JP6182098B2 - Mode separation device, mode multiplexing device, mode separation system, and mode multiplexing system - Google Patents
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Description
本発明は、光通信分野におけるモード多重及び分離技術に関する。 The present invention relates to a mode multiplexing and demultiplexing technique in the field of optical communication.
近年、光ファイバ通信では、伝送容量を従来よりも増大させるための技術として、波長多重及び偏波多重に加えて、空間多重(モード多重)伝送技術が注目されている。シングルモードファイバ(SMF:Single-mode Fiber)を用いた既存の光ネットワークは、SMF内で伝送される波長多重光信号から必要な数の波長の光信号を分離し、また、波長多重光信号に対して必要な数の波長の光信号を多重することが可能な光波長多重分離装置によって構成されている。 In recent years, in optical fiber communication, spatial multiplexing (mode multiplexing) transmission technology has attracted attention in addition to wavelength multiplexing and polarization multiplexing as a technology for increasing the transmission capacity compared to the prior art. An existing optical network using a single-mode fiber (SMF) separates an optical signal having a required number of wavelengths from a wavelength-multiplexed optical signal transmitted in the SMF, and converts it into a wavelength-multiplexed optical signal. On the other hand, it is constituted by an optical wavelength demultiplexing device capable of multiplexing optical signals of a necessary number of wavelengths.
将来、モード多重伝送技術がネットワークに対して適用された場合、波長多重光信号と同様、各ネットワーク拠点では、モード多重光信号から必要な数のモードの光信号を分離し、また、モード多重光信号に対して必要な数のモードの光信号を多重できることが求められる。このようなモード多重及び分離を行うための技術として、これまでに、非特許文献1及び2に記載のような技術が知られている。非特許文献1には、モード変換器によって生成されたモードの光をビームスプリッタ(BS)によって多重する技術が記載されている。非特許文献2のように体積ホログラムを用いて任意の角度方向へ特定のモードの光を空間的に分離する技術が記載されている。
In the future, when the mode multiplexing transmission technology is applied to the network, each network base separates the required number of mode optical signals from the mode multiplexed optical signal, and the mode multiplexed optical, as well as the wavelength multiplexed optical signal. It is required that a required number of modes of optical signals can be multiplexed with the signal. As techniques for performing such mode multiplexing and separation, techniques described in
しかし、上述の従来技術では、光波長多重分離装置のように、低損失でかつ低クロストークを実現可能なモードの多重及び分離は実現されてない。ここで、図1は、従来のモード多重装置の構成例を示す図である。図1のモード多重装置10では、多重すべきモードの数だけ用意されたSMFから出射される光信号を、モード変換器によって所望のモードへそれぞれ変換する。その後、モード変換器から出力される複数のモードの光信号を、複数のビームスプリッタ(BS)を用いて1本のビームに合波し、得られたビームを伝送用のマルチモードファイバ(MMF:Multi-mode Fiber)へ結合する。このようにして、複数のモードの光信号を多重して1本の光ファイバで伝送することが可能である。
However, in the above-described prior art, multiplexing and demultiplexing of modes capable of realizing low loss and low crosstalk is not realized unlike the optical wavelength demultiplexing device. Here, FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional mode multiplexing apparatus. In the
モード多重装置10では、各モードの光信号には、1つのBSを通過するごとに約3dBのパワーの損失が生じるため、光信号が通過するBSの数は少ないことが望ましい。しかしながら、モード多重装置10では、多重すべきモードの数の増加に伴って必要なBSの数も増加する結果、1モードあたり(通過するBSの数)×3dBのパワーの損失が生じてしまう。なお、このようなパワーの損失は、モードの多重だけでなくモードの分離を行う際にも、必要となるBSの数の増加に伴って同様に生じうる。
In the
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、モード分離装置及びモード多重装置において光信号のモード多重及び分離を行う際に生じる損失を低減する技術を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems. An object of the present invention is to provide a technique for reducing a loss that occurs when mode multiplexing and demultiplexing of an optical signal is performed in a mode demultiplexer and a mode demultiplexer.
本発明は、例えば、モード分離装置として実現できる。本発明の一態様の係るモード分離装置は、入射した光を、第1の光路の方向へ透過する光と第2の光路の方向へ反射する光とに分割する第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタを透過して前記第1の光路を伝搬してきた光が入射し、かつ、前記第1のビームスプリッタで反射して前記第2の光路を伝搬してきた光が、前記第1の光路を伝搬してきた光とは異なる方向から入射する位置に設けられ、前記第1の光路を伝搬してきた光を、第1の出力ポートの方向へ反射する光と第2の出力ポートの方向へ透過する光とに分割し、前記第2の光路を伝搬してきた光を、前記第1の出力ポートの方向へ透過する光と前記第2の出力ポートの方向へ反射する光とに分割する第2のビームスプリッタであって、前記第1及び第2の光路を伝搬してきた光を合波して出力する、前記第2のビームスプリッタと、前記第1または第2の光路上に設けられ、前記第1または第2の光路を伝搬する光の空間分布を、予め定められた軸に対して反転させる反転手段と、を備え、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が変化しない第1のモードの光と、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が反転する第2のモードの光とが、多重された状態で前記第1のビームスプリッタに対して前記第1の光路の方向へ入射され、前記第1及び第2のモードの光は、前記第2のビームスプリッタによる合波によって、分離された状態で前記第1及び第2の出力ポートからそれぞれ出力されることを特徴とする。 The present invention can be realized as a mode separation device, for example. The mode separation device according to one aspect of the present invention includes a first beam splitter that divides incident light into light that is transmitted in the direction of the first optical path and light that is reflected in the direction of the second optical path; The light transmitted through the first beam splitter and propagating through the first optical path is incident, and the light reflected by the first beam splitter and propagated through the second optical path is transmitted through the first beam splitter. The light that is provided at a position that is incident from a different direction from the light that has propagated through the first optical path and reflects the light that has propagated through the first optical path toward the first output port and the direction of the second output port The light that has propagated through the second optical path is divided into light that is transmitted in the direction of the first output port and light that is reflected in the direction of the second output port. A second beam splitter, wherein the first and second optical paths A spatial distribution of light propagating through the first or second optical path provided on the second beam splitter and the first or second optical path for combining and outputting the propagated light, Reversing means for reversing with respect to a predetermined axis, and when the spatial distribution is reversed by the reversing means, the light in the first mode in which the phase distribution does not change, and the spatial distribution is reversed by the reversing means. In this case, the light of the second mode whose phase distribution is reversed is incident on the first beam splitter in the direction of the first optical path in a multiplexed state, and the light of the first mode and the second mode is incident on the first beam splitter. The light is output from the first and second output ports in a separated state by the multiplexing by the second beam splitter.
本発明は、例えば、モード多重装置として実現できる。本発明の一態様の係るモード多重装置は、第1の光路の方向へ入射した光を、前記第1の光路の方向へ透過する光と第2の光路の方向へ反射する光とに分割し、前記第2の光路の方向へ入射した光を、前記第1の光路の方向へ反射する光と前記第2の光路の方向へ透過する光とに分割する第1のビームスプリッタと、前記第1のビームスプリッタを透過して前記第1の光路を伝搬してきた光が入射し、かつ、前記第1のビームスプリッタで反射して前記第2の光路を伝搬してきた光が、前記第1の光路を伝搬してきた光とは異なる方向から入射する位置に設けられ、前記第1の光路を伝搬してきた光を、第1の出力ポートの方向へ反射する光と第2の出力ポートの方向へ透過する光とに分割し、前記第2の光路を伝搬してきた光を、前記第1の出力ポートの方向へ透過する光と前記第2の出力ポートの方向へ反射する光とに分割する第2のビームスプリッタであって、前記第1及び第2の光路を伝搬してきた光を合波して出力する、前記第2のビームスプリッタと、前記第1または第2の光路上に設けられ、前記第1または第2の光路を伝搬する光の空間分布を、予め定められた軸に対して反転させる反転手段と、を備え、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が変化しない第1のモードの光が、前記第1のビームスプリッタに対して前記第1の光路の方向へ入射され、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が反転する第2のモードの光が、前記第1のビームスプリッタに対して前記第2の光路の方向へ入射され、前記第1及び第2のモードの光は、前記第2のビームスプリッタによる合波によって、多重された状態で前記第1の出力ポートから出力されることを特徴とする。 The present invention can be realized as a mode multiplexing device, for example. The mode multiplexing device according to one aspect of the present invention divides light incident in the direction of the first optical path into light that is transmitted in the direction of the first optical path and light that is reflected in the direction of the second optical path. A first beam splitter that splits light incident in the direction of the second optical path into light reflected in the direction of the first optical path and light transmitted in the direction of the second optical path; The light transmitted through the first beam splitter and propagating through the first optical path is incident, and the light reflected by the first beam splitter and transmitted through the second optical path is transmitted through the first optical path. It is provided at a position that is incident from a different direction from the light that has propagated through the optical path, and reflects the light that has propagated through the first optical path toward the first output port and the second output port. The light that has been divided into transmitted light and propagated through the second optical path is converted into the first light. A second beam splitter that divides the light transmitted in the direction of the output port and the light reflected in the direction of the second output port, and combines the light propagating through the first and second optical paths; The spatial distribution of the light propagating through the first or second optical path provided on the second beam splitter and the first or second optical path is output with respect to a predetermined axis. Reversing means for reversing the light, and the first mode light whose phase distribution does not change when the spatial distribution is reversed by the reversing means is directed in the direction of the first optical path with respect to the first beam splitter. And the second mode light whose phase distribution is inverted when the spatial distribution is inverted by the inverting means is incident on the first beam splitter in the direction of the second optical path, and The light in the first and second modes is By multiplexing by second beam splitter, and wherein the output from said first output port in a multi-state.
本発明によれば、モード分離装置及びモード多重装置において光信号のモード多重及び分離を行う際に生じる損失を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the loss which arises when performing mode multiplexing and isolation | separation of an optical signal in a mode separation apparatus and a mode multiplexing apparatus can be reduced.
以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, components that are not necessary for the description of the embodiments are omitted from the drawings.
<概要>
本発明の実施形態では、マッハツェンダ干渉計(例えば、非特許文献3を参照。)をモードの多重及び分離に利用することを特徴としている。具体的には、マッハツェンダ干渉計における2つの光路のうちの一方の光路に対して、伝搬する光の空間分布を予め定められた軸に対して反転させる機能(以下、「像反転機能」とも称する。)を付加する。これにより、マッハツェンダ干渉計に入力(入射)される光に対して、原理的に損失を生じさせることなくモードの多重及び分離を行うことが可能になる。
<Overview>
The embodiment of the present invention is characterized in that a Mach-Zehnder interferometer (for example, see Non-Patent Document 3) is used for mode multiplexing and demultiplexing. Specifically, with respect to one of the two optical paths in the Mach-Zehnder interferometer, a function for inverting the spatial distribution of the propagating light with respect to a predetermined axis (hereinafter also referred to as “image inversion function”). .) Is added. As a result, it is possible to multiplex and separate modes without causing any loss in principle for light input (incident) to the Mach-Zehnder interferometer.
そこで、まず図2を参照して、マッハツェンダ干渉計の動作原理について説明する。図2に示すように、マッハツェンダ干渉計20では、入力ポートから入力され、ビームスプリッタ(BS)1に入射した光は、透過光と反射光に分割され、2つの光路(光路1及び光路2)をそれぞれ伝搬する。更に、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光は、BS2で再び合波されて干渉する。
First, the operation principle of the Mach-Zehnder interferometer will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, in the Mach-Zehnder
マッハツェンダ干渉計20では、BS2で合波される際の2つの光の位相差に依存して、干渉の効果により出力ポートA及びBから出射される光のパワーが変化する。ここで、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートAから出射する際の2つの光の位相差が0の場合、出力ポートAでは、2つの光が同位相となって強め合う。この場合、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートBから出射する際の2つの光の位相差はπとなるため、出力ポートBでは、2つの光が逆位相となって弱め合う(打ち消し合う)。その結果、原理的には出力ポートAのみから光が出射し、出力ポートBからは光は出射しない(即ち、出力ポートBから出射する光の強度は0となる)。
In the Mach-
一方、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートAから出射する際の2つの光の位相差がπの場合、出力ポートAでは、2つの光が逆位相となって弱め合う(打ち消し合う)。この場合、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートBから出射する際の2つの光の位相差は0となるため、出力ポートBでは、2つの光が同位相となって強め合う。その結果、原理的には出力ポートBのみから光が出射し、出力ポートAからは光は出射しない(即ち、出力ポートAから出射する光の強度は0となる)。
On the other hand, when the phase difference between the two lights propagating through the
本実施形態では、上述のマッハツェンダ干渉計の特性を、モードの多重及び分離に利用する。具体的には、マッハツェンダ干渉計に2つのモードの光を入力した場合に、一方のモード(第1のモード)については、光路1及び2(第1及び第2の光路)をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートAから出射する際の2つの光の位相差は0となるようにする。他方のモード(第2のモード)については、光路1及び2をそれぞれ伝搬した2つの光が出力ポートAから出射する際の2つの光の位相差はπとなるようにする。その結果、第1のモードの光は出力ポートAからのみ出射し、第2のモードの光は出力ポートBからのみ出射することになり、原理的に損失を生じさせることなくモードの分離を実現できる。
In the present embodiment, the characteristics of the Mach-Zehnder interferometer described above are used for mode multiplexing and separation. Specifically, when two modes of light are input to the Mach-Zehnder interferometer, for one mode (the first mode), the
本実施形態では、マッハツェンダ干渉計をモード分離装置として機能させるために、図3(A)に示すように、マッハツェンダ干渉計の光路2に対して像反転機能を付加する。更に、第1のモードとして、像反転機能により光の空間分布が反転した場合に位相分布が変化しないモードを選択し、第2のモードとして、像反転機能により空間分布が反転した場合に位相分布が反転するモードを選択する。これにより、第1のモードについては、光路1及び2からの2つの光が出力ポートAから出射する際の位相差を0とする一方で、第2のモードについては、光路1及び2からの2つの光が出力ポートAから出射する際の位相差をπとすることを実現できる。
In this embodiment, in order to make the Mach-Zehnder interferometer function as a mode separation device, an image inversion function is added to the optical path 2 of the Mach-Zehnder interferometer, as shown in FIG. Further, as the first mode, a mode in which the phase distribution does not change when the spatial distribution of light is inverted by the image inversion function is selected, and as the second mode, the phase distribution is acquired when the spatial distribution is inverted by the image inversion function. Select the mode in which is reversed. Thus, for the first mode, the phase difference when the two lights from the
また、図3(B)に示すように、マッハツェンダ干渉計をモード分離装置としても機能させる場合と同様の構成で、マッハツェンダ干渉計をモード多重装置としても機能させることが可能である。この場合、BS1に対して光路1の方向へ、上述の第1のモードの光を入射させ、BS1に対して光路2の方向へ、上述の第2のモードの光を入射させればよい。その結果、光路2からBS2を透過する方向の出力ポートに、これら第1及び第2のモードの光が多重された状態で出射する。
Further, as shown in FIG. 3B, the Mach-Zehnder interferometer can function as a mode multiplexing device with the same configuration as when the Mach-Zehnder interferometer functions as a mode separation device. In this case, the first mode light may be incident on the
<モード分離>
次に、図4は、一実施形態に係るモード分離装置の構成及び動作の一例を示す図である。図4に示すように、モード分離装置40は、上述のように、マッハツェンダ干渉計の構成に対して、光路2に像反転機能を付加したものに相当する。本実施形態では、像反転機能は、光路2を伝搬する光の空間分布を、後述するように予め定められた軸に対して反転させる機能に相当する。この像反転機能は、例えば図5に示すように、光路2を伝搬する光を順に反射させる複数のミラー(ミラーM2及びM3)によって実現できる。以下では、図5を参照して、モード分離装置40の構成についてより具体的に説明する。
<Mode separation>
Next, FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration and operation of the mode separation device according to the embodiment. As shown in FIG. 4, the
モード分離装置40は、BS1及びBS2と、光路1上のミラーM1及び光路2上のミラーM2と、光路2上に設けられた像反転部50とを備える。BS1は、入射した光(入力された光)を、光路1の方向へ透過する光と光路2の方向へ反射する光とに分割する。BS2は、BS1を透過して光路1を伝搬してきた光が入射する位置であり、かつ、BS1で反射して光路2を伝搬してきた光が、光路1を伝搬してきた光とは異なる方向から入射する位置に設けられている。BS2は、光路1を伝搬してきた光を、出力ポートAの方向へ反射する光と出力ポートBの方向へ透過する光とに分割する。更に、BS2は、光路2を伝搬してきた光を、出力ポートAの方向へ透過する光と出力ポートBの方向へ反射する光とに分割する。このようにして、BS2は、光路1及び2を伝搬してきた光を合波して出力する。像反転部50は、光路2上に設けられ、光路2を伝搬する光に対する像反転を行う。光路1と2及びそれらの合波部に設けられる、ミラーM1とM2とM3及びBS2の反射により、光路1を伝搬してきた光と光路2を伝搬してきた光は同一の位置と角度で出力ポートA及び出力ポートBへ出射し、両出力ポートにおいて干渉する。
The
また、モード分離装置40では、BS1とBS2との間の、光路1及び2の光路差は、光路1及び2をそれぞれ伝搬してきた、上述の第1のモードの2つの光が出力ポートAで合波される際の、当該2つの光の位相差が0となるように調整される(定められる)。
Further, in the
モード分離装置40では、上述の第1及び第2のモード光が、多重された状態で、BS1に対して光路1の方向へ入射される。その結果、第1及び第2のモードの光は、光路1及び2を伝搬し、BS2による合波によって、分離された状態で出力ポートA及びBからそれぞれ出力される。
In the
ここで、図5は、伝送用ファイバから、同一の伝搬モード(LPモード)のaモード及びbモードである、LP11a及びLP11bの2つのモードの光が、モード分離装置40に入力される場合を一例として示している。なお、LP11a及びLP11bは、同一の伝搬モードにおける縮退している2つのモードに相当する。
Here, FIG. 5 shows a case where light of two modes, LP11a and LP11b, which are a mode and b mode of the same propagation mode (LP mode), is input to the
また、像反転部50は、水平方向への像反転機能を有しており、即ち、図5に示すように、垂直方向に沿った軸に対して、LP11a及びLP11bモードの光の空間分布をそれぞれ反転させる。その結果、第1のモードに相当するLP11aモードの光は、像反転の前後で位相分布が変化せず、第2のモードに相当するLP11bモードの光は、像反転によって位相分布が反転する。このように、像反転部50による像反転に用いられる軸は、LP11aモード(第1のモード)の光の空間分布を軸に対して反転させた場合に光の位相分布が変化せず、かつ、LP11bモード(第2のモード)の光の空間分布を軸に対して反転させた場合に光の位相分布が反転するように定められている。
Further, the
これにより、LP11aモードの光がBS2(出力ポートA)で合波される際の、光路1及び2からの2つの光は同位相となり、互いに強め合いながら出力される。一方、出力ポートBでは、これら2つの光は逆位相となるため、出力ポートBからの出力は0となる。また、LP11bモードの光がBS2(出力ポートA)で合波される際の、光路1及び2からの2つの光は逆位相となり、出力ポートAからの出力は0となる。一方、出力ポートBでは、これら2つの光は同位相となり、互いに強め合いながら出力される。
As a result, when the LP11a mode light is multiplexed at BS2 (output port A), the two lights from the
このように、本実施形態によれば、同一LPモードのaモード及びbモードである、LP11a及びLP11bの2つモードの光を、原理的に損失を生じさせることなく分離することが可能である。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to separate light of two modes of LP11a and LP11b, which are a mode and b mode of the same LP mode, without causing any loss in principle. .
なお、像反転部50による像反転は、光路1及び2に設けられるミラーと、BS1及びBS2とによる光の反射回数を制御することによって実現されうる。具体的には、BS1に入射した光が出力ポートAまたはBから出力されるまでの、BS1及びBS2とミラーとによる光路1における反射回数と、BS1及びBS2とミラーとによる光路2における反射回数との差分が奇数となるように定められる。例えば、図5では、出力ポートAから出射される光は、光路1では2回、光路2では3回反射するため、反射回数の差分は1(奇数)となっている。また、出力ポートBから出射される光は、光路1では1回、光路2では4回反射するため、反射回数の差分は3(奇数)となっている。
Note that image reversal by the
また、モード分離装置40は、LP11a及びLP11bモードに限らず、同一のLPモードのa及びbモードの組み合わせであれば、同様にモードの分離を実現できる。これは、図6に示すように、同一のLPモード(図6では、LP11、LP21及びLP31モード)のa及びbモードの光に対して像反転を行った場合、a及びbモードの一方の光は位相分布が変化せず、他方は位相分布が反転する。したがって、LP11a及びLP11bモードに限らず、同一のLPモードのa及びbモードの組み合わせであれば、モード分離装置40によって原理的に損失を生じさせることなくモードの分離を行うことが可能である。
In addition, the
また、モード分離装置40は、LP11a及びLP11bモードのように同一のLPモードにおける縮退している2つのモードだけでなく、異なるLPモードについても、同様にモードの分離を実現できる。図7は、異なるLPモードの例として、LP11及びLP21モードの分離をモード分離装置40によって行う例を示している。図7に示すように、LP11及びLP21モードの光に対して像反転を行った場合、LP11モードの光は位相分布が変化せず、LP21モードの光は位相分布が反転する。このように、像反転により一方のモードの光には位相分布の変化が生じず、他方のモードの光に位相分布の反転が生じる組み合わせであれば、異なるLPモードの組み合わせであっても原理的に損失を生じさせることなくモードの分離を行うことが可能である。
Further, the
<モード多重>
次に、図8は、一実施形態に係るモード多重装置の構成及び動作の一例を示す図である。図8に示すように、モード分離装置80は、上述のように、マッハツェンダ干渉計の構成に対して、光路2に像反転機能を付加したものに相当し、モード分離装置40の入力と出力とを入れ替えたものに相当する。
<Mode multiplexing>
Next, FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the configuration and operation of the mode multiplexing apparatus according to an embodiment. As shown in FIG. 8, the
モード多重装置80では、上述の第1のモード光が、BS1に対して光路1の方向に(入力ポートAから)入射され、上述の第2のモード光が、BS1に対して光路2の方向に(入力ポートBから)入射される。その結果、第1及び第2のモードの光は、光路1及び2を伝搬し、BS2による合波によって、多重された状態で(光路2からBS2を透過する方向の)出力ポートから出力される。
In the
本実施形態によれば、モード分離の場合と同様、原理的に損失を生じさせることなく、同一のLPモードのa及びbモード、並びに異なるLPモードについてモードの多重(合波)を行うことが可能である。 According to the present embodiment, as in the case of mode separation, mode multiplexing (multiplexing) can be performed for the a and b modes of the same LP mode and different LP modes without causing loss in principle. Is possible.
<他の実施形態>
上述の実施形態で説明したモード分離装置40及びモード多重装置80を複数用いることによって、3つ以上のモードの光の分離及び多重を行うことが可能である。図9は、複数のモードの光が伝搬可能な光ファイバ(マルチモードファイバ(MMF))から出射される、5つのモード(LP01,LP11a,LP11b,LP21a,LP21b)の光を分離するモード分離システムの例を示している。なお、図9では、モード分離装置40を像反転MZI(マッハツェンダ干渉計)として示している。
<Other embodiments>
By using a plurality of
図9に示すモード分離システムは、2つの像反転MZI40に加えて、5つのモードの光を、異なるLPモードの数に相当する数の光に分割するためのBS91及びBS92を備える。BS91及びBS92で分割された(分岐した)光は、2つの像反転MZI40に入力される。これにより、同一LPモードのa及びbモードの光を、原理的に損失を生じさせることなく分離して出力できる。
In addition to the two
また、図9に示すモード分離システムの入力と出力とを入れ替えることによって、図10に示すように、5つのモード(LP01,LP11a,LP11b,LP21a,LP21b)の光を多重するモード多重システムを実現できる。図10に示すモード多重システムは、5つのモードの光のうち、同一LPモードのa及びbモードの光を、原理的に損失を生じさせることなく多重(合波)して、多重された光をMMFに出力できる。 Further, by switching the input and output of the mode separation system shown in FIG. 9, a mode multiplexing system that multiplexes light of five modes (LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b) is realized as shown in FIG. it can. The mode multiplexing system shown in FIG. 10 multiplexes (multiplexes) the light of the same LP mode a and b mode out of the five modes of light without causing any loss in principle. Can be output to the MMF.
更に、図11に示すように、複数の像反転MZI40を多段に設ける(接続する)ことによって、同一LPモードのa及びbモードだけでなく異なるLPモードについても、BSを用いることなく分離できる。これにより、MMF内を伝搬する複数のモードの光を原理的に損失を生じさせることなく分離することが可能である。
Furthermore, as shown in FIG. 11, by providing (connecting) a plurality of
上述の種々の実施形態は、光ファイバの空間利用効率の向上によって伝送容量の拡大を図る、空間多重(モード多重)伝送技術の実現に貢献しうる。これらの実施形態を用いることで、光ファイバ中の各モードについて独立した信号を変復調することが可能になる。その結果、理論的な通信容量は、(1モード当たりの伝送容量)×(モード数)となり、光ネットワークの大容量化を見込める。 The various embodiments described above can contribute to the realization of a spatial multiplexing (mode multiplexing) transmission technique that increases the transmission capacity by improving the space utilization efficiency of the optical fiber. By using these embodiments, it is possible to modulate and demodulate independent signals for each mode in the optical fiber. As a result, the theoretical communication capacity is (transmission capacity per mode) × (number of modes), and an increase in the capacity of the optical network can be expected.
また、上述の種々の実施形態で説明したモード多重分離技術によれば、各ネットワーク拠点において、モード多重光信号から必要な数のモードの光信号を分離し、また、モード多重光信号に対して必要な数のモードの光信号を多重できる。即ち、従来の波長多重光信号における波長と同様に、モード多重光信号におけるモードを扱うことが可能になる。 In addition, according to the mode demultiplexing technique described in the various embodiments described above, a required number of modes of optical signals are separated from the mode multiplexed optical signal at each network site, and the mode multiplexed optical signal is separated from the mode multiplexed optical signal. A required number of modes of optical signals can be multiplexed. That is, it is possible to handle the mode in the mode multiplexed optical signal in the same manner as the wavelength in the conventional wavelength multiplexed optical signal.
Claims (19)
前記第1のビームスプリッタを透過して前記第1の光路を伝搬してきた光が入射し、かつ、前記第1のビームスプリッタで反射して前記第2の光路を伝搬してきた光が、前記第1の光路を伝搬してきた光とは異なる方向から入射する位置に設けられ、前記第1の光路を伝搬してきた光を、第1の出力ポートの方向へ反射する光と第2の出力ポートの方向へ透過する光とに分割し、前記第2の光路を伝搬してきた光を、前記第1の出力ポートの方向へ透過する光と前記第2の出力ポートの方向へ反射する光とに分割する第2のビームスプリッタであって、前記第1及び第2の光路を伝搬してきた光を合波して出力する、前記第2のビームスプリッタと、
前記第1または第2の光路上に設けられ、前記第1または第2の光路を伝搬する光の空間分布を、予め定められた軸に対して反転させる反転手段と、を備え、
前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が変化しない第1のモードの光と、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が反転する第2のモードの光とが、多重された状態で前記第1のビームスプリッタに対して前記第1の光路の方向へ入射され、
前記第1及び第2のモードの光は、前記第2のビームスプリッタによる合波によって、分離された状態で前記第1及び第2の出力ポートからそれぞれ出力される
ことを特徴とするモード分離装置。 A first beam splitter that divides incident light into light that is transmitted in the direction of the first optical path and light that is reflected in the direction of the second optical path;
The light transmitted through the first beam splitter and propagating through the first optical path is incident, and the light reflected by the first beam splitter and propagated through the second optical path is transmitted through the first beam splitter. The light that is provided at a position that is incident from a different direction from the light that has propagated through the first optical path and reflects the light that has propagated through the first optical path toward the first output port and the second output port. The light that is transmitted in the direction is divided, and the light that has propagated through the second optical path is divided into light that is transmitted in the direction of the first output port and light that is reflected in the direction of the second output port A second beam splitter that combines and outputs the light propagating through the first and second optical paths; and
Reversing means provided on the first or second optical path and for reversing the spatial distribution of light propagating through the first or second optical path with respect to a predetermined axis,
The first mode light whose phase distribution does not change when the spatial distribution is inverted by the inverting means and the second mode light whose phase distribution is inverted when the spatial distribution is inverted by the inverting means are multiplexed. Is incident on the first beam splitter in the direction of the first optical path,
The first and second mode lights are respectively output from the first and second output ports in a separated state by multiplexing by the second beam splitter. .
ことを特徴とする請求項1に記載のモード分離装置。 The optical path difference between the first and second optical paths between the first and second beam splitters is that the two lights in the first mode that have propagated through the first and second optical paths, respectively, The mode separation device according to claim 1, wherein the phase difference between the two lights when combined at the first output port is determined to be zero.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のモード分離装置。 The axis used for reversing the spatial distribution of light by the reversing means is such that the phase distribution of light does not change when the spatial distribution of light in the first mode is reversed with respect to the axis, and the second The mode separation device according to claim 1, wherein the phase distribution of the light is determined to be reversed when the spatial distribution of the light in the mode is reversed with respect to the axis.
ことを特徴とする請求項4に記載のモード分離装置。 The number of mirrors provided in the inverting means is such that the light incident on the first beam splitter is output from the first or second output port and the first and second beam splitters and the first beam splitter. The number of reflections in the first optical path by the mirror provided on the first optical path, and the second frequency by the first and second beam splitters and the mirror provided on the second optical path. The mode separation device according to claim 4, wherein the difference from the number of reflections in the optical path is determined to be an odd number.
前記3つ以上のモードの光を、前記3つ以上のモードのうちで異なる伝搬モードの数に相当する数の光に分割するための複数のビームスプリッタと、
請求項1から8のいずれか1項に記載の、複数のモード分離装置と、を備え、
前記複数のビームスプリッタによって分割された光は、前記複数のモード分離装置のそれぞれの第1のビームスプリッタに入射し、
前記複数のモード分離装置は、それぞれ異なる伝搬モードにおける縮退している2つのモードの光を分離して出力する
ことを特徴とするモード分離システム。 A mode separation system that separates three or more modes of light,
A plurality of beam splitters for dividing the light of the three or more modes into a number of lights corresponding to the number of different propagation modes of the three or more modes;
A plurality of mode separation devices according to any one of claims 1 to 8,
The light split by the plurality of beam splitters is incident on the first beam splitter of each of the plurality of mode separation devices,
The plurality of mode separation devices separate and output light of two degenerated modes in different propagation modes.
請求項1から8のいずれか1項に記載の、複数のモード分離装置を備え、
前記複数のモード分離装置は、多段に設けられており、それぞれ異なるモードの2つの光を順に分離して出力する
ことを特徴とするモード分離システム。 A mode separation system that separates three or more modes of light,
A plurality of mode separation devices according to any one of claims 1 to 8,
The mode separation system, wherein the plurality of mode separation devices are provided in multiple stages, and sequentially separate and output two lights of different modes.
前記第1のビームスプリッタを透過して前記第1の光路を伝搬してきた光が入射し、かつ、前記第1のビームスプリッタで反射して前記第2の光路を伝搬してきた光が、前記第1の光路を伝搬してきた光とは異なる方向から入射する位置に設けられ、前記第1の光路を伝搬してきた光を、第1の出力ポートの方向へ反射する光と第2の出力ポートの方向へ透過する光とに分割し、前記第2の光路を伝搬してきた光を、前記第1の出力ポートの方向へ透過する光と前記第2の出力ポートの方向へ反射する光とに分割する第2のビームスプリッタであって、前記第1及び第2の光路を伝搬してきた光を合波して出力する、前記第2のビームスプリッタと、
前記第1または第2の光路上に設けられ、前記第1または第2の光路を伝搬する光の空間分布を、予め定められた軸に対して反転させる反転手段と、を備え、
前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が変化しない第1のモードの光が、前記第1のビームスプリッタに対して前記第1の光路の方向へ入射され、前記反転手段で空間分布が反転した場合に位相分布が反転する第2のモードの光が、前記第1のビームスプリッタに対して前記第2の光路の方向へ入射され、
前記第1及び第2のモードの光は、前記第2のビームスプリッタによる合波によって、多重された状態で前記第1の出力ポートから出力される
ことを特徴とするモード多重装置。 Light that is incident in the direction of the first optical path is divided into light that is transmitted in the direction of the first optical path and light that is reflected in the direction of the second optical path, and is incident in the direction of the second optical path A first beam splitter that splits light into light reflected in the direction of the first optical path and light transmitted in the direction of the second optical path;
The light transmitted through the first beam splitter and propagating through the first optical path is incident, and the light reflected by the first beam splitter and propagated through the second optical path is transmitted through the first beam splitter. The light that is provided at a position that is incident from a different direction from the light that has propagated through the first optical path and reflects the light that has propagated through the first optical path toward the first output port and the second output port. The light that is transmitted in the direction is divided, and the light that has propagated through the second optical path is divided into light that is transmitted in the direction of the first output port and light that is reflected in the direction of the second output port A second beam splitter that combines and outputs the light propagating through the first and second optical paths; and
Reversing means provided on the first or second optical path and for reversing the spatial distribution of light propagating through the first or second optical path with respect to a predetermined axis,
The light of the first mode whose phase distribution does not change when the spatial distribution is reversed by the reversing means is incident on the first beam splitter in the direction of the first optical path, and the spatial distribution is obtained by the reversing means. The second mode light whose phase distribution is inverted when is inverted is incident on the first beam splitter in the direction of the second optical path,
The mode multiplexing device, wherein the light in the first and second modes is output from the first output port in a multiplexed state by multiplexing by the second beam splitter.
ことを特徴とする請求項11に記載のモード多重装置。 The optical path difference between the first and second optical paths between the first and second beam splitters is that the two lights in the first mode that have propagated through the first and second optical paths, respectively, The mode multiplexing device according to claim 11, wherein the phase difference between the two lights when combined at the first output port is determined to be zero.
ことを特徴とする請求項11または12に記載のモード多重装置。 The axis used for reversing the spatial distribution of light by the reversing means is such that the phase distribution of light does not change when the spatial distribution of light in the first mode is reversed with respect to the axis, and the second The mode multiplexing device according to claim 11 or 12, wherein the phase distribution of the light is determined to be reversed when the spatial distribution of the light in the mode is reversed with respect to the axis.
ことを特徴とする請求項14に記載のモード多重装置。 The number of mirrors provided in the inverting means is such that the light incident on the first beam splitter is output from the first or second output port and the first and second beam splitters and the first beam splitter. The number of reflections in the first optical path by the mirror provided on the first optical path, and the second frequency by the first and second beam splitters and the mirror provided on the second optical path. The mode multiplexing apparatus according to claim 14, wherein the difference from the number of reflections in the optical path is determined to be an odd number.
請求項11から18のいずれか1項に記載の、複数のモード多重装置と、
前記複数のモード多重装置から出力された光を合波して出力するための複数のビームスプリッタと、を備え、
前記複数のモード多重装置は、それぞれ異なる伝搬モードにおける縮退している2つのモードの光を多重して出力する
ことを特徴とするモード多重システム。 A mode multiplexing system that multiplexes three or more modes of light,
A plurality of mode multiplexing devices according to any one of claims 11 to 18,
A plurality of beam splitters for combining and outputting the light output from the plurality of mode multiplexing devices,
The plurality of mode multiplexing devices multiplex and output light of two degenerated modes in different propagation modes, respectively.
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