JP5753112B2 - マルチモード光伝送システム及びマルチモード光伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、通信用マルチモード光ファイバによる高次モードを利用したマルチモード光伝送システム及び方法に関するものである。

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、伝送の大容量化および長距離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、２に示すように大コアファイバが検討されている。

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、光ファイバ内の複数のモードを利用し、無線での大容量化技術であるＭｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術を光ファイバ伝送に適用する試みが行われている（例えば、非特許文献３、４）。

光ＭＩＭＯ技術は伝送媒体として多モード光ファイバを用い、伝送容量を拡大できるとともに、先に述べた大コア光ファイバで制限要因であった単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化が可能であることも特徴である。

光ＭＩＭＯを用いた光ファイバ伝送では、モード間の群遅延差が大きくなると、信号の復元に必要なデジタル処理が複雑になり、伝送距離が数十ｋｍに制限されている。そこで、モード間の群遅延差の小さい光ファイバの利用が提案されている（例えば、非特許文献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． Ｋ．Ｍｕｋａｓａ， Ｋ．Ｉｍａｍｕｒａ， Ｒ．Ｓｕｇｉｚａｋｉ ａｎｄ Ｔ．Ｙａｇｉ，"Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｍｅｒｉｔｓ ｏｎ ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｕｓｉｎｇ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｏｌｉｄ ＳＭＦｓ ｗｉｔｈ Ａｅｆｆ ｏｆ １６０μｍ２ ａｎｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ０．１７５ｄＢ／ｋｍ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ｌａｒｇｅ−Ａｅｆｆ ｈｏｌｅｙ ｆｉｂｅｒｓ ｅｎａｂｌｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ６００ｎｍ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ"，ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＦＣ２００８，ＯＴｈＲ１，Ｆｅｂ．２００８． Ａｋｈｉｌ Ｒ．Ｓｈａｈ， Ｒｉｃｋ Ｃ．Ｊ．Ｈｓｕ， Ａｌｉｒｅｚａ Ｔａｒｉｇｈａｔ， Ａｌｉ Ｈ．Ｓａｙｅｄ，ａｎｄ Ｂａｈｒａｍ Ｊａｌａｌｉ，"Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ ＭＩＭＯ（ＣＯＭＩＭＯ）"，Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．２３，２４１０−（２００５） Ｂ．Ｃ．Ｔｈｏｍｓｅｎ，"ＭＩＭＯ Ｅｎａｂｌｅｄ ４０ Ｇｂ／ｓ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｍｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ"，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１０），ｐａｐｅｒ ＯＴｈＭ６． Ｅｚｒａ Ｉｐ， Ｎｅｎｇ Ｂａｉ， Ｙｕｅ−Ｋａｉ Ｈｕａｎｇ， Ｅｄｕａｒｄｏ Ｍａｔｅｏ， Ｆａｔｉｈ Ｙａｍａｎ， Ｍｉｎｇ−Ｊｕｎ Ｌｉ， Ｓｃｏｔｔ Ｂｉｃｋｈａｍ，Ｓｅｒｇｅｙ Ｔｅｎ， Ｊｅｓｕｓ Ｌｉｎａｒｅｓ， Ｃａｒｌｏｓ Ｍｏｎｔｅｒｏ， Ｖｉｃｅｎｔｅ Ｍｏｒｅｎｏ， Ｘｅｓｕｓ Ｐｒｉｅｔｏ，Ｖｉｎｃｅｎｔ Ｔｓｅ，Ｋｉｔ Ｍａｎ Ｃｈｕｎｇ，Ａｌａｎ Ｌａｕ，Ｈｗａ−Ｙａｗ Ｔａｍ，Ｃｈａｏ Ｌｕ，Ｙａｎｈｕａ Ｌｕｏ，Ｇａｎｇ−Ｄｉｎｇ Ｐｅｎｇ ａｎｄ Ｇｕｉｆａｎｇ Ｌｉ "８８×３×１１２−Ｇｂ／ｓ ＷＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ５０ｋｍ ｏｆ Ｔｈｒｅｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｎｌｉｎｅ Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ"，ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（ＥＣＯＣ），ｐａｐｅｒ Ｔｈ．１３．Ｃ．２． Ｍ．Ｔａｙｌｏｒ，"Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ"，ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ／Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ， Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２００６），ｐａｐｅｒ ＣＴｈＢ１．

しかしながら、非特許文献５では利用するモードが２モードに限られており、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送の多重数の拡張性および広帯域性に課題があった。

そこで、上記課題を解決すべく、本発明は、光ＭＩＭＯ技術において複数のモードを使用して光ファイバ伝送の多重数の拡張性および広帯域性を改善し、且つデジタル信号処理の負荷を低減することが可能なマルチモード光伝送システム及びマルチモード光伝送方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、３以上のモードを有するマルチモード光ファイバを用いるとともに、当該マルチモード光ファイバで伝搬できる高次モードのうち基本モードとの群遅延差が小さい高次モードを複数選択して光信号を伝搬することとした。

具体的には、本発明に係るマルチモード光伝送システムは、コヒーレント変調信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
前記コヒーレント変調信号光をコヒーレント受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記光送信機と前記光受信機との間を接続する伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバと、
前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記コヒーレント変調信号光に含まれる複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振機と、
前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理機と、
を備える。

また、本発明に係るマルチモード光伝送方法は、コヒーレント変調信号光をＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機で送信する光送信手順と、
伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバを伝搬した前記コヒーレント変調信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機でコヒーレント受信する光受信手順と、
前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理手順と、
前記光送信手順時に、前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記コヒーレント変調信号光に含まれる複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振手順と、
を行う。

高次モードと基本モードとの群遅延差は、高次モードが高次になるほど大きくなる。そこで、所定の高次モードより低次側にある高次モードを選択し、高次側にある高次モードを排除するように励振することで、全ての高次モードを励振するよりモード間の群遅延差を小さくすることができ、デジタル信号処理の負荷を低減することができる。また、光ＭＩＭＯ技術において使用するモードが２モードに限定されないため、多重数の拡張性および広帯域性を改善することができる。

従って、本発明は、光ＭＩＭＯ技術において複数のモードを使用して光ファイバ伝送の多重数の拡張性および広帯域性を改善し、且つデジタル信号処理の負荷を低減することが可能なマルチモード光伝送システム及びマルチモード光伝送方法を提供することができる。

本発明に係るマルチモード光伝送システムの前記選択的モード励振機は、前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択することを特徴とする。

また、本発明に係るマルチモード光伝送方法の前記選択的モード励振手順では、前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択することを特徴とする。

マルチモード光ファイバの入射端におけるコヒーレント変調信号光のスポットサイズやオフセットを調整することで所望の高次モードの選択ができる。

本発明に係るマルチモード光伝送システムの前記選択的モード励振機は、
前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を平行光にするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズからの平行光を前記マルチモード光ファイバの入射端に集光する集光レンズと、
を有する構成である。

また、本発明に係るマルチモード光伝送方法の前記選択的モード励振手順では、コリメートレンズで、前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を平行光にし、集光レンズで、前記コリメートレンズからの平行光を前記マルチモード光ファイバの入射端に集光する。

本発明に係るマルチモード光伝送システムの前記選択的モード励振機は、一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバであり、前記一端が前記シングルモード光ファイバに接続され、前記他端が前記マルチモード光ファイバに接続されている構成でもよい。

また、本発明に係るマルチモード光伝送方法の前記選択的モード励振手順では、一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバを用いて、前記一端を前記シングルモード光ファイバに接続し、前記他端を前記マルチモード光ファイバに接続してもよい。

本発明は、光ＭＩＭＯ技術において複数のモードを使用して光ファイバ伝送の多重数の拡張性および広帯域性を改善し、且つデジタル信号処理の負荷を低減することが可能なマルチモード光伝送システム及びマルチモード光伝送方法を提供することができる。

本発明に係るマルチモード多重伝送システムの一例を説明する図である。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機の一例を説明する図である。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機の一例を説明する図である。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機において調整するオフセットとモード番号ごとの結合効率を示した図である。（ａ）はオフセット０μｍ、（ｂ）はオフセット５μｍ、（ｃ）はオフセット１０μｍのデータである。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機において調整するスポットサイズとモード番号ごとの結合効率を示した図である。（ａ）はスポットサイズ２．５μｍ、（ｂ）はスポットサイズ７．５μｍ、（ｃ）はスポットサイズ１２．５μｍのデータである。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機においてスポットサイズ調整を行ったときのインパルス応答を示した図である。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムにおいて波長におけるインパルス応答を示した図である。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムの選択的モード励振機においてスポットサイズ調整による選択的励振法を行った光ＭＩＭＯ伝送実験系を説明する図である。本図において、ＳＭＣはシングルモードカプラ、ＭＭＣはマルチモードカプラを意味している。 本発明に係るマルチモード多重伝送システムにおける復元信号のコンスタレーションを説明する図である。

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。

図１は、本実施形態のマルチモード多重伝送システム３０１の概略図である。マルチモード多重伝送システム３０１は、コヒーレント変調信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機１１と、
コヒーレント変調信号光をコヒーレント受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機１２と、
光送信機１１と光受信機１２との間を接続する伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバ１３と、
光送信機１１から出射されシングルモード光ファイバ２０を伝送されたコヒーレント変調信号光をマルチモード光ファイバ１３に入力する際に、コヒーレント変調信号光に含まれる複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振機１４と、
光受信機１２が受信したＭ個の受信信号から光送信機１１が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理機１５と、
を備える。

Ｎ個の送信機１１から出力されるＮ種の送信信号は、シングルモード光ファイバ２０を伝搬し、合波器２１において合波される。合波された信号光はマルチモード光ファイバ１３中に入射され、出射側に設置された分波器２２においてＭポートに分波される。例えば、マルチモード光ファイバ１３は、コア径５０μｍの一般的なグレーデッド型屈折率分布を持つ光ファイバである。

分波されたＭ種の信号光はＭ個の受信機１２で受信され、後段に設置された信号処理機１５でＮ種の送信信号に復元される。例えば、信号処理機１５はＦＩＲフィルタである。ＦＩＲフィルタは、マルチモード光ファイバ１３の伝送中で受けた信号光の信号劣化を補償することができる。マルチモード多重伝送システム３０１の構成はＮ入力Ｍ出力のＭＩＭＯ伝送であり、Ｎ種の信号の並列伝送が可能である。なお、ＦＩＲフィルタは、波長分散、偏波分散、モード分散の補償も可能である。

また、受信機１２は、受信信号の電界振幅・位相情報を取得するために、局発光源、９０°ハイブリッド、バランスレシーバ、アナログデジタルコンバータ、計算機で構成される（例えば、非特許文献６参照。）。

ＦＩＲフィルタは、上述のように、光ファイバ中で発生する線形歪を補償することができ、タップの遅延量・係数を適切に設定することで、光ファイバ中で発生する他送信機からの混信、波長分散、偏波分散、モード分散による信号劣化を補償することができる。ただし、モード分散の場合、基本モードと高次モードとの群遅延差が大きくなると、補償に必要な計算量が膨大になるため、群遅延差を小さくする必要がある。

そこで、マルチモード多重伝送システム３０１は、それぞれの送信機１１の後段に選択的モード励振機１４を配置している。高次モードは、低次であるほど遅延量が小さく（基本モードとの群遅延差が小さい）、高次であるほど遅延量が大きく（基本モードとの群遅延差が大きい）なる。選択的モード励振機１４は、低遅延である低次側にある高次モードを選択して励振し、伝搬モードとして利用することが可能である。

さらに詳細に説明すると、選択的モード励振機１４は、マルチモード光ファイバ１３の入射端におけるコヒーレント変調信号光のスポットサイズ及びマルチモード光ファイバ１３の入射端の中心軸に対するコヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることで所望の高次モードを選択する。

図２は、選択的モード励振機１４の一例である空間レンズ系の構成である。選択的モード励振機１４は、シングルモード光ファイバ２０を伝送されたコヒーレント変調信号光を平行光にするコリメートレンズ３１と、コリメートレンズ３１からの平行光をマルチモード光ファイバ１３の入射端に集光する集光レンズ３２と、を有する。

図２の構成の選択的モード励振機１４を採用した場合、光送信機１１、シングルモード光ファイバ２０、空間レンズ系の選択的モード励振機１４、マルチモード光ファイバ１３の順に接続する。マルチモード光ファイバ１３は遅延の大きい高次モードを有するため、全モードのうち低遅延な高次モード（低次側にある高次モード）を選択して励振し、伝搬モードとして利用する必要がある。具体的には、選択的モード励振機１４は、コリメートレンズ３１と集光レンズ３２との相対位置や、集光レンズ３２が集光した信号光の位置とマルチモード光ファイバ１３の端面の相対位置を調整し、適切なスポットサイズ（光強度が中心の１／ｅ^２になる点とビーム中心との距離）とオフセット（ファイバ中心からの軸ずれ量）を与えることで、所望の高次モードを選択する。

なお、空間レンズ系の選択的モード励振機１４は、シングルモード光ファイバ２０からの伝搬する信号光をマルチモード光ファイバ１３に伝搬するような、スポットサイズを拡大する機能を有するレンズであれば良く、レンズの構成及び枚数は図２に示す内容に限られず、枚数は１枚でも良く、また３枚以上で構成されても良い。

なお、選択的モード励振機１４は、図３に示すテーパ型光ファイバ３３としても空間レンズ系と同様の働きを行うことが可能である。すなわち、選択的モード励振機１４は、一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバ３３であり、前記一端がシングルモード光ファイバ２０に接続され、他端がマルチモード光ファイバ１３に接続されている。選択的モード励振機１４は、テーパ型光ファイバ３３のコアサイズを調整する（選定する）ことでスポットサイズを決定することができる。また、テーパ型光ファイバ３３とマルチモード光ファイバ１３との軸ずれを利用してオフセットを調整することができる。

図４は、スポットサイズを４．５μｍにし、オフセットを変化させた時の励振されるモードのモード番号と光ファイバへの結合効率の変化を計算したものである。なお、光ＭＩＭＯ伝送ではモードを利用するため、２入力２出力の光ＭＩＭＯ伝送を実現するためには最低限２モード励振する必要がある。ここで、波長１５５０ｎｍにおいて、結合効率の値が５％以上となったときにモードが励振されているとみなす場合、図４（ａ）の場合（オフセットが０μｍの場合）は２モードが励振されているが、図４（ｂ）の場合（スポットサイズが５μｍの場合）は４モードが励振され、そして図４（ｃ）の場合（スポットサイズが１０μｍの場合）は５モードが励振されている様子がわかる。つまり、オフセットが５μｍや１０μｍの場合、高次側の高次モードが励振し、最大遅延量が大きくなり、デジタル信号処理の負荷が増大することになる。２入力２出力の光ＭＩＭＯ伝送を実現するためには、オフセットが５μｍや１０μｍは好ましくなく、オフセット０μｍが好ましいことがわかる。

図５は、オフセットを０μｍにし、スポットサイズを変化させた時の励振されるモードのモード番号と光ファイバへの結合効率の変化を計算したものである。ここで、波長１５５０ｎｍにおいて、結合効率の値が５％以上となったときにモードが励振されているとみなす場合、図５（ａ）の場合（スポットサイズが２．５μｍの場合）は５モードが励振されているが、図５（ｂ）の場合（スポットサイズが７．５μｍの場合）は１モードが励振され、そして図５（ｃ）の場合（スポットサイズが１２．５μｍの場合）は２モードが励振されている様子がわかる。つまり、スポットサイズ７．５μｍの場合は伝搬モードが１モードのみで複数のモードが存在しないため２入力２出力の光ＭＩＭＯ伝送の実現が不可能である。またスポットサイズが２．５μｍの場合は高次側の高次モードまで励振され、最大遅延量が大きくなり、デジタル信号処理の負荷が増大することになる。よって、２入力２出力の光ＭＩＭＯ伝送を実現するためには、スポットサイズ１２．５μｍが好ましいことがわかる。

以上のように、オフセットとスポットサイズを適宜調整することで、光ＭＩＭＯ伝送に必要なモード数を調整することができることがわかる。さらに、後段の信号処理機１５での補償に必要な計算量を考慮して、オフセットとスポットサイズを適宜調整し、適当な計算量に収めることも可能である。

図６は、光ＭＩＭＯ伝送システムであるマルチモード多重伝送システム３０１の選択的モード励振機１４においてオフセットを０μｍにし、スポットサイズを調整した時のインパルス応答の結果を説明する図である。このマルチモード多重伝送システム３０１はＮ＝２、Ｍ＝２であり、波長１５５０ｎｍの光をＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６５１に準拠したグレーデッドインデックス型のマルチモード光ファイバ１３を２０ｋｍ伝搬させている。

図６は、選択的モード励振機１４においてスポットサイズを調整し、遅延の小さいモード、即ち低次側の高次モードから順に３つの高次モードを選択し、マルチモード光ファイバ１３を伝搬させていることを示している。この結果は、スポットサイズを調整することで伝搬するモード数を制御することが可能であることを示している。

図７は、光ＭＩＭＯ伝送システムであるマルチモード多重伝送システム３０１において各波長帯でのインパルス応答の結果を説明する図である。このマルチモード多重伝送システム３０１は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｇ．６５１に準拠したグレーデッドインデックス型のマルチモード光ファイバ１３を１０ｋｍに対して、Ｓバンド、Ｃバンド、Ｌバンドの波長帯の光を伝搬させている。図７より、１４５０ｎｍ〜１６３０ｎｍの間の波長域１８０ｎｍに渡って、３つの高次モードが励振されており、広波長域に渡って遅延量を０．５ｎｍ／ｋｍ以下に抑えることができている。これは、全ての高次モードが伝搬した場合より最大遅延量を小さくすることが可能であることを示している。

（実施例）
図８は、Ｎ＝２、Ｍ＝２であるマルチモード多重伝送システム３０２を説明する図である。本実施例では、マルチモード多重伝送システム３０２を使用して光ＭＩＭＯ伝送実験を行った結果を説明する。

Ｃバンド、Ｌバンド帯の８つのレーザから出射された光を光送信機１１でＢＰＳＫ変調を行い、オフセットを０μｍとした選択的モード励振機１４で３つの高次モードが励振されるようスポットサイズを調整し、マルチモード光ファイバ１３を伝搬させた。マルチモード光ファイバ１３は、１０ｋｍのグレーデッドインデックス型光ファイバである。マルチモード光ファイバ１３を伝搬させた後の光信号をフィルタ（不図示）により各々の波長に分離し、光受信機１２でデジタルコヒーレント受信し、電界の振幅と位相情報を取得する。さらに、信号処理機１５が有するＤｅｃｉｓｉｏｎ ｆｅｅｄ−ｂａｃｋ ｆｉｌｔｅｒ（ＤＦＥ）で光送信機１１が送信する送信信号を復元する。

図９は、マルチモード多重伝送システム３０２の信号処理機１５が復元した信号のコンスタレーションマップである。図９より、シンボルの集合が２つに分かれているので、信号処理機１５が送信信号を正しく復元していることがわかる。

以上のことから、全モード励振した場合に遅延の大きい高次側の高次モードが伝搬してしまうところ、選択的モード励振機１４でスポットサイズ及びオフセットを調整し、低次側の高次モードを励振することで全モード励振より最大遅延量を小さくすることができる。このため、Ｃバンド、Ｌバンド帯における広帯域ＷＤＭ光ＭＩＭＯ伝送においても、高次モードの最大遅延量を小さく保つことができ、デジタル処理の負荷を軽減しつつ、多重数の拡張性や広帯域性を改善することができる。また、選択的モード励振機１４が低次側の高次モードを励振することで、マルチモード光ファイバでの伝送距離が長い場合でも最大遅延量を小さく保つことができるため、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において伝送距離を拡大できる効果を奏する。

以下は、本実施形態のマルチモード多重伝送システムを説明したものである。
（１）
コヒーレント変調信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
前記コヒーレント変調信号光を受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
前記光送信機と前記光受信機との間を接続する伝搬モードが２以上存在するマルチモード光ファイバを備える光通信システムであって、
前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光がマルチモード光ファイバに入力され、前記コヒーレント変調信号光に含まれる複数のモードを選択的に励振させて選択的モード励振機能と、
前記コヒーレント変調信号光を受信するコヒーレント受光機能と、を具備する
ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。

（２）
（１）に記載のマルチモード光伝送システムであって、
前記選択的モード励振機能は、前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバの入射端に入射する機能を有するスポットサイズ拡大レンズを備える
ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。

（３）
（２）に記載のマルチモード光伝送システムであって、
前記スポットサイズ拡大レンズは、前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を平行光にするコリメートレンズと、
前記コリメートレンズからの平行光を前記マルチモード光ファイバの入射端に集光する集光レンズと、から構成される
ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。

（４）
（２）に記載のマルチモード光伝送システムであって、
前記選択的モード励振機能は、一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバであり、前記一端が前記シングルモード光ファイバに接続され、前記他端が前記マルチモード光ファイバに接続されている
ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。

（発明の効果）
本発明によれば、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において伝送距離を拡大できる効果を奏する。
本発明によれば、光ＭＩＭＯ技術を用いた光ファイバ伝送において広波長域にわたってデジタル信号処理の負荷を低減できる効果を奏する。すなわち、本発明は多重数の拡張性や広帯域性を改善することができる。

本発明は、光ファイバ中の非線形現象の抑圧またはモードの利用による大容量及び長距離通信を実現することができる。

１１：光送信機
１２：光受信機
１３：マルチモード光ファイバ
１４：選択的モード励振機
１５：信号処理機
２０：シングルモード光ファイバ
２１：合波器
２２：分波器
３１：コリメートレンズ
３２：集光レンズ
３３：テーパ型光ファイバ
３０１、３０２：マルチモード多重伝送システム

Claims (4)

1. コヒーレント変調信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
   前記コヒーレント変調信号光をコヒーレント受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
   前記光送信機と前記光受信機との間を接続する伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバと、
   前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記マルチモード光ファイバで伝搬できるモードのうち低次側にある複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振機と、
   前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理機と、
   を備え、
   前記選択的モード励振機は、
   前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を平行光にするコリメートレンズと、
   前記コリメートレンズからの平行光を前記マルチモード光ファイバの入射端に集光する集光レンズと、
   を有し、
   前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択する
   ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。
2. コヒーレント変調信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
   前記コヒーレント変調信号光をコヒーレント受信するＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機と、
   前記光送信機と前記光受信機との間を接続する伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバと、
   前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記マルチモード光ファイバで伝搬できるモードのうち低次側にある複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振機と、
   前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理機と、
   を備え、
   前記選択的モード励振機は、
   一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバであり、前記一端が前記シングルモード光ファイバに接続され、前記他端が前記マルチモード光ファイバに接続され、
   前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択する
   ことを特徴とするマルチモード光伝送システム。
3. コヒーレント変調信号光をＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機で送信する光送信手順と、
   伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバを伝搬した前記コヒーレント変調信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機でコヒーレント受信する光受信手順と、
   前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理手順と、
   前記光送信手順時に、前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記マルチモード光ファイバで伝搬できるモードのうち低次側にある複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振手順と、
   を行い、
   前記選択的モード励振手順では、
   コリメートレンズで、前記シングルモード光ファイバを伝送された前記コヒーレント変調信号光を平行光にし、
   集光レンズで、前記コリメートレンズからの平行光を前記マルチモード光ファイバの入射端に集光し、
   前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択する
   ことを特徴とするマルチモード光伝送方法。
4. コヒーレント変調信号光をＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機で送信する光送信手順と、
   伝搬モードが３以上存在するマルチモード光ファイバを伝搬した前記コヒーレント変調信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の光受信機でコヒーレント受信する光受信手順と、
   前記光受信機が受信したＭ個の受信信号から前記光送信機が送信したＮ個の送信信号を復元する信号処理手順と、
   前記光送信手順時に、前記光送信機から出射されシングルモード光ファイバを伝送されたコヒーレント変調信号光を前記マルチモード光ファイバに入力する際に、前記マルチモード光ファイバで伝搬できるモードのうち低次側にある複数のモードを選択的に励振させる選択的モード励振手順と、
   を行い、
   前記選択的モード励振手順では、
   一端から他端に向けてモードフィールド径が拡大しているテーパ型光ファイバを用いて、前記一端を前記シングルモード光ファイバに接続し、前記他端を前記マルチモード光ファイバに接続し、
   前記マルチモード光ファイバの入射端における前記コヒーレント変調信号光のスポットサイズ及び前記マルチモード光ファイバの入射端の中心軸に対する前記コヒーレント変調信号光のオフセット量の少なくとも一方を変化させることでモードを選択する
   ことを特徴とするマルチモード光伝送方法。

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