JP5773521B2 - Mode multiplexer / demultiplexer, optical transceiver, and optical communication system - Google Patents
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本発明は、マルチモード光ファイバを利用する光通信システムにおいて、複数のモードを有する光信号の生成又は分波を行なう技術に関する。 The present invention relates to a technique for generating or demultiplexing an optical signal having a plurality of modes in an optical communication system using a multimode optical fiber.
現在、光ファイバネットワークにおけるトラフィックは増大しており、伝送高速度化や多値変調技術や波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)など、様々な手法を用いて伝送容量の拡大を図ってきた。しかしながら、既設の伝送路や従来の伝送方式を用いた伝送容量の拡大が将来的に困難になると予想されるため、波長領域の拡大、新たな伝送ファイバや伝送方式が検討されている。 Currently, traffic in optical fiber networks is increasing, and transmission capacity has been expanded using various methods such as transmission speed increase, multi-level modulation technology, and wavelength division multiplexing (WDM). However, expansion of transmission capacity using existing transmission lines and conventional transmission systems is expected to become difficult in the future, so expansion of the wavelength region, new transmission fibers and transmission systems are being studied.
波長領域を拡大する方法として、現在利用されていない波長帯を利用して、広波長域のWDMを実現して、伝送容量を拡大する検討もなされている。しかしながら、伝送損失が波長帯により異なるため、使用できる波長帯は限定されると考えられる。さらに、広波長域にわたり増幅が可能な光増幅器も実現が困難であるため、広波長域のWDMを実現するためには多くの課題がある。 As a method for expanding the wavelength region, studies have been made to increase the transmission capacity by realizing WDM in a wide wavelength region using a wavelength band that is not currently used. However, since the transmission loss varies depending on the wavelength band, the usable wavelength band is considered to be limited. Furthermore, since it is difficult to realize an optical amplifier that can amplify over a wide wavelength range, there are many problems in realizing WDM in a wide wavelength range.
新たな伝送ファイバに関しては、非特許文献1では、ファイバ非線形による波形歪を抑圧するために、実効断面積(Aeff)を拡大できるファイバ構造が提案されている。ファイバ非線形の抑圧は、ファイバへ入力できる入力パワーの増加につながり、伝送高速度化や更なる多値化を可能にするなど、優位性を得られる。しかし、Aeffの拡大は単一モード動作を前提としており、曲げ損失と単一モード動作がトレードオフの関係にあるため、Aeffの大幅な拡大が困難という課題がある。
Regarding a new transmission fiber, Non-Patent
新たな伝送方式に関しては、非特許文献2では、無線の伝送方式において周波数利用効率を向上させるために利用されている直交した周波数成分を利用するOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)が、非特許文献3では、マルチモード光ファイバを適用するMIMO(Multiple Input Multiple Output)が、検討されている。しかし、送受信器において複雑な信号処理を必要とするため、演算処理の高速化などの課題がある。 Regarding the new transmission method, Non-Patent Document 2 discloses OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) that uses orthogonal frequency components used to improve frequency utilization efficiency in a wireless transmission method. Then, MIMO (Multiple Input Multiple Output) using a multimode optical fiber is being studied. However, since the transmitter / receiver requires complicated signal processing, there are problems such as speeding up of arithmetic processing.
特許文献1では、光ファイバの伝搬モードを利用した多重方法が提案されている。しかし、所望の高次モードを励振する方法が提案されておらず、単一波長で利用することを前提としているため、大容量化の実現が困難という課題がある。
In
非特許文献3では、光ファイバの伝搬モードを利用するためのモード合分波器が提案されている。ここで、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせることによりモード結合を行ない、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせることによりモード分離を行なう。つまり、精度の良いモードの合分波方法及び多数のモードの多重・分離方法が提案されていないため、多重信号間の損失やクロストークが存在することから、構成が複雑になり長距離大容量伝送の実現が困難という課題がある。 Non-Patent Document 3 proposes a mode multiplexer / demultiplexer for using a propagation mode of an optical fiber. Here, mode coupling is performed by varying the excitation position in the optical fiber for each mode, and mode separation is performed by varying the reception position in the optical fiber for each mode. In other words, no precise mode multiplexing / demultiplexing method and multiple mode multiplexing / demultiplexing methods have been proposed, so there are losses between multiple signals and crosstalk, resulting in a complicated configuration and long distance and large capacity. There is a problem that it is difficult to realize transmission.
特許文献1及び非特許文献3では、伝搬モードが複数存在する光ファイバを利用して、光ファイバの伝搬モードそれぞれをキャリアとして利用するモード多重伝送において、既存のファイバデバイスは基本モードでの動作が前提であるため、既存のファイバデバイスをそのまま用いてモード多重伝送を実現することは困難である。
In
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、既存のファイバデバイスを用いてモード多重伝送を実現することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention improves the accuracy of mode multiplexing and demultiplexing, reduces loss during multiplexing and crosstalk during demultiplexing, and uses existing fiber devices. The purpose is to realize mode multiplex transmission.
上記目的を達成するために、モード合分波器において、第1導波路は、第n1次モードを有する光信号及び第(n1+m)次モード(n1及びmは正の整数)を有する光信号を伝搬可能であり、第2導波路は、第n2次モード(n2は正の整数)を有する光信号を伝搬可能であり、第1導波路の第(n1+m)次モード及び第2導波路の第n2次モードが結合可能であるようにした。 In order to achieve the above object, in the mode multiplexer / demultiplexer, the first waveguide includes an optical signal having an n 1st order mode and an (n 1 + m) order mode (n 1 and m are positive integers). The second waveguide can propagate an optical signal having the n second- order mode (n 2 is a positive integer), and the (n 1 + m) -th order of the first waveguide. The mode and the n second- order mode of the second waveguide can be coupled.
モード合波時には、第1導波路が第n1次モードを有する光信号を入力され、第2導波路が第n2次モードを有する光信号を入力され、第1導波路が第n1次モード及び第(n1+m)次モードを有する光信号を出力するようにした。 Mode when multiplexing, the first waveguide is input an optical signal having a first n 1 order mode, the second waveguide is input an optical signal having a second n 2 order mode, first waveguide first n 1 primary The optical signal having the mode and the (n 1 + m) -th order mode is output.
モード分波時には、第1導波路が第n1次モード及び第(n1+m)次モードを有する光信号を入力され、第2導波路が第n2次モードを有する光信号を出力し、第1導波路が第n1次モードを有する光信号を出力するようにした。
During mode demultiplexing, the first waveguide is input an optical signal having a first n 1 order mode and the (
具体的には、本発明は、それぞれ断面が矩形形状であり、互いに高さが等しい第1導波路及び第2導波路を備えたモード合波器であって、前記第1導波路は、前記高さにおいて、第n1次モード(n1は正の整数)を有する光信号及び第(n1+m)次モード(mは正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、前記第2導波路は、前記高さにおいて、前記第1導波路の第(n1+m)次モードと結合可能である第n2次モード(n2はn1+mと異なる正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、前記第1導波路と前記第2導波路とを所定の導波路間隔および相互作用長をもって近接した状態で並行させたモード合波部をさらに備え、前記第1導波路の第(n1+m)次モードの実効屈折率は、前記第2導波路の第n2次モードの実効屈折率とほぼ一致し、かつ前記第1導波路の第n1次モードの実効屈折率と異なり、前記モード合波部は、前記第2導波路が伝搬する第n2次モードを有する光信号を、前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号に変換し、前記第1導波路が伝搬する第n1次モードを有する光信号に、変換後の前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号を合波することを特徴とするモード合波器である。
Specifically, the present invention is a mode multiplexer including a first waveguide and a second waveguide , each having a rectangular cross section and having the same height, wherein the first waveguide is in height, the n 1-order mode (n 1 is a positive integer) optical signal and the (
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減するモード合波器を提供することができる。 According to this configuration, it is possible to provide a mode multiplexer that improves the accuracy of mode multiplexing and reduces loss during multiplexing.
また、本発明は、n1=n2であることを特徴とするモード合波器である。 In addition, the present invention is a mode multiplexer characterized by n 1 = n 2 .
また、本発明は、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであることを特徴とするモード合波器である。 Further, the present invention is a mode multiplexer in which n 1 = n 2 = 1, and the n 1st order mode and the n 2nd order mode are fundamental modes.
この構成によれば、第1導波路及び第2導波路は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。 According to this configuration, since the first waveguide and the second waveguide commonly input an optical signal having the same mode, for example, the fundamental mode, an existing transmitter that outputs an optical signal having the same mode, for example, the fundamental mode, is used. Mode multiplex transmission can be realized.
また、本発明は、それぞれ断面が矩形形状であり、互いに高さが等しい第1導波路及び第2導波路を備えたモード分波器であって、前記第1導波路は、前記高さにおいて、第n1次モード(n1は正の整数)を有する光信号及び第(n1+m)次モード(mは正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、前記第2導波路は、前記高さにおいて、前記第1導波路の第(n1+m)次モードと結合可能である第n2次モード(n2はn1+mと異なる正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、前記第1導波路と前記第2導波路とを所定の導波路間隔および相互作用長をもって近接した状態で並行させたモード分波部をさらに備え、前記第1導波路の第(n1+m)次モードの実効屈折率は、前記第2導波路の第n2次モードの実効屈折率とほぼ一致し、かつ前記第1導波路の第n1次モードの実効屈折率と異なり、前記モード分波部は、前記第1導波路が伝搬する第(n1+m)次モードを有する光信号を、前記第2導波路の第n2次モードを有する光信号に変換し、前記第1導波路が伝搬する第n1次モードを有する光信号及び第(n1+m)次モードを有する光信号から、変換後の前記第2導波路の第n2次モードを有する光信号を分波することを特徴とするモード分波器である。
Further, the present invention is a mode duplexer including a first waveguide and a second waveguide each having a rectangular cross section and having the same height, wherein the first waveguide is at the height. , the n 1-order mode (n 1 is a positive integer) optical signal and the (
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減するモード分波器を提供することができる。 According to this configuration, it is possible to provide a mode demultiplexer that improves the accuracy of mode demultiplexing and reduces crosstalk during demultiplexing.
また、本発明は、n1=n2であることを特徴とするモード分波器である。 The present invention is also a mode duplexer characterized in that n 1 = n 2 .
また、本発明は、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであることを特徴とするモード分波器である。 In addition, the present invention provides a mode duplexer in which n 1 = n 2 = 1, and the n 1st order mode and the n 2nd order mode are fundamental modes.
この構成によれば、第1導波路及び第2導波路は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。 According to this configuration, the first waveguide and the second waveguide commonly output an optical signal having the same mode, for example, a fundamental mode. Mode multiplex transmission can be realized.
また、本発明は、モード合波器と、前記第1導波路に第n1次モードを有する光信号を出力する第1送信機と、前記第2導波路に第n2次モードを有する光信号を出力する第2送信機と、を備えることを特徴とする光送信装置である。 The present invention also light having a mode multiplexer, a first transmitter for outputting an optical signal having a first n 1 order mode in the first waveguide, the second n 2 order mode to the second waveguide And a second transmitter that outputs a signal.
この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を実現する光送信装置を提供することができる。 According to this configuration, mode multiplexing accuracy is improved, loss during multiplexing is reduced, and mode multiplexing transmission is realized using an existing transmitter that outputs an optical signal having the same mode, for example, a basic mode An optical transmission device can be provided.
また、本発明は、モード分波器と、前記第1導波路から第n1次モードを有する光信号を入力される第1受信機と、前記第2導波路から第n2次モードを有する光信号を入力される第2受信機と、を備えることを特徴とする光受信装置である。 In addition, the present invention includes a mode duplexer, a first receiver that receives an optical signal having the nth first- order mode from the first waveguide, and an nth-order mode from the second waveguide. And a second receiver to which an optical signal is input.
この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を実現する光受信装置を提供することができる。 According to this configuration, mode demultiplexing accuracy is improved, crosstalk during demultiplexing is reduced, and mode multiplexing transmission is realized using an existing receiver that inputs an optical signal having the same mode, for example, a basic mode. An optical receiving device can be provided.
また、本発明は、光送信装置と、光受信装置と、前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、前記第1導波路の第n1次モードを有する光信号及び前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、を備えることを特徴とする光通信システムである。 According to another aspect of the present invention, there is provided an optical signal having the n first- order mode of the first waveguide and the first waveguide connected to the optical transmitter, the optical receiver, the optical transmitter and the optical receiver. And a multimode optical fiber that transmits an optical signal having the (n 1 + m) th order mode.
この構成によれば、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入出力する既存の送受信機を用いてモード多重伝送を実現する光通信システムを提供することができる。 According to this configuration, the accuracy of mode multiplexing and demultiplexing is improved, loss at the time of multiplexing and crosstalk at the time of demultiplexing are reduced, and existing signals that input and output optical signals having the same mode, for example, the basic mode It is possible to provide an optical communication system that realizes mode multiplexing transmission using a transceiver.
本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、既存のファイバデバイスを用いてモード多重伝送を実現することができる。 The present invention improves the accuracy of mode multiplexing and demultiplexing, reduces the loss at the time of multiplexing and the crosstalk at the time of demultiplexing, and can realize mode multiplexing transmission using an existing fiber device.
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の例であり、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.
(実施形態1)
実施形態1のモード合分波器の構成を図1に示す。モード合分波器1は、第1導波路11及び第2導波路12から構成される。第1導波路11は、第n1次モード(n1は正の整数)を有する光信号及び第(n1+m)次モード(mは正の整数)を有する光信号を伝搬可能である。第2導波路12は、第n2次モード(n2は正の整数)を有する光信号を伝搬可能である。第1導波路11の第(n1+m)次モード及び第2導波路12の第n2次モードは、結合可能であり、このことについて説明する。
(Embodiment 1)
The configuration of the mode multiplexer / demultiplexer of the first embodiment is shown in FIG. The mode multiplexer /
図1の下側は、第1導波路11及び第2導波路12において、実際の屈折率を実線で示し、各モードの実効屈折率を破線で示す。実際の屈折率は、第1導波路11及び第2導波路12のコア部分で大きくなり、第1導波路11及び第2導波路12のクラッド部分で小さくなる。第1導波路11の第(n1+m)次モードの実効屈折率は、第2導波路12の第n2次モードの実効屈折率とほぼ一致し、第1導波路11の第n1次モードの実効屈折率より小さい。よって、第1導波路11の第(n1+m)次モード及び第2導波路12の第n2次モードは、位相整合が図られて結合可能である。
In the lower side of FIG. 1, in the
モード合分波器1がモード合波器として機能する場合について説明する。図1の左側が入力側であり、図1の右側が出力側である。第1導波路11は、第n1次モードを有する光信号を入力される。第2導波路12は、第n2次モードを有する光信号を入力される。第1導波路11及び第2導波路12が並行するモード合波部では、第2導波路12が伝搬する第n2次モードを有する光信号を、第1導波路11の第(n1+m)次モードを有する光信号に変換し、第1導波路11が伝搬する第n1次モードを有する光信号に、変換後の第1導波路11の第(n1+m)次モードを有する光信号を合波する。このように、第n1次モード及び第(n1+m)次モードを有する光信号が、モード合波されている。
A case where the mode multiplexer /
本発明では、非特許文献3と異なり、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせてモード結合を行なうことはなく、第1導波路11及び第2導波路12の相互間で、異なるモード間の結合を図ることによりモード合波を行なう。よって、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減するモード合波器を提供することができる。
In the present invention, unlike Non-Patent Document 3, mode coupling is not performed by changing the excitation position in the optical fiber for each mode, and different modes are used between the
モード合波時において、n1=n2であってもよく、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであってもよい。このときには、第1導波路11及び第2導波路12は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。実施形態2−4では、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであるとして、説明を行なう。
During mode multiplexing, it may be
モード合分波器1がモード分波器として機能する場合について説明する。図1の右側が入力側であり、図1の左側が出力側である。第1導波路11は、第n1次モード及び第(n1+m)次モードを有する光信号を入力される。第1導波路11及び第2導波路12が並行するモード分波部では、第1導波路11が伝搬する第(n1+m)次モードを有する光信号を、第2導波路12の第n2次モードを有する光信号に変換し、第1導波路11が伝搬する第n1次モードを有する光信号及び第(n1+m)次モードを有する光信号から、変換後の第2導波路12の第n2次モードを有する光信号を分波する。このように、第n1次モード及び第(n1+m)次モードを有する光信号が、モード分波されている。
A case where the mode multiplexer /
本発明では、非特許文献3と異なり、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせてモード分離を行なうことはなく、第1導波路11及び第2導波路12の相互間で、異なるモード間の結合を図ることによりモード分波を行なう。よって、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減するモード分波器を提供することができる。
In the present invention, unlike Non-Patent Document 3, the receiving position in the optical fiber is not changed for each mode, and mode separation is not performed, and different modes are used between the
モード分波時において、n1=n2であってもよく、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであってもよい。このときには、第1導波路11及び第2導波路12は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。実施形態2−4では、n1=n2=1であり、第n1次モード及び第n2次モードは基本モードであるとして、説明を行なう。
During mode demultiplexing may be an
(実施形態2)
実施形態2のモード合分波器の構成を図2に示す。モード合分波器1は、第1導波路11及び第2導波路12から構成される。第1導波路11の第1高次モード及び第2導波路12の基本モードは、結合可能である。モード合波時には、実施形態1と同様に、第1導波路11及び第2導波路12に基本モードを有する光信号が入力され、第1導波路11から基本モード及び第1高次モードを有する光信号が出力される。モード分波時には、実施形態1と同様に、第1導波路11に基本モード及び第1高次モードを有する光信号が入力され、第1導波路11及び第2導波路12から基本モードを有する光信号が出力される。
(Embodiment 2)
The configuration of the mode multiplexer / demultiplexer of the second embodiment is shown in FIG. The mode multiplexer /
図2の下側は、第1導波路11及び第2導波路12において、実際の屈折率の分布を示す。第1導波路11及び第2導波路12のコア部分の屈折率はn1であり、第1導波路11及び第2導波路12のクラッド部分の屈折率はn0であり、比屈折率差はΔ=(n1 2−n0 2)/(2n1 2)である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11の断面形状は、幅がw1であり高さがh(=w2)である矩形形状であり、第2導波路12の断面形状は、幅がw2であり高さがh(=w2)である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11及び第2導波路12の相互間の導波路間隔はgであり、伝搬の方向で、第1導波路11及び第2導波路12が並行する相互作用長はLである。
The lower side of FIG. 2 shows the actual refractive index distribution in the
第2導波路12についてのw2、h、Δは、使用波長帯において基本モードのみが存在するように設定される。第1導波路11についてのw1、h、Δは、使用波長帯において基本モード及び第1高次モードが存在し、第1導波路11の第1高次モード及び第2導波路12の基本モードが結合するように設定される。gは結合効率が高くなるように狭めに設定されて、Lは結合効率が高くなるように長めに設定される。
W2, h, and Δ for the
実施形態2における比屈折率差及び導波路幅の関係を図3に示す。使用波長帯は、1450nm以上を想定している。図3に示した比屈折率差の範囲内では、第1導波路11の幅は第2導波路12の幅のおよそ2.6倍とすればよいことが分かる。
FIG. 3 shows the relationship between the relative refractive index difference and the waveguide width in the second embodiment. The used wavelength band is assumed to be 1450 nm or more. It can be seen that the width of the
実施形態2における比屈折率差及び相互作用長の関係を図4に示す。相互作用長は、導波路間隔が2μmと3μmであるときに、結合効率が所望効率になるよう計算した。相互作用長は、x偏波及びy偏波を有する光信号が入射されるときについて計算した。第1導波路11及び第2導波路12の断面形状は矩形形状であるが、相互作用長の偏波依存性はほとんど認められず、モード合分波器1は偏波多重と併用して使用できることが分かる。
FIG. 4 shows the relationship between the relative refractive index difference and the interaction length in the second embodiment. The interaction length was calculated so that the coupling efficiency would be the desired efficiency when the waveguide spacing was 2 μm and 3 μm. The interaction length was calculated when an optical signal having x polarization and y polarization was incident. Although the cross-sectional shapes of the
実施形態2における使用波長及び規格化透過率の関係を図5に示す。使用波長帯は、1450nmから1650nmまでを想定している。基本モードについての規格化透過率は、第1導波路11に入力される基本モードを有する光信号の強度に対する、第1導波路11から出力される基本モードを有する光信号の強度の比率である。第1高次モードについての規格化透過率は、第2導波路12に入力される基本モードを有する光信号の強度に対する、第1導波路11から出力される第1高次モードを有する光信号の強度の比率である。図5の上段、中段、下段では、Δ=0.35%、0.45%、0.60%である。gは2μmであり、Lは上記のΔ及びgに対して図4に基づき計算したものである。
FIG. 5 shows the relationship between the wavelength used and the normalized transmittance in the second embodiment. The used wavelength band is assumed to be from 1450 nm to 1650 nm. The normalized transmittance for the fundamental mode is the ratio of the intensity of the optical signal having the fundamental mode output from the
図5のいずれの場合でも、基本モードについての規格化透過率は、全使用波長帯において100%に近くなり、第1高次モードについての規格化透過率は、全使用波長帯において90%を超えている。図5のいずれの場合でも、基本モード及び第1高次モードについての規格化透過率は、全使用波長帯において偏波依存性はほとんど認められない。 In any case of FIG. 5, the normalized transmittance for the fundamental mode is close to 100% in all used wavelength bands, and the normalized transmittance for the first higher-order mode is 90% in all used wavelength bands. Over. In any case of FIG. 5, the normalized transmittance for the fundamental mode and the first higher-order mode has almost no polarization dependence in the entire used wavelength band.
実施形態2のモード合分波器の設計方法を図6に示す。第2導波路12について、Δ及びw2を決定する(ステップS1)。第2導波路12において、使用波長帯で単一モードのみが存在するかどうかを確認する(ステップS2)。ステップS2においてYESであれば、ステップS3に進む。ステップS2においてNOであれば、ステップS1に戻り、第2導波路12について、Δ及びw2を再度決定する。ステップS1、S2において、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。
A design method of the mode multiplexer / demultiplexer of the second embodiment is shown in FIG. Δ and w2 are determined for the second waveguide 12 (step S1). In the
第1導波路1について、w1を決定する(ステップS3)。第1導波路11の第1高次モードと第2導波路12の基本モードが結合可能であるかどうかを確認する(ステップS4)。ステップS4においてYESであれば、ステップS5に進む。ステップS4においてNOであれば、ステップS3に戻り、第1導波路1について、w1を再度決定する。ステップS3、S4において、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。
For the
gとLを決定する(ステップS5)。所望の結合効率が得られるかどうかを確認する(ステップS6)。ステップS6においてYESであれば、設計を終了する。ステップS6においてNOであれば、ステップS5に戻り、gとLを再度決定する。ステップS5、S6において、ビーム伝搬法などの伝搬解析を適用することができる。 g and L are determined (step S5). It is confirmed whether or not a desired coupling efficiency can be obtained (step S6). If YES in step S6, the design is terminated. If “NO” in the step S6, the process returns to the step S5, and g and L are determined again. In steps S5 and S6, propagation analysis such as a beam propagation method can be applied.
第2導波路12の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モードのみが存在するならば、図2の下側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。第1導波路11の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モード及び第1高次モードが存在し、第1導波路11の第1高次モード及び第2導波路12の基本モードが結合するならば、図2の下側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。
The refractive index distribution and the cross-sectional shape of the
(実施形態3)
実施形態3のモード合分波器の構成を図7に示す。モード合分波器1は、モード合分波器1−1及びモード合分波器1−2を縦列に配置する。モード合分波器1−1は、第1導波路11−1及び第2導波路12−1から構成される。モード合分波器1−2は、第1導波路11−2及び第2導波路12−2から構成される。第1導波路11−1及び第1導波路11−2は、相互に接続されている。第1導波路11−1の第1高次モード及び第2導波路12−1の基本モードは、結合可能である。第1導波路11−2の第2高次モード及び第2導波路12−2の基本モードは、結合可能である。
(Embodiment 3)
The configuration of the mode multiplexer / demultiplexer of the third embodiment is shown in FIG. The mode multiplexer /
モード合波時について説明する。まずモード合分波器1−1において、第1導波路11−1及び第2導波路12−1に基本モードを有する光信号が入力され、第1導波路11−1から基本モード及び第1高次モードを有する光信号が出力される。次にモード合分波器1−2において、第1導波路11−2に基本モード及び第1高次モードを有する光信号が入力され、第2導波路12−2に基本モードを有する光信号が入力され、第1導波路11−2から基本モード、第1高次モード及び第2高次モードを有する光信号が出力される。 The mode multiplexing will be described. First, in the mode multiplexer / demultiplexer 1-1, an optical signal having a fundamental mode is input to the first waveguide 11-1 and the second waveguide 12-1, and the fundamental mode and the first waveguide are transmitted from the first waveguide 11-1. An optical signal having a higher order mode is output. Next, in the mode multiplexer / demultiplexer 1-2, an optical signal having a fundamental mode and a first higher-order mode is input to the first waveguide 11-2, and an optical signal having the fundamental mode is input to the second waveguide 12-2. Are input, and an optical signal having a fundamental mode, a first higher-order mode, and a second higher-order mode is output from the first waveguide 11-2.
モード分波時について説明する。まずモード合分波器1−2において、第1導波路11−2に基本モード、第1高次モード及び第2高次モードを有する光信号が入力され、第2導波路12−2から基本モードを有する光信号が出力され、第1導波路11−2から基本モード及び第1高次モードを有する光信号が出力される。次にモード合分波器1−1において、第1導波路11−1に基本モード及び第1高次モードを有する光信号が入力され、第2導波路12−1から基本モードを有する光信号が出力され、第1導波路11−1から基本モードを有する光信号が出力される。 The mode demultiplexing will be described. First, in the mode multiplexer / demultiplexer 1-2, an optical signal having a fundamental mode, a first higher-order mode, and a second higher-order mode is input to the first waveguide 11-2, and the fundamental is transmitted from the second waveguide 12-2. An optical signal having a mode is output, and an optical signal having a fundamental mode and a first higher-order mode is output from the first waveguide 11-2. Next, in the mode multiplexer / demultiplexer 1-1, an optical signal having a fundamental mode and a first higher-order mode is input to the first waveguide 11-1, and an optical signal having the fundamental mode is input from the second waveguide 12-1. Is output, and an optical signal having a fundamental mode is output from the first waveguide 11-1.
図7の左下は、第1導波路11−1及び第2導波路12−1において、実際の屈折率の分布を示す。第1導波路11−1及び第2導波路12−1のコア部分の屈折率はn1であり、第1導波路11−1及び第2導波路12−1のクラッド部分の屈折率はn0である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11−1の断面形状は、幅がw1であり高さがh(=w2)である矩形形状であり、第2導波路12−1の断面形状は、幅がw2であり高さがh(=w2)である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11−1及び第2導波路12−1の相互間の導波路間隔はg1であり、伝搬の方向で、第1導波路11−1及び第2導波路12−1が並行する相互作用長はL1である。 The lower left of FIG. 7 shows the actual refractive index distribution in the first waveguide 11-1 and the second waveguide 12-1. Refractive index of the core portion of the first waveguide 11-1 and the second waveguide 12-1 is n 1, the refractive index of the cladding portion of the first waveguide 11-1 and the second waveguide 12-1 n 0 . Within the plane perpendicular to the propagation direction, the cross-sectional shape of the first waveguide 11-1 is a rectangular shape having a width w1 and a height h (= w2). The cross-sectional shape is a rectangular shape having a width w2 and a height h (= w2). In the plane perpendicular to the propagation direction, the waveguide interval between the first waveguide 11-1 and the second waveguide 12-1 is g1, and in the propagation direction, the first waveguide 11-1 and The interaction length with which the second waveguide 12-1 is parallel is L1.
図7の右下は、第1導波路11−2及び第2導波路12−2において、実際の屈折率の分布を示す。第1導波路11−2及び第2導波路12−2のコア部分の屈折率はn1であり、第1導波路11−2及び第2導波路12−2のクラッド部分の屈折率はn0である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11−2の断面形状は、幅がw1であり高さがh(=w2)である矩形形状であり、第2導波路12−2の断面形状は、幅がw3であり高さがh(=w2)である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第1導波路11−2及び第2導波路12−2の相互間の導波路間隔はg2であり、伝搬の方向で、第1導波路11−2及び第2導波路12−2が並行する相互作用長はL2である。 The lower right of FIG. 7 shows the actual refractive index distribution in the first waveguide 11-2 and the second waveguide 12-2. Refractive index of the core portion of the first waveguide 11-2 and the second waveguide 12-2 is n 1, the refractive index of the cladding portion of the first waveguide 11-2 and the second waveguide 12-2 n 0 . Within the plane perpendicular to the propagation direction, the cross-sectional shape of the first waveguide 11-2 is a rectangular shape having a width w1 and a height h (= w2). The cross-sectional shape is a rectangular shape having a width of w3 and a height of h (= w2). In the plane perpendicular to the propagation direction, the waveguide interval between the first waveguide 11-2 and the second waveguide 12-2 is g2, and in the propagation direction, the first waveguide 11-2 and The interaction length with which the second waveguide 12-2 is parallel is L2.
実施形態3における第1導波路11−1、第2導波路12−1、第1導波路11−2及び第2導波路12−2の屈折率分布及び断面形状は、実施形態2における第1導波路11及び第2導波路12の屈折率分布及び断面形状と同様に、設定すればよい。
The refractive index distribution and the cross-sectional shape of the first waveguide 11-1, the second waveguide 12-1, the first waveguide 11-2, and the second waveguide 12-2 in the third embodiment are the same as those in the first embodiment. What is necessary is just to set like the refractive index distribution and cross-sectional shape of the
(実施形態4)
実施形態4の光通信システムの構成を図8に示す。光通信システムは、光送信装置T、マルチモード光ファイバF及び光受信装置Rから構成される。光送信装置Tは、モード合波器1M及び以下に説明する第1送信機及び第2送信機から構成される。光受信装置Rは、モード分波器1D及び以下に説明する第1受信機及び第2受信機から構成される。
(Embodiment 4)
FIG. 8 shows the configuration of the optical communication system according to the fourth embodiment. The optical communication system includes an optical transmitter T, a multimode optical fiber F, and an optical receiver R. The optical transmission device T includes a mode multiplexer 1M and a first transmitter and a second transmitter described below. The optical receiving device R includes a mode demultiplexer 1D and a first receiver and a second receiver described below.
モード合波器1Mとして、実施形態2のモード合分波器1を適用する。第1送信機は、第1導波路11に基本モードを有する光信号を出力する。第2送信機は、第2導波路12に基本モードを有する光信号を出力する。送信機が3個配置されるときには、モード合波器1Mとして、実施形態3のモード合分波器1を適用すればよく、送信機がN個配置されるときには、モード合波器1Mとして、実施形態2のモード合分波器1を(N−1)個縦列に配置したものを適用すればよい。
The
モード分波器1Dとして、実施形態2のモード合分波器1を適用する。第1受信機は、第1導波路11から基本モードを有する光信号を入力する。第2受信機は、第2導波路12から基本モードを有する光信号を入力する。受信機が3個配置されるときには、モード分波器1Dとして、実施形態3のモード合分波器1を適用すればよく、受信機がN個配置されるときには、モード分波器1Dとして、実施形態2のモード合分波器1を(N−1)個縦列に配置したものを適用すればよい。
The mode multiplexer /
第1送信機及び第2送信機は、使用波長λ1〜λNを利用する波長多重方式及びx、y偏波を利用する偏波多重方式を併用する。ただし、第1送信機及び第2送信機は、多重方式を適用しなくてもよく、モード多重方式以外のどのような多重方式を適用してもよい。 The first transmitter and the second transmitter use both the wavelength multiplexing method using the used wavelengths λ 1 to λ N and the polarization multiplexing method using x and y polarization. However, the first transmitter and the second transmitter do not need to apply the multiplexing method, and may apply any multiplexing method other than the mode multiplexing method.
第1(2)送信機は、光源21−1、・・・、21−N(22−1、・・・、22−N)、及び波長合波器71(72)を利用して、使用波長λ1〜λNを利用する波長多重方式を適用する。第1(2)送信機は、光分波器31−1、・・・、31−N(32−1、・・・、32−N)、偏波コントローラ51X−1、51Y−1、・・・、51X−N、51Y−N(52X−1、52Y−1、・・・、52X−N、52Y−N)、及び光合波器61−1、・・・、61−N(62−1、・・・、62−N)を利用して、x、y偏波を利用する偏波多重方式を適用する。第1(2)送信機は、光変調器41X−1、41Y−1、・・・、41X−N、41Y−N(42X−1、42Y−1、・・・、42X−N、42Y−N)を利用して、各波長及び各偏波を有する光信号の変調処理を実行する。
The first (2) transmitter is used by using the light source 21-1, ..., 21-N (22-1, ..., 22-N) and the wavelength multiplexer 71 (72). A wavelength multiplexing method using wavelengths λ 1 to λ N is applied. The first (2) transmitter includes optical demultiplexers 31-1,..., 31-N (32-1,..., 32-N),
第1受信機及び第2受信機は、使用波長λ1〜λNを利用する波長多重方式及びx、y偏波を利用する偏波多重方式を併用する。ただし、第1受信機及び第2受信機は、多重方式を適用しなくてもよく、モード多重方式以外のどのような多重方式を適用してもよい。 The first receiver and the second receiver use both the wavelength multiplexing method using the used wavelengths λ 1 to λ N and the polarization multiplexing method using the x and y polarized waves. However, the first receiver and the second receiver do not need to apply the multiplexing method, and may apply any multiplexing method other than the mode multiplexing method.
第1(2)受信機は、波長分波器81(82)を利用して、使用波長λ1〜λNを利用する波長多重方式を適用する。第1(2)受信機は、偏波分波器91−1、・・・、91−N(92−1、・・・、92−N)を利用して、x、y偏波を利用する偏波多重方式を適用する。第1(2)受信機は、受光回路101X−1、101Y−1、・・・、101X−N、101Y−N(102X−1、102Y−1、・・・、102X−N、102Y−N)を利用して、各波長及び各偏波を有する光信号の受光・復調処理を実行する。
The first (2) receiver uses the wavelength demultiplexer 81 (82) and applies the wavelength multiplexing method using the used wavelengths λ 1 to λ N. The first (2) receiver uses the polarization splitters 91-1,..., 91-N (92-1,..., 92-N) and uses the x and y polarizations. Apply the polarization multiplexing method. The first (2) receiver includes
第1送信機及び第2送信機は、基本モードを有する光信号を処理するのみでよく、高次モードを有する光信号を処理しなくてもよい。第1受信機及び第2受信機も、基本モードを有する光信号を処理するのみでよく、高次モードを有する光信号を処理しなくてもよい。モード合波器1M、マルチモード光ファイバF及びモード分波器1Dのみが、基本モード及び高次モードを有する光信号を処理する。よって、基本モードを有する光信号を入出力する既存の送受信機を用いて、モード多重伝送を実現することができる。 The first transmitter and the second transmitter need only process the optical signal having the fundamental mode, and may not process the optical signal having the higher order mode. The first receiver and the second receiver need only process the optical signal having the fundamental mode, and may not process the optical signal having the higher order mode. Only the mode multiplexer 1M, the multimode optical fiber F, and the mode duplexer 1D process optical signals having a fundamental mode and a higher-order mode. Therefore, mode multiplexing transmission can be realized using an existing transceiver that inputs and outputs an optical signal having a basic mode.
なお、マルチモード光ファイバFの伝送経路中で光増幅を実行するときには、本発明のモード分波器を利用して高次モードを基本モードに変換し、基本モードを有する光信号を増幅し、本発明のモード合波器を利用して基本モードを高次モードに変換する。よって、基本モードを有する光信号を増幅する既存の光増幅器を用いて、モード多重伝送を実現することができ、長距離伝送を可能とすることができる。 When performing optical amplification in the transmission path of the multimode optical fiber F, the mode demultiplexer of the present invention is used to convert the higher order mode into the fundamental mode, and an optical signal having the fundamental mode is amplified. The basic mode is converted into a higher-order mode using the mode multiplexer of the present invention. Therefore, mode multiplex transmission can be realized using an existing optical amplifier that amplifies an optical signal having a fundamental mode, and long-distance transmission can be realized.
本発明に係るモード合分波器、光送受信装置及び光通信システムは、モード多重方法に適用することができるのみならず、モード多重方法及び他の多重方法(WDM及び偏波多重など)を併用する方法に適用することができる。 The mode multiplexer / demultiplexer, optical transmission / reception apparatus, and optical communication system according to the present invention can be applied not only to the mode multiplexing method but also to the mode multiplexing method and other multiplexing methods (such as WDM and polarization multiplexing). It can be applied to the method.
1、1−1、1−2:モード合分波器
1M:モード合波器
1D:モード分波器
11、11−1、11−2:第1導波路
12、12−1、12−2:第2導波路
T:光送信装置
R:光受信装置
F:マルチモード光ファイバ
21、22:光源
31、32:光分波器
41、42:光変調器
51、52:偏波コントローラ
61、62:光合波器
71、72:波長合波器
81、82:波長分波器
91、92:偏波分波器
101、102:受光回路
1, 1-1, 1-2: mode multiplexer / demultiplexer 1M: mode multiplexer 1D:
Claims (9)
前記第1導波路は、前記高さにおいて、第n1次モード(n1は正の整数)を有する光信号及び第(n1+m)次モード(mは正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、
前記第2導波路は、前記高さにおいて、前記第1導波路の第(n1+m)次モードと結合可能である第n2次モード(n2はn1+mと異なる正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、
前記第1導波路と前記第2導波路とを所定の導波路間隔および相互作用長をもって近接した状態で並行させたモード合波部をさらに備え、
前記第1導波路の第(n1+m)次モードの実効屈折率は、前記第2導波路の第n2次モードの実効屈折率とほぼ一致し、かつ前記第1導波路の第n1次モードの実効屈折率と異なり、
前記モード合波部は、前記第2導波路が伝搬する第n2次モードを有する光信号を、前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号に変換し、前記第1導波路が伝搬する第n1次モードを有する光信号に、変換後の前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号を合波する
ことを特徴とするモード合波器。 A mode multiplexer having a first waveguide and a second waveguide, each having a rectangular cross section and the same height,
Wherein the first waveguide in the height (in m positive integer) optical signal and the (n 1 + m) The following mode the n 1-order mode (n 1 is a positive integer) having an optical signal having a Set to the width and relative refractive index difference that can propagate,
The second waveguide has an n second- order mode (n 2 is a positive integer different from n 1 + m) that can be coupled with the (n 1 + m) -th mode of the first waveguide at the height. Set to a width and relative refractive index difference capable of propagating an optical signal having,
A mode multiplexing unit in which the first waveguide and the second waveguide are arranged in parallel in a state of being close to each other with a predetermined waveguide interval and interaction length;
The effective refractive index of the (n 1 + m) th order mode of the first waveguide substantially matches the effective refractive index of the n second order mode of the second waveguide, and the n 1st order of the first waveguide. Unlike the effective refractive index of the next mode,
The mode multiplexing unit converts an optical signal having an n second order mode propagating in the second waveguide into an optical signal having an (n 1 + m) order mode of the first waveguide, and the optical signal having a first n 1 order mode 1 waveguide propagates, the (n 1 + m) of the first waveguide after conversion mode, characterized in that for multiplexing the optical signal having the mode multiplexer vessel.
前記第1導波路は、前記高さにおいて、第n1次モード(n1は正の整数)を有する光信号及び第(n1+m)次モード(mは正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、
前記第2導波路は、前記高さにおいて、前記第1導波路の第(n1+m)次モードと結合可能である第n2次モード(n2はn1+mと異なる正の整数)を有する光信号を伝搬可能である幅及び比屈折率差に設定され、
前記第1導波路と前記第2導波路とを所定の導波路間隔および相互作用長をもって近接した状態で並行させたモード分波部をさらに備え、
前記第1導波路の第(n1+m)次モードの実効屈折率は、前記第2導波路の第n2次モードの実効屈折率とほぼ一致し、かつ前記第1導波路の第n1次モードの実効屈折率と異なり、
前記モード分波部は、前記第1導波路が伝搬する第(n1+m)次モードを有する光信号を、前記第2導波路の第n2次モードを有する光信号に変換し、前記第1導波路が伝搬する第n1次モードを有する光信号及び第(n1+m)次モードを有する光信号から、変換後の前記第2導波路の第n2次モードを有する光信号を分波する
ことを特徴とするモード分波器。 A mode duplexer having a first waveguide and a second waveguide, each having a rectangular cross section and the same height,
Wherein the first waveguide in the height (in m positive integer) optical signal and the (n 1 + m) The following mode the n 1-order mode (n 1 is a positive integer) having an optical signal having a Set to the width and relative refractive index difference that can propagate,
The second waveguide has an n second- order mode (n 2 is a positive integer different from n 1 + m) that can be coupled with the (n 1 + m) -th mode of the first waveguide at the height. Set to a width and relative refractive index difference capable of propagating an optical signal having,
A mode demultiplexing unit in which the first waveguide and the second waveguide are arranged in parallel with each other with a predetermined waveguide interval and interaction length;
The effective refractive index of the (n 1 + m) th order mode of the first waveguide substantially matches the effective refractive index of the n second order mode of the second waveguide, and the n 1st order of the first waveguide. Unlike the effective refractive index of the next mode,
The mode demultiplexing unit converts an optical signal having the (n 1 + m) th order mode propagating in the first waveguide into an optical signal having the n second order mode of the second waveguide, and The optical signal having the n second- order mode of the second waveguide after conversion is separated from the optical signal having the n-th first- order mode propagating in one waveguide and the optical signal having the (n 1 + m) -th order mode. A mode duplexer characterized by wave.
前記第1導波路に第n1次モードを有する光信号を出力する第1送信機と、
前記第2導波路に第n2次モードを有する光信号を出力する第2送信機と、
を備えることを特徴とする光送信装置。 A mode multiplexer according to any one of claims 1 to 3,
A first transmitter for outputting an optical signal having an n 1st- order mode to the first waveguide;
A second transmitter that outputs an optical signal having an n second- order mode to the second waveguide;
An optical transmission device comprising:
前記第1導波路から第n1次モードを有する光信号を入力される第1受信機と、
前記第2導波路から第n2次モードを有する光信号を入力される第2受信機と、
を備えることを特徴とする光受信装置。 A mode duplexer according to any one of claims 4 to 6,
A first receiver for inputting an optical signal having a first n 1 order mode from said first waveguide,
A second receiver that receives an optical signal having an n second- order mode from the second waveguide;
An optical receiving device comprising:
請求項8に記載の光受信装置と、
前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、前記第1導波路の第n1次モードを有する光信号及び前記第1導波路の第(n1+m)次モードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、
を備えることを特徴とする光通信システム。 An optical transmitter according to claim 7;
An optical receiver according to claim 8,
The optical transmitter and the optical receiver are connected to transmit an optical signal having the n first- order mode of the first waveguide and an optical signal having the (n 1 + m) -th mode of the first waveguide. A multimode optical fiber;
An optical communication system comprising:
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