、この要求を所望の到達範囲のためには殆ど満たすことはできない。更には、より高次のレベルの方法は釣り合いが取れずに伝送ファイバにおける非線形の効果の影響を著しく受け、これによって到達距離は更に制限される。長距離トラフィック技術においては、偏光多重動作と組み合わされた４レベルの変調方法を経路の途中において使用することができる。従って、シンボルレート及びチャネル間隔が同一の場合には、今日使用されている２レベルの変調方法と比較すると、偏光多重動作を使用せずとも、帯域効率を係数４だけ向上させ３．２ｂｐｓ／Ｈｚにすることができる。

付加的なチャネルの伝送によっても同様に伝送容量の増加が実現される。このためには、新規の波長帯域での動作が必要とされるか、今日使用されているＣ帯域が拡張されなければならない。今日使用されている帯域の縁部におけるスペクトル的な減衰の上昇に基づき、その他の点においては同一の伝送方法では、到達距離が短くなる。今日使用されているチャネル数の約５倍までのチャネル数までは、この減衰の上昇を公知の方法によって調整ないし補償することができる。帯域効率の向上と組み合わせた場合、チャネル数を増加させることによってファイバ毎の伝送容量を係数２０程上昇させることができる。しかしながらこの係数は、技術的に著しい手間を掛けることでしか達成されない。固有のファイバを用いる第２の伝送システムの装置も、ケーブル毎の伝送容量を二倍にすることができる。しかしながら、この空間多重のアプローチはコスト的な理由から除外される。

従って今日の展望からは、長距離トラフィック技術において、係数２０を遥かに上回る伝送容量の増加をコストパフォーマンス良く実現することができるアプローチは公知ではない。

このことから本発明の課題は、光学的な波長多重伝送システムの光導体毎の伝送容量を増加させることができる方法及び装置を提供することである。

本発明の課題は、方法に関しては請求項１の上位概念に記載されている構成と関連した請求項１の特徴部分に記載されている構成を備えた方法によって解決され、装置に関しては請求項２１の上位概念に記載されている構成と関連した請求項２１の特徴部分に記載されている構成を備えた装置によって解決される。本発明の別の有利な実施の形態は、従属請求項に記載されている。

本発明によれば、波長多重方法を使用して、マルチモード光導体を介して送信局と受信局との間において光学的な情報を伝送するための方法が提供される。光導体とは、光学的な伝送技術において使用することができる、光波を案内するあらゆる種類のファイバ又は導波路であると解される。この種の冒頭で述べた方法は、複数の光学的な送信器が伝送すべき複数の波長の各々に対してそれぞれ一つの信号を形成し、それらの信号が複数のモードの形でモードマルチプレクサ及び波長マルチプレクサを介して、伝送すべきモードの各々に対して光導体内の固有の伝播可能なモードを有しているマルチモード光導体に入力され、マルチモード光導体を介する信号の伝送、また必要に応じて行われる信号の再生及び／又は増幅の後に、伝送された信号が波長デマルチプレクサを介して同一波長の信号グループに分けられ、モードデマルチプレクサを介して同一のモードの信号に分けられ、続いて、伝送されて多重解除された信号から、マルチモード光導体を介する伝送の際の個々のモード間の過剰結合によって生じている干渉信号が除去されることによって更に発展される。本発明による方法は、一つの光導体において付加的なチャネルを伝送するためにモード多重動作を使用する。従来の波長多重システムはモノモード光導体を用いて動作する。モノモード光導体は単一のモードしか案内しないが、しかしながらこの単一のモードを相互に直交する二つの偏光にする。これは偏光多重動作を使用している。コア直径を拡大することによって、及び／又は、光導体のコアとクラッドの境界における屈折率の急激な変化を高めることによって、ステップ型光導体において案内されるモードの数を増加させることができる。別の屈折率プロフィールにおいても、高まったファイバパラメータＶを用いることによって、案内されるモードの数を増加させることができる。マルチモード光導体は短距離コネクションのために既に使用されている。この用途例においては、個々の信号が伝播可能な全てのモードにおいて一緒に伝送される。これに対して、モード多重動作を含む本発明による方法は、固有の信号又はチャネルを伝送するための伝播能可能な各モードを使用する。本発明による方法では、マルチモード光導体の個々のモードの各々の所期のような励起が、それぞれ一つの固有の信号、モード多重技術における信号の共通の伝送、またそれに続く、モード結合に由来する干渉信号の除去も含めた信号の分離によって行われる。本発明の利点は、モード多重動作を用いることによって、また必要に応じて別の公知の方法も一緒に用いることによって、時間多重動作、波長多重動作、偏光多重動作又はマルチステップ変調方法を組み合わせることによってしか所望の到達距離に関してコスト的に有利に達成できない容量を遥かに超えて伝送容量を増加できることである。

送信側における信号の多重化の順序及び受信側における受信信号の多重解除の順序に関して種々の構成を使用することができる。

第１の実施の形態においては、多重化の際に、伝送すべき波長の各々に関して信号を先ず複数のモードマルチプレクサに入力し、続いて共通の波長マルチプレクサに入力することができる。典型的には、信号がモードマルチプレクサにおける多重化のためにモノモードファイバの基本モードにおいてそれぞれモードマルチプレクサに供給される。モードマルチプレクサにおいては、例えば、電界分布の変換が行われ、この電界分布においては到来する各信号が、モードマルチプレクサの出力側に配置されているマルチモード光導体のそれぞれ一つのモードを励起する。このための前提は、モードマルチプレクサと波長マルチプレクサとの間のマルチモード光導体において、モードマルチプレクサと波長マルチプレクサとの間において伝送されるべき信号と少なくとも同数のモードが伝播可能なことである。続いて、波長マルチプレクサにおいては、種々の波長にある全ての信号グループが単一のマルチモード光導体において、受信局への伝送のために統合され、長距離伝送を予定しているマルチモード光導体に入力され、典型的には、信号の増幅と再生を繰り返しながら比較的長い距離にわたり伝送される。

しかしながら別の実施の形態においては、多重化の際に、伝送すべき波長の各々に関して信号を先ず複数の波長マルチプレクサに入力し、続いて共通のモードマルチプレクサに入力することも考えられる。波長マルチプレクサにおける多重化のために信号がそれぞれ、モノモード光導体の基本モードにおいて波長マルチプレクサに供給され、波長マルチプレクサの後段に接続されているモードマルチプレクサにおいては、マルチモード光導体のモードの励起が、波長マルチプレクサによって形成されたそれぞれの波長グループによって行われる。

相応に、受信側においては多重解除の際に、伝送された信号が先ず波長デマルチプレクサに入力され、続けて、複数のモードデマルチプレクサに入力される。波長デマルチプレクサはチャネルグループを個々の波長に分割し、同一の波長を有するチャネルのそれぞれ一つのグループをマルチモード光導体を介してモードデマルチプレクサに供給し、このモードデマルチプレクサにおいては続いて信号の個々のモードへの分離が行われる。ここでもまた択一的に、モード及び波長の多重解除の順序を、多重解除の際に、伝送された信号が先ずモードデマルチプレクサに入力され、続いて、複数の波長デマルチプレクサに入力されることによって変更することもできる。この場合、モードデマルチプレクサにおいては、信号グループの個々のモードへの分離が行われ、波長デマルチプレクサは個々の波長にある信号への分離を行う。

更に重要であることは、マルチモード光導体を介して送信局と受信局との間において信号を伝送する際に、送信器と受信器との間のマルチモード光導体を介する信号の光学的な増幅及び伝送がマルチモード技術で行われ、それによって、供給された信号に含まれる波長及びモードに関する全ての情報が完全に取得され、受信局へと伝送されることである。

更に有利には、本発明による方法ではステップ光導体が使用され、このステップ光導体においては、コア直径を拡大することによって、及び／又は、コアとクラッドの境界における屈折率の急激な変化を高めることによって、マルチモード光導体において案内されるモードの数が増加している。また択一的には、ファイバパラメータＶの拡大によって、屈折率プロフィールが均一に形成されていない場合でも、マルチモード光導体において案内されるモードの数を増加させることも考えられる。これによって、情報を伝送するために使用されるモードの数を伝送需要又は所要帯域幅に応じて適合させることができる。

更に本発明は、特に請求項１の方法を実施するために、波長多重方法を使用して、マルチモード光導体を介して送信局と受信局との間において光学的な情報を伝送するための装置に関する。この種の装置は、伝送すべき各波長のための複数の光学的な送信器を備えた送信局を有しており、それらの送信器はそれぞれ信号を形成し、それらの信号をモードマルチプレクサ及び波長マルチプレクサを介してマルチモード光導体に入力し、マルチモード光導体は伝送すべきモードの各々に対して、マルチモード光導体において伝播可能な固有のモードを有している。更に装置は複数の光学的な受信器を備えた受信局を有しており、それらの受信器は伝送された信号を、波長デマルチプレクサを介して同一の波長の信号のグループに分け、またモードデマルチプレクサを介して同一のモードの信号に分ける。装置においても、上記において方法に関して既に説明したことと同様に、情報の多重化及び多重解除のために、モードマルチプレクサ及び波長マルチプレクサの種々の装置、又は、モードデマルチプレクサ及び波長デマルチプレクサの種々の装置を使用することが考えられる。

第１の実施の形態においては、送信局が信号を多重化するために、伝送すべき波長又は波長チャネルの各々に対してそれぞれ一つのモードマルチプレクサと、このモードマルチプレクサの出力信号を処理する共通の波長マルチプレクサとを有することができる。択一的に、モードマルチプレクサと波長マルチプレクサの順序を入れ替えることもできるので、その場合には、送信局が信号を多重化するために、伝送すべき波長又は波長チャネルの各々に対してそれぞれ一つの波長マルチプレクサと、この波長マルチプレクサの出力信号を処理する共通のモードマルチプレクサとを有している。

相応のことが受信局にも該当し、この受信局においては信号の多重解除のために、伝送された全ての波長又は波長チャネルに対して共通の一つの波長デマルチプレクサと、波長マルチプレクサの出力信号を処理する複数のモードデマルチプレクサとを使用することができる。ここでもまた択一的に、受信局が信号を多重解除するために、伝送された全ての波長又は波長チャネルに対して共通の一つのモードデマルチプレクサと、モードマルチプレクサの出力信号を処理する複数の波長デマルチプレクサとを有することによって、モードデマルチプレクサと波長デマルチプレクサの順序を入れ替えることができる。

モードマルチプレクサの構成に関しては、このモードマルチプレクサが入力側において、伝送すべき信号チャネルの数に対応する数の屈折率分布型レンズＧＬ_einを有しており、それらの屈折率分布型レンズＧＬ_einはモノモード光導体の基本モードにある信号の電界分布を平行なビームに変換し、また屈折率分布型レンズＧＬ_einの後段にはモード変換器ＭＫが接続されており、このモード変換器ＭＫは、各信号が部分透過性のミラーＴＳにおいて結合され、後段に接続されている屈折率分布型レンズ（ＧＬ_aus）を用いて焦点合わせされた後に、モードマルチプレクサの出力側に配置されているマルチモード光導体の丁度一つのモードをそれぞれ励起するように信号の電界分布を変換する。モード変換器ＭＫにホログラム又は適切な空間フィルタを設けることができ、それらを用いて電界分布の変換が行われる。

モードデマルチプレクサの構成に関しては、モードデマルチプレクサが入力側の屈折率分布型レンズＧＬ_einを有しており、この屈折率分布型レンズＧＬ_einがマルチモード光導体の出力信号を平行なビームに変換し、屈折率分布型レンズＧＬ_einの後段には部分透過性のミラーＴＳが接続されており、この部分透過性のミラーＴＳは平行なビームを倍化してモード変換器ＭＫに供給し、このモード変換器ＭＫがそれぞれ、所望のモードの電界分布を、後段に接続されている屈折率分布型レンズＧＬ_ausにおける焦点合わせの後に出力側のモノモード光導体の基本モードを励起する電界分布へと変換することが考えられる。有利には、モード変換器ＭＫが電界分布の直交性を得るように構成されている。これによって、モードデマルチプレクサが入力側のマルチモード光導体の各モードを、それぞれ丁度一つの出力側のモノモード光導体へと入力結合させることを達成できる。更に、モードデマルチプレクサの後段にクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣを接続することができ、このクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣは伝送区間に沿ったモード結合によって生じた干渉成分を除去する。このクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣは入力端毎に信号の一部を出力し、この信号の一部は、信号の値及び位相に影響を及ぼす係数と乗算され、別の出力側に供給される。

択一的に、モードデマルチプレクサの後段に電気的な構造群を接続することも考えられ、それらの構造群は多重解除された信号から、電気的なレベルへの変換後に、モードデマルチプレクサの出力信号がスーパーヘテロダイン受信器によって同期検波され、続いてディジタル信号に変換されることによって干渉成分を除去する。ここでは電気的な構造群に、ディジタル方式で信号を処理するための手段を設けることができ、それらの手段はクロスモード干渉除去器の原理に従って干渉成分の除去を実施する。

多重解除を行うための前述のやり方に代わるものとして、受信局において、同期検波を行うための光導体装置を、結合ゾーンＫＺを有するマルチモード光導体ＭＭ−ＬＷＬの出力端の後方に配置することができる。結合ゾーンＫＺは複数のモノモード光導体ＳＭ−ＬＷＬへと分岐する。分岐するモノモード光導体ＳＭ−ＬＷＬの数は、マルチモード光導体ＭＭ−ＬＷＬにおいて案内されるモード毎に少なくとも一つのモノモード光導体ＳＭ−ＬＷＬが設けられているように選定される。更には、この実施の形態では、同期検波後に有利にはクロスモード干渉除去器を用いて信号を分離する電気的な回路が設けられていることも考えられる。

更には、結合ゾーンＫＺにレンズ又は他の結像素子、例えば湾曲した鏡又はホログラムを備えたフリージェット装置が設けられていることも考えられる。

更には、モードデマルチプレクサの構成に関して、モードデマルチプレクサが局部発振器ＬＯの信号と検出すべき信号との重畳を実施することができる。このために、例えば屈折率分布型レンズＧＬ_LOが設けられており、この屈折率分布型レンズＧＬ_LOによって局部発振器ＬＯの出力信号が平行なビームに変換され、部分透過性のミラーＴＳにおいて検出すべき信号と統合され、続いて、屈折率分布型レンズＧＬ_ausを用いて二つの信号がモノモード光導体に入力結合される。例えば、屈折率分布型レンズＧＬ_LOを、位相ダイバーシティ及び／又は偏光ダイバーシティを形成するために構成することができる。局部発振器ＬＯの信号を、モードデマルチプレクサにおいて別の信号のビームが案内される平面に対して垂直に供給することもできる。局部発振器ＬＯの信号が部分透過性のミラーＴＳによって分配されて、複数の屈折率分布型レンズＧＬに供給されることも考えられる。

本発明による装置の特に有利な実施の形態を図面に示す。

従来技術による波長多重伝送システムの基本的な構造を示す。 付加的にモード多重動作を使用する波長多重伝送システムを備えた、本発明による装置の基本的な構造を示す。 モードマルチプレクサの考えられる実施の形態を示す。 モードデマルチプレクサの考えられる実施の形態を示す。 局部発振器を備えたモードデマルチプレクサの考えられる実施の形態を示す。 光導体として実施されているモードデマルチプレクサの考えられる実施の形態を示す。

図２には、付加的にモード多重動作を使用する波長多重伝送システムを備えた、本発明による装置の基本的な構造が示されている。

この装置においては、複数の光学的な送信器ＯＳが波長毎にそれぞれ一つの信号ＴＸを形成する。それらの信号ＴＸはそれぞれモノモード光導体１の基本モードにおいて、信号ＴＸの種々の波長領域を管理する複数のモードマルチプレクサＭＭの内の所属のモードマルチプレクサＭＭに供給される。モードマルチプレクサＭＭにおいては、到来する各信号ＴＸのそれぞれが後段に接続されている波長マルチプレクサＷＭへの出力側のマルチモード光導体２のモードを励起するように電界分布の変換が行なわれる。マルチモード光導体２においては、伝送されるべき信号ＴＸの数と少なくとも同数のモードを伝播することができる。マルチモード光導体２は、全てが同一の波長である搬送波を有している、一緒に多重化された信号ＴＸ’を波長マルチプレクサＷＭへと案内する。波長マルチプレクサＷＭにおいては、一緒に多重化された信号ＴＸ’が、別のモードマルチプレクサＭＭに由来する別の波長の信号グループと統合されて、単一のマルチモード光導体３に供給される。このマルチモード光導体３によって更なる伝送区間にわたる伝送が行なわれる。

伝送区間ＵＥＦ₁，ＵＥＦ₂，ＵＥＦ_nにわたる後続の光学的な増幅ＯＶ₁，ＯＶ₂，．．．，ＯＶ_n，ＯＶ_n1は信号ＴＸ''の伝送中に同様にマルチモード技術で行われる。マルチモード光導体３の伝送区間の最後においては、先ず波長デマルチプレクサＷＤが個々の波長の複数のチャネルグループへの分離を行い、同じ波長を有するチャネルのグループをそれぞれマルチモード光導体４においてモードデマルチプレクサＭＤに供給する。モードデマルチプレクサＭＤにおいては信号ＲＸ’の個々のモードへの分離が行われる。伝送中にモード間の過剰結合が生じる可能性があるので、干渉成分が除去されなければならない。その後、個々の信号ＲＸは、ここでは詳細に説明しない更なる処理のために供給される。

モードマルチプレクサＭＭと波長マルチプレクサＷＭの順序又はモードデマルチプレクサＭＤ及び波長デマルチプレクサＷＤの順序を入れ換えることができる。従って、図示していない別の実施の形態においては、先ず、送信局７におけるモノモード技術での波長の統合が複数の波長マルチプレクサＷＭにおいて行われ、その後に初めて、共通のモードマルチプレクサＭＭにおいてそれぞれの波長グループによってマルチモードファイバ２のモードの励起が行われる。受信局６においては、先ず、信号グループが単一のモードデマルチプレクサＭＤにおいて種々のモードに分離され、続いて、複数の波長デマルチプレクサＷＤが信号を個々の波長に分離する。択一的に、モードマルチプレクサＭＭ及び波長マルチプレクサＷＭを一つの共通のユニットにおいて統合することも可能であり、また同様に、モードデマルチプレクサＭＤ及び波長デマルチプレクサＷＤを一つの共通のユニットにおいて統合することも可能である。更には、モード多重動作を偏光多重動作と組み合わせることができる。

図３は、モードマルチプレクサＭＭの考えられる実施の形態及び原理的な構造を示す。モノモード光導体１を介して、モノモード光導体１の基本モードにおいて信号ＴＸの供給が行われる。信号ＴＸの数に対応する複数の屈折率分布型レンズＧＬ_einは、モノモード光導体１の出力側における電界分布を平行なビームに変換する。後段に相応の個数が接続されているモード変換器ＭＫにおいては、各信号ＴＸが部分透過性のミラーＴＳにおいて統合されて、屈折率分布型レンズＧＬ_ausを用いて焦点合わせされた後に、出力側のマルチモード光導体２のそれぞれ丁度１つのモードを励起するように信号の電界分布が変換される。モード変換器ＭＫにおける電界分布の変換を、例えばホログラム又は適切な空間フィルタを用いて行うことができる。

モードデマルチプレクサＭＤの実施例が図４に示されている。図中、マルチモード光導体３は送信局７からの分離すべきモードグループを供給する。マルチモード光導体３の出力信号は、屈折率分布型レンズＧＬ_einを用いて、平行なビームへと変換され、部分透過性のミラーＴＳにおいて倍化され、続いて、モード変換器ＭＫに供給される。モード変換器ＭＫの各々においては、所望のモードの電界分布が、所属の屈折率分布型レンズＧＬ_ausにおける焦点合わせ後に出力側のモノモード光導体４の基本モードを励起させる電界分布に変換される。モード変換器ＭＫが電界分布の直交性を得ると、モードデマルチプレクサＭＤは入力側のマルチモード光導体３の各モードをそれぞれ丁度一つの出力側のモノモード光導体４に入力結合させる。

この選択された実施の形態においては、続いて、伝送区間に沿ったモード結合によって生じる干渉成分の分離がクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣにおいて行われる。このクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣは入力端毎に信号の一部を出力し、この信号の一部を、信号の値及び位相に影響を及ぼす係数と乗算し、別の出力側に供給する。波長にも依存させることができる係数を適切に選択することによって、モード結合によってマルチモード光導体３における伝送経路に沿って分岐に供給された他の信号の成分を分岐毎に除去することができる。

干渉成分の除去は電気的なレベルへの変換後にも行うことができる。このために、詳細には図示していないやり方で、モードデマルチプレクサＭＤの出力信号が、スーパーヘテロダイン受信器によって同期検波され、続いてディジタル信号に変換される。この場合にも同様に、干渉成分の除去をクロスモード干渉除去器ＸＭＩＣの原理に従い行うことができるが、ここではディジタル信号処理部を用いて行われる。

図５に示されているように、同期検波のために必要とされる、局部発振器信号と検出すべき信号との重畳をモードデマルチプレクサＭＤにおいても実施することができる。このために、局部発振器ＬＯの出力信号が屈折率分布型レンズＧＬ_LOにおいて平行なビームに変換され、部分透過性のミラーＴＳ’において検出すべき信号ＧＬ_einと統合される。続いて、屈折率分布型レンズＧＬ_ausを用いて二つの信号のモノモード光導体４への入力結合が行われる。好適には、ここでは図示していない位相ダイバーシティが使用されることが望ましく、また必要に応じて偏光ダイバーシティも使用されることが望ましい。更には、局部発振器ＬＯの信号の供給を図面が示されている平面において行うのではなく、上から、即ち図面の平面に対して垂直に上から行うことができる。局部発振器ＬＯが使用する出力が十分に高い場合には、局部発振器ＬＯの信号を部分透過性のミラーＴＳ’によって分配し、複数の屈折率分布型レンズＧＬ_LOに供給することができる。このようにして、必要とされる局部発振器の信号源の数を、検出されるべき出力信号の数よりも少なくすることができる。

同期検波又はスーパーヘテロダイン受信器を用いるアプローチでは信号の分離を電気的なレベルにおいて行うことができるので、モードデマルチプレクサＭＤとして図６に示されているような配置構成が提供される。マルチモード光導体３の出力端ＭＭ−ＬＷＬの後方には、左から右に向かって結合ゾーンＫＺが続いている。この結合ゾーンＫＺは最終的に領域ＳＭ−ＬＷＬにおいて複数のモノモード光導体５へと移行する。分岐するモノモード光導体５の数は、マルチモード光導体３において案内されるモード毎に少なくとも一つのモノモード光導体５が設けられているように選定されなければならない。

この装置においては、マルチモード光導体３における一つのモードに属する電界分布が一般的に複数のモノモード光導体５の基本モードを励起する。従って、同期検波が行われた後に電気的なレベルにおいて信号の分離を行わなければならない。この分離を例えば、クロスモード干渉除去器ＸＭＩＣを用いて行うことができる。

結合ゾーンＫＺにおける光導体装置の代わりに、レンズ又は他の結像素子、例えば湾曲したミラー又はホログラムを備えたフリージェット装置も使用することができる。

場合によっては、この種の装置は、送信側におけるマルチモード光導体３においてモードを励起するためのモードマルチプレクサＭＭとしても適している。

モード多重方法は、グラスファイバを基礎とする伝送にのみ適しているのではなく、複数の直交モードを伝播できるものであれば別のタイプの光導体、例えば平坦な光導体３にも適している。

更には、伝送を純粋に受動的に行うこともできる。即ち、伝送されるモード多重信号を光学的に増幅することなく伝送を行うこともできる。

Claims (43)

1. 波長多重方法を使用して、マルチモード光導体（３）を介して送信局（７）と受信局（６）との間において光学的な情報を伝送するための方法において、
   複数の光学的な送信器（ＯＳ）が伝送すべき複数の波長の各々に対してそれぞれ一つの信号（ＴＸ）を形成し、該信号（ＴＸ）を複数のモードの形で、モードマルチプレクサ（ＭＭ）及び波長マルチプレクサ（ＷＭ）を介して、伝送すべきモードの各々に対して前記マルチモード光導体（３）内の固有の伝播可能なモードを有している前記マルチモード光導体（３）に入力し、
   前記マルチモード光導体（３）を介する前記信号の伝送後に、並びに、必要に応じて行われる前記信号の再生及び／又は増幅の後に、伝送された前記信号を波長デマルチプレクサ（ＷＤ）を介して同一波長の信号グループに分離し、モードデマルチプレクサ（ＭＤ）を介して同一のモードの信号に分離し、
   伝送されて多重解除された信号（ＲＸ）から、前記マルチモード光導体（３）を介する伝送の際の個々のモード間の過剰結合によって生じている干渉信号を除去することを特徴とする、光学的な情報を伝送するための方法。
2. 多重化の際に、伝送すべき波長の各々に関して前記信号（ＴＸ）を先ず複数のモードマルチプレクサ（ＭＭ）に入力し、続いて共通の波長マルチプレクサ（ＷＭ）に入力する、請求項１に記載の方法。
3. 前記信号（ＴＸ）をそれぞれ、前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）における多重化のために、モノモード光導体（１）の基本モードにおいて前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）に供給するか、又は、フリージェットの形で前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）に供給する、請求項２に記載の方法。
4. 前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）において、到来する各信号（ＴＸ）が前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）の出力側に配置されているマルチモード光導体（３）のそれぞれ一つのモードを励起する電界分布の変換を行なう、請求項３に記載の方法。
5. モードマルチプレクサ（ＭＭ）と波長マルチプレクサ（ＷＭ）との間の前記マルチモード光導体（３）においては、モードマルチプレクサ（ＭＭ）と波長マルチプレクサ（ＷＭ）との間において伝送されるべき信号（ＴＸ）と少なくとも同数のモードを伝播可能である、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記マルチモード光導体（３）はモードマルチプレクサ（ＭＭ）と波長マルチプレクサ（ＷＭ）との間において、全て同一の波長を有しているキャリア信号を介して、一緒に多重化された信号を伝送する、請求項５に記載の方法。
7. 単一のマルチモード光導体（３）において前記受信局（６）への伝送を行なうために、異なる波長の全ての信号グループを前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）において統合する、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 多重化の際に、伝送すべき波長の各々に関して前記信号（ＴＸ）を先ず波長マルチプレクサ（ＷＭ）に入力し、続いて共通のモードマルチプレクサ（ＭＭ）に入力する、請求項１に記載の方法。
9. 前記信号（ＴＸ）をそれぞれ、前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）における多重化のために、モノモード光導体（１）の基本モードにおいて前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）に供給するか、又は、フリージェットの形で前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）に供給する、請求項８に記載の方法。
10. 前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）の後段に接続されている前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）において、前記波長マルチプレクサ（ＷＭ）によって形成されるそれぞれの波長グループによって、マルチモード光導体（３）のモードを励起する、請求項９に記載の方法。
11. 多重解除の際に、伝送された前記信号を先ず波長デマルチプレクサ（ＷＤ）に入力し、続けて、複数のモードデマルチプレクサ（ＭＤ）に入力する、請求項１に記載の方法。
12. 前記波長デマルチプレクサ（ＷＤ）によって個々の波長にあるチャネルグループを分離し、同一の波長を有する複数のチャネルのそれぞれ一つのグループをマルチモード光導体（４）を介して前記モードデマルチプレクサ（ＭＭ）に供給する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）において前記信号を個々のモードに分離する、請求項１１又は１２に記載の方法。
14. 多重解除の際に、伝送された前記信号を先ずモードデマルチプレクサ（ＭＤ）に入力し、続けて、複数の波長デマルチプレクサ（ＷＤ）に入力する、請求項１に記載の方法。
15. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）において信号グループを個々のモードに分離する、請求項１４に記載の方法。
16. 前記波長デマルチプレクサ（ＷＤ）において個々の波長にある信号を分離する、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. マルチモード光導体（３）を介する送信局（７）と受信局（６）との間での前記信号の光学的な増幅及び伝送をマルチモード技術で行なう、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記マルチモード光導体（３）においては、コア直径を拡大することによって、及び／又は、コアとクラッドの境界における屈折率の急激な変化を高めることによって、ステップ光導体（３）において案内されるモードの数が増加している、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記マルチモード光導体（３）においては、ファイバパラメータ（Ｖ）の拡大によって、屈折率プロフィールが均一に形成されていない場合でも、案内されるモードの数が増加している、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の方法。
20. 送信局（７）と受信局（６）との間の前記マルチモード光導体（３）の伝播可能な各モードを、必要に応じて偏光多重動作と組み合わせて、固有の信号（ＴＸ）又はチャネルの伝送に使用する、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 特に請求項１記載の方法を実施するために波長多重方法を使用して、マルチモード光導体（３）を介して送信局（７）と受信局（６）との間において光学的な情報を伝送するための装置において、
    前記装置は、伝送すべき各波長のための複数の光学的な送信器（ＯＳ）を備えた送信局（７）を有しており、前記送信器（ＯＳ）はそれぞれ信号（ＴＸ）を形成し、該信号（ＴＸ）をモードマルチプレクサ（ＭＭ）及び波長マルチプレクサ（ＷＭ）を介して前記マルチモード光導体（３）に入力し、前記マルチモード光導体（３）は伝送すべきモードの各々に対して、前記マルチモード光導体（３）において伝播可能な固有のモードを有しており、
    前記装置は、複数の光学的な受信器（ＯＥ）を備えた受信局（６）を有しており、前記受信器（ＯＥ）は伝送された信号（ＲＸ）を、波長デマルチプレクサ（ＷＤ）を介して同一の波長の信号のグループに分離し、モードデマルチプレクサ（ＭＤ）を介して同一のモードの信号に分離することを特徴とする、光学的な情報を伝送するための装置。
22. 前記送信局（７）は前記信号（ＴＸ）を多重化するために、伝送すべき波長又は波長チャネルの各々に対してそれぞれ一つのモードマルチプレクサ（ＭＭ）と、該モードマルチプレクサ（ＭＭ）の出力信号（ＴＸ’）を処理する共通の波長マルチプレクサ（ＷＭ）とを有している、請求項２１に記載の装置。
23. 前記送信局（７）は前記信号（ＴＸ）を多重化するために、伝送すべき波長又は波長チャネルの各々に対してそれぞれ一つの波長マルチプレクサ（ＷＭ）と、該波長マルチプレクサ（ＷＭ）の出力信号（ＴＸ’）を処理する共通のモードマルチプレクサ（ＭＭ）とを有している、請求項２１に記載の装置。
24. 前記受信局（６）は前記信号（ＲＸ）の多重解除のために、伝送された全ての波長又は波長チャネルに対して、共通の波長デマルチプレクサ（ＷＤ）と、該波長デマルチプレクサ（ＷＤ）の出力信号（ＲＸ）を処理する複数のモードデマルチプレクサ（ＭＤ）とを有している、請求項２１に記載の装置。
25. 前記受信局（６）は前記信号（ＲＸ）の多重解除のために、伝送された全ての波長又は波長チャネルに対して、共通のモードデマルチプレクサ（ＭＤ）と、該モードデマルチプレクサ（ＭＤ）の出力信号（ＲＸ）を処理する複数の波長デマルチプレクサ（ＷＤ）とを有している、請求項２１に記載の装置。
26. 前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）は入力側において、伝送すべき信号チャネルの数に対応する数の複数の屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）を有しており、該屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）はモノモード光導体（１）の基本モードにある前記信号（ＴＸ）の電界分布を平行なビームに変換し、
    前記屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）の後段にはモード変換器（ＭＫ）が接続されており、該モード変換器（ＭＫ）は、各信号が部分透過性のミラー（ＴＳ）において結合され、後段に接続されている屈折率分布型レンズ（ＧＬ_aus）を用いて焦点合わせされた後に、前記モードマルチプレクサ（ＭＭ）の出力側に配置されているマルチモード光導体（２）の丁度一つのモードをそれぞれ励起するように前記信号（ＴＸ）の前記電界分布を変換する、請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の装置。
27. 前記モード変換器（ＭＫ）に、前記電界分布の変換を行なうホログラム又は適切な空間フィルタが設けられている、請求項２６に記載の装置。
28. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）は入力側の屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）を有しており、該屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）が前記マルチモード光導体（３）の出力信号を平行なビームに変換し、
    前記屈折率分布型レンズ（ＧＬ_ein）の後段には部分透過性のミラー（ＴＳ）が接続されており、該部分透過性のミラー（ＴＳ）は前記平行なビームを倍化してモード変換器（ＭＫ）に供給し、該モード変換器（ＭＫ）はそれぞれ、所望のモードの電界分布を、後段に接続されている屈折率分布型レンズ（ＧＬ_aus）における焦点合わせの後に出力側のモノモード光導体（４）の基本モードを励起する電界分布へと変換する、請求項２１，２４または２５に記載の装置。
29. 前記モード変換器（ＭＫ）は前記電界分布の直交性を得るように構成されている、請求項２８に記載の装置。
30. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）は入力側の前記マルチモード光導体（３）の各モードをそれぞれ丁度一つの出力側のモノモード光導体（４）に入力結合させる、請求項２８又は２９に記載の装置。
31. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）の後段にクロスモード干渉除去器（ＸＭＩＣ）が接続されており、該クロスモード干渉除去器（ＸＭＩＣ）は伝送区間（３）に沿ったモード結合によって生じた干渉成分を除去する、請求項２８乃至３０のいずれか一項に記載の装置。
32. 前記クロスモード干渉除去器（ＸＭＩＣ）は入力端毎に前記信号の一部を出力し、該信号の一部を、前記信号の値及び位相に影響を及ぼす係数と乗算し、別の出力側に供給する、請求項３１に記載の装置。
33. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）の後段に電気的な構造群が接続されており、該構造群は多重解除された信号から、電気的なレベルへの変換後に、前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）の出力信号がスーパーヘテロダイン受信器によって同期検波され、続いてディジタル信号に変換されることによって干渉成分を除去する、請求項２８乃至３２のいずれか一項に記載の装置。
34. 前記電気的な構造群に、ディジタル方式で信号を処理するための手段が設けられており、該手段は前記クロスモード干渉除去器の原理に従って前記干渉成分の除去を実施する、請求項３３に記載の装置。
35. 同期検波のための光導体装置が、結合ゾーン（ＫＺ）を有する前記マルチモード光導体（３）の出力端（ＭＭ−ＬＷＬ）の後方に配置されており、前記結合ゾーン（ＫＺ）は複数のモノモード光導体（ＳＭ−ＬＷＬ）へと分岐している、請求項２１乃至２７のいずれか一項に記載の装置。
36. 分岐するモノモード光導体（ＳＭ−ＬＷＬ）の数は、前記マルチモード光導体（ＭＭ−ＬＷＬ）において案内されるモード毎に少なくとも一つのモノモード光導体（ＳＭ−ＬＷＬ）が設けられているように選定されている、請求項３５に記載の装置。
37. 同期検波後に有利にはクロスモード干渉除去器（ＸＭＩＣ）を用いて信号を分離する電気的な回路が設けられている、請求項３５又は３６に記載の装置。
38. 前記結合ゾーン（ＫＺ）にレンズ又は他の結像素子、例えば湾曲した鏡又はホログラムを備えたフリージェット装置が設けられている、請求項３５乃至３７のいずれか一項に記載の装置。
39. 前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）は局部発振器（ＬＯ）の信号と検出すべき信号との重畳を実施する、請求項２８乃至３４のいずれか一項に記載の装置。
40. 屈折率分布型レンズ（ＧＬ_LO）が設けられており、該屈折率分布型レンズ（ＧＬ_LO）は前記局部発振器（ＬＯ）の出力信号を平行なビームに変換し、部分透過性のミラー（ＴＳ）において検出すべき信号と統合し、続いて、屈折率分布型レンズ（ＧＬ_aus）を用いて二つの信号のモノモード光導体への入力結合が行なわれる、請求項３９に記載の装置。
41. 前記装置は、位相ダイバーシティ及び／又は偏光ダイバーシティを実現する、請求項４０に記載の装置。
42. 前記局部発振器（ＬＯ）の信号を、前記モードデマルチプレクサ（ＭＤ）において別の信号のビームが案内される平面に対して垂直に供給する、請求項３９乃至４１のいずれか一項に記載の装置。
43. 前記局部発振器（ＬＯ）の信号を部分透過性のミラー（ＴＳ）を用いて分割し、複数の屈折率分布型レンズ（ＧＬ_LO）に供給する、請求項３９乃至４２のいずれか一項に記載の装置。

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