JP6968350B2 - モード合分波器 - Google Patents

Description

本開示は、伝搬モード数が３以上である光ファイバケーブルにおいて伝搬モードそれぞれをキャリアとして利用する多重方法であるモード多重伝送に必要なモード合分波器に関する。

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、実効断面積を拡大した大コアファイバが検討されている（例えば、非特許文献１を参照。）。

しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。そこで、伝送ファイバにマルチモードファイバを用い、伝搬する複数のモードを用いて並列伝送を行うモード多重伝送システムが、飛躍的な大容量化を実現する技術として検討されている（例えば、非特許文献２を参照）。

モード多重伝送システムにおいては、送信機から発せられる複数の信号を別々のモードとして光ファイバ中を伝搬させるため、モード合分波器が提案されている。これまで、空間光学系、ファイバ型、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）型など、様々な方式のモード合分波器が提案されている。中でもＰＬＣ型のモード合分波器は、低損失で広帯域性を有しており、量産性も優れていることが特徴である（例えば、非特許文献３、４を参照）。

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． Ｎ． Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ １０ ｋｍ ｔｗｏ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｅｒ，" ＯＦＣ２０１１， ｐａｐｅｒ ＯＷＡ４ （２０１１） Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ．，"Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｐａｒａｌｌｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｍｏｄｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"、ＯＦＣ２０１２、ＯＴｕ１ｌ．４． Ｎ． Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ， "Ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉ／ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｗｉｔｈ ｐａｒａｌｌｅｌ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"， Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ ｖｏｌ．２２， ｐｐ． ２９３２１−２９３３０ （２０１４） Ｎ．Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＬＣ−ｂａｓｅｄ ｓｉｘ−ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ" ＥＣＯＣ２０１５， ｐａｐｅｒ ＩＤ ０１４５ （２０１５） Ｔ． Ｆｕｊｉｓａｗａ ｅｔ ａｌ．， "Ｓｃｒａｍｂｌｉｎｇ−ｔｙｐｅ ｔｈｒｅｅ−ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｓｃａｄｅｄ Ｙ−ｂｒａｎｃｈ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅ ｒｏｔａｔｏｒ ｏｎ ＰＬＣ ｐｌａｔｆｏｒｍ，" ＯＦＣ２０１７， ｐａｐｅｒ Ｗ１Ｂ．１ （２０１７）

しかしながら、非特許文献３や４に記載の、平行導波路部を用いたモード変換を活用したモード合分波器においては、合波するモード数と同等もしくはそれ以上の数の平行導波路部を設置し、かつ所望のモードを合波するために平行導波路部の導波路間隔及び導波路長を精密に制御しなければならないという課題があった。例えば、非特許文献５に記載の６モード合分波器においては、ＰＬＣの製造時の誤差により、平行導波路部の構造がずれたため、１０ｄＢ以上の損失が生じるモードが存在している。

一方、Ｙ字型合流部を有する３モード合分波器も提案されている（例えば、非特許文献６を参照。）。本構造においては、Ｙ字型合流部においてモードが励振されるため、前述の平行導波路部を用いたモード合波と比較すると、製造誤差を考慮しても低損失にモードが合波できる。

しかし、Ｙ字型合流導波路を用いるモード合分波器の場合、合分波できるモード数が２^Ｎ（Ｎは０以上の整数）であるという制限がある。具体的に説明すると、光ファイバのモード数は、ＬＰモードという縮退モード毎でモード数が離散的に変わり、主には１、３、６、１０モードが伝搬する。
モード数１：ＬＰ０１（シングルモード）
モード数３：ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ
モード数６：ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂ、ＬＰ０２
モード数１０：ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂ、ＬＰ０２、ＬＰ３１ａ、ＬＰ３１ｂ、ＬＰ１２ａ、ＬＰ１２ｂ
つまり、光ファイバのモード数は、２^Ｎでないため、光ファイバのモード数に対応したモード合分波器が必要という課題がＹ字型合流導波路を用いたモード合分波器にはあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、製造が容易で且つ光ファイバのモード数に対応可能なＰＬＣ型のモード合分波器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、本発明に係るモード合分波器は、ＰＬＣ型であって、製造が容易なＹ字型合流導波路と光ファイバの伝搬モード数に対応しやすい平行導波路を組み合わせることとした。

具体的には、本発明に係るモード合分波器は、基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
第１の導波路と第２の導波路とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、前記第１の導波路を伝搬する２以上の導波モードが前記第２の導波路を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、前記第１の導波路を伝搬する導波モードが前記第２の導波路に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部と、
導波モード数が１である２つの導波路を前記第２の導波路へＹ字型に接続する第１のモード合分波部と、
を備えることを特徴とする。

Ｙ字型合流導波路に、寸法制御を精密に制御する平行導波路を１つのみ追加することで、光ファイバの伝搬モード数に対応でき、且つ全て平行導波路で構成するより製造を容易にすることができる。従って、本発明は、製造が容易で且つ光ファイバのモード数に対応可能なＰＬＣ型のモード合分波器を提供することができる。

本発明に係るモード合分波器は、前記平行導波路部の前記第１の導波路に接続するモードスクランブラをさらに備えており、
前記モードスクランブラは、
導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続する第２のモード合分波部を多段に接続する構成であることを特徴とする。第１の導波路にモードスクランブラを接続することで光ファイバの伝搬モード数の増加に対応できる。

本発明に係るモード合分波器は、基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
第１の導波路と第２の導波路とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、前記第１の導波路を伝搬する２以上の導波モードが前記第２の導波路を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、前記第１の導波路を伝搬する導波モードが前記第２の導波路に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部と、
前記平行導波路部の前記第１の導波路に接続する第１のモードスクランブラと、
前記平行導波路部の前記第２の導波路に接続する第２のモードスクランブラと、
をさらに備えており、
前記第１のモードスクランブラは、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部をＮ段（Ｎは２以上の自然数）に接続する構成であり、
前記第２のモードスクランブラは、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部をＭ段（Ｍは２以上の自然数であってＭ≠Ｎ）に接続する構成である
ことを特徴とする。
第２の導波路にもモードスクランブラを接続することで光ファイバの伝搬モード数に柔軟に対応できる。

本発明に係るモード合分波器の前記平行導波路部は、
前記近接区間が前記第１の導波路と前記第２の導波路との間でＬＰ１１ａモードとＥ３１モードとを結合するような導波路間隔及び長さであり、
前記第１の導波路がＬＰ１１ａモードとＬＰ０１モードとを変換するモード変換器を有し、
前記第２の導波路がＥ３１モードとＥ１３モードとを変換するモード変換器を有する
ことを特徴とするとしてもよい。

本発明は、製造が容易で且つ光ファイバのモード数に対応可能なＰＬＣ型のモード合分波器を提供することができる。

本発明に関連する６モード合分波器の構成例を説明する図である。 本発明に関連する平行導波路部における導波路幅の設計例を説明する図である。 本発明に関連するＹ字合流導波路部を有する３モード合波器の構造例を説明する図である。 光ファイバの伝搬モードの電界分布を説明する図である。 本発明に関連する３×２モード合分波器の構成例を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器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。

（関連形態）
図１は、平行導波路部を用いたモード合分波器３００の構成（６モード）を説明する図である。また、図４は、各種モードの電界分布を説明する図である。それぞれのモードを合波するために、少なくとも１つ以上の平行導波路部が必要である。例えば、ＰｏｒｔＸにＬＰ１１ａモードを合波するためにはＰｏｒｔ３につながるＣｏｕｐｌｅｒ１が必要である。また、ＰｏｒｔＸにＬＰ２１ａを合波するためにはＰｏｒｔ４につながるＣｏｕｐｌｅｒ１及びＣｏｕｐｌｅｒ４が必要である。

所望のモードを合波するために、平行導波路部の各導波路構造及び導波路間隔、導波路長を精密に制御する必要がある。しかしながら、ＰＬＣ製造時に発生する構造誤差により、全ての平行導波路部における構造を設計値通りに作成することは、モード数が増加すると極めて困難になると考えられる。また、ＰｏｒｔＸにＬＰ１１ｂモードを合波するためには、図１の右上に記載のＬＰ１１ａモードをＬＰ１１ｂモードに変換するモード回転子（ｍｏｄｅ ｒｏｔａｔｏｒ）が必要となり、構成がさらに複雑となる。

図２（Ａ）は、図１のモード合分波器３００で各モードを合波するための平行導波路部の導波路構造の設計例を説明する図である。各導波路を伝搬するモード間で実効屈折率を一致させる必要がある。例えば、メインの導波路（Ｐｏｒｔ１に接続する導波路）の構造を、高さ及び幅が１０μｍとする（図２（Ｂ））。ＬＰ０１モードからＬＰ１１モードに変換してメイン導波路に合波する他方の平行導波路部は、導波路幅が４μｍである（図２（Ｃ））。ＬＰ１１モードからＬＰ２１ａモードに変換してメイン導波路に合波する他方の平行導波路部は、導波路幅が２μｍである（図２（Ｄ））。ＬＰ０１モードからＬＰ２１ｂまたはＬＰ０２モードに変換してメイン導波路に合波する他方の平行導波路部は、導波路幅が２μｍ未満である（図２（Ｅ））。つまり、平行導波路部ではメイン導波路に対して他方の平行導波路部の導波路幅が狭くなる。このように、導波路高さに対して導波路幅が小さい構造は製造時の誤差が大きいと予想され、好ましくない。

図３は、平行導波路の製造誤差が大きいという課題に鑑みて提案されたＹ字型合流導波路部を有するモード合分波器（３モード）３０１を説明する図である。モード合分波器３０１は、
Ｐｏｒｔ１とＰｏｒｔ２からのシングルモード導波路が合流し、１つの３モード導波路ａとなるＹ字型合流部１と、
１つのシングルモード導波路と３モード導波路ａとが合流し、一つの３モード導波路ｃとなるＹ字型合流部２と、
３モード導波路ａ及び３モード導波路ｃのそれぞれに配置される、ＬＰ１１ａとＬＰ１１ｂモード間を交換するモード回転子（α、β）と、
を有する。

Ｙ字型合流部１においては、入力導波路構造が略等しく設計されており、各シングルモード導波路を伝搬してきたＬＰ０１モードは３モード導波路のＬＰ０１およびＬＰ１１ａモードに分かれて合波される。この時、Ｙ字型合流部の導波構造は、水平方向の構造のみが変化するため、ＬＰ０１モードからＬＰ１１ｂモードヘは結合しない。これは、ＬＰ０１モードから結合するモードは、導波路の水平方向に２つのピークを持つＬＰ１１ａモードであり、垂直方向に２つのピークを持つＬＰ１１ｂモードはどのモードとも結合しないためである（例えば、非特許文献４を参照。）。

Ｙ字型合流部１を通過したＬＰ１１ａモードは、その後、モード回転子αにおいてＬＰ１１ｂモードに変換される。モード回転子αを配置する理由は次の通りである。Ｙ字型合流部２は、入力３モード導波路と出力３モード導波路の構造が略等しい。このため、Ｙ字型合流部２は、Ｙ字型合流部１から伝搬してきたモードがＬＰ０１及びＬＰ１１ａとすれば、３モード導波路Ｂに結合する際、ＬＰ０１モードはＬＰ０１とＬＰ１１ａモードに結合するため、損失少なく結合することができる。一方、Ｙ字型合流部１から伝搬してきたＬＰ１１ａモードについては、Ｙ字型合流部２において、３モード導波路Ｂに結合する際、Ｅ３１とＥ４１モードへと結合する。この二つのモードは、３モード導波路Ｂでは伝搬できないため、全て損失になる。

ここで、モード回転子αにより、Ｙ字型合流部１において励振されたＬＰ１１ａモードがＬＰ１１ｂモードに変換されたとすると、Ｙ字型合流部２から３モード導波路Ｂに結合する際、ＬＰ１１ｂモードはＬＰ１１ｂモードとＬＰ２１ｂモードに結合する。３モード導波路Ｂにおいては、ＬＰ１１ｂモードは伝搬するが、ＬＰ２１ｂモードは伝搬しないため、ＬＰ２１ｂモードに結合した成分は損失することになる。ここで、３モード導波路ＡからＹ字型合流部２にＬＰ１１ｂモードが入射されたときの、３モード導波路ＢにおけるＬＰ１１ｂモードとＬＰ２１ｂモードの励振比は、Ｙ字型合流部２の対称性によって調整することができる。具体的に、Ｙ字型合流部２の入力導波路幅の対称性を図３のように崩した場合、幅広の導波路（３モード導波路Ａ）から入射されたＬＰ１１ｂモードは、３モード導波路ＢのＬＰ１１ｂモードへの結合割合がＬＰ２１ｂモードへの結合割合より大きくなる。つまり、３モード導波路Ａから入射されたＬＰ１１ｂモードを低損失で、Ｙ字型合流部２を通して、３モード導波路Ｂに結合することが可能である。これが、モード回転子αを配置する理由である。

そして、Ｐｏｒｔ３からの導波路を伝搬してきたＬＰ０１モードを３モード導波路βにＬＰ０１とＬＰ１１ａモードに結合する。最後に、モード回転子βでＬＰ１１ａモードとＬＰ１１ｂモードのパワーの半分を変換し、各ポートから入射された信号のパワーは、ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂモードの全てに分配され、合波される。

ここで、光ファイバの導波モード数について説明する。各ＬＰモードにおける縮退モード（例えば、ＬＰ１１モードにおいてはＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂの２つ）によって、離散的にモード数が増えていく。特に、ＬＰ２１モードとＬＰ０２モードは異なるＬＰモードにもかかわらず、実効屈折率がほぼ同じであるため、縮退している。このため、例えば、光ファイバのモード数は、１（シングルモード）、３（２ＬＰモード）、６（４ＬＰモード）、１０（６ＬＰモード）のように増加していく。

図５は、６モード合分波器３０２の例である。各合流部におけるモード結合の遷移についても下方に示す。

６モード合分波器３０２は、前段で図３で説明した３モード合分波器３０１を２つ、後段で対称Ｙ字合流導波路部３５１を組み合わせている。６モード合分波器３０２は、前段で２^Ｎモード数の入力導波路が同種である対称Ｙ字合流導波路部（図７参照）を用いていない。このため、６モード合分波器３０２は、Ｙ字合流導波路部３０１を使用するため、入力光が結合するモード数が動作モード数より少なくなる区間が発生すること、あるいは出力側（ＰｏｒｔＹ）に接続する光ファイバで伝搬できないモードへ結合することで損失が発生する。

例えば、対称Ｙ字合流導波路部３５１は、３モード合分波器３０１側からＬＰ１１モードが入力されるとＥ３１モード及びＥ４１モードに結合する。ここで、結合先の６モード導波路３５２で伝搬できるモードは、Ｅ３１モードとＥ１３モードである。対称Ｙ字合流導波路部３５１からのＥ３１モードについては、６モード導波路３５２を伝搬できる。そして、テーパ部３５３で導波路断面構造を正方形とすることでＥ３１モードをＬＰ２１モードに変化させ、ポートＹにＬＰ２１モードとして結合できる。しかし、対称Ｙ字合流導波路部３５１からのＥ４１モードについては、６モード導波路３５２を伝搬できないため、損失となる。

（実施形態１）
図６は、本実施形態のモード合分波器３０５を説明する図である。モード合分波器３０５は、基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
第１の導波路１１と第２の導波路１２とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、第２の導波路１２を伝搬する２以上の導波モードが第１の導波路１１を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、第２の導波路１２を伝搬する導波モードが第１の導波路１１に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部１３と、
導波モード数が１である２つの導波路を第２の導波路１２へＹ字型に接続する第１のモード合分波部１４と、
を備える。

平行導波路部１３は、
前記近接区間が第１の導波路１１と第２の導波路１２との間でＬＰ１１ａモードとＥ３１モードとを結合するような導波路間隔及び長さであり、
第１の導波路１１がＥ３１モードとＥ１３モードとを変換するモード変換器１５ａを有し、
第２の導波路１２がＬＰ０１モードとＬＰ１１ａモードとを変換するモード変換器１５ｂを有する。

平行導波路部１３を介してＬＰ１１ａモードから変換できるモードはＥ３１モードのみである。このため、平行導波路部１３では、
（１）導波路１２を伝搬するＬＰ１１ａモードがＥ３１モードとして第１の導波路１１に遷移したのち、
（２）導波路１１を伝搬するＥ３１モードをモード変換器１５ａでＥ１３モードへ変換し、
（３）続いて、導波路１２を伝搬するＬＰ０１モードをモード変換器１５ｂでＬＰ１１ａモードに変換したのち、
（４）再度、導波路１２を伝搬するＬＰ１１ａモードがＥ３１モードとして第１の導波路１１に遷移する。
モード変換器（１５ａ、１５ｂ）は、例えば、グレーティングである。

モード合分波器３０５は、平行導波路部１３の第１の導波路１１に接続するモードスクランブラ３０６をさらに備える。図７は、モードスクランブラ３０６を説明する図である。モードスクランブラ３０６は、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部２１を多段に接続する構成である。

図７のモードスクランブラ３０６は、モード数が４に対応したＹ字合流導波路部を有するモード合分波器の構成例である。モード合分波部２１は、図３で説明したＹ字型合流部１である。モード合分波部２１を２つ並列し、それぞれの出力導波路部をさらにモード合分波部２１で接続（多段接続）している。このようにＹ字型合流部１を多段接続することで、２Ｎモード数に対応したモード合分波器を設計できる。図７のモードスクランブラ３０６は、ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａモードを励振し、図６のモード合分波器３０５の第１の導波路１１へ伝搬させる。

そして、図６のモード合分波器３０５は、第２の導波路１２に接続するモード合分波部１４からのＬＰ０１モード及びＬＰ１１ａモードをＥ３１モード及びＥ１３モードで第１の導波路１１へ結合させ、テーパ部１６で導波路構造を正方形とし、Ｅ３１モード及びＥ１３モードをＬＰ２１ｂ及びＬＰ０２モードとして合波する。このため、モード合分波器３０５は、ｐｏｒｔＺにＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂ及びＬＰ０２モードを出力させることができ、６モード合分波を実現する。

（実施形態２）
図８は、本実施形態のモード合分波器３０７を説明する図である。モード合分波器３０７は、基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
第１の導波路１１と第２の導波路１２とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、第２の導波路１２を伝搬する２以上の導波モードが第１の導波路１１を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、第２の導波路１２を伝搬する導波モードが第１の導波路１１に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部１３と、
平行導波路部１３の第１の導波路１１に接続するモードスクランブラ３０８ａと、
平行導波路部１３の第２の導波路１２に接続するモードスクランブラ３０８ｂと、
を備えており、
モードスクランブラ３０８ａは、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部２１をＮ段（Ｎは２以上の自然数）に接続する構成であり、
モードスクランブラ３０８ｂは、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部２１をＭ段（Ｍは２以上の自然数であってＭ≠Ｎ）に接続する構成である。

モード合分波器３０７は、図６で説明したモード合分波器３０５のモードスクランブラ３０６をモードスクランブラ３０８ａに置換し、モード合分波部１４をモードスクランブラ３０８ｂに置換した構造である。モードスクランブラ（３０８ａ、３０８ｂ）は、図７のモードスクランブラ３０６の多段接続の数を２段からＮ段、Ｍ段としたものである。モード合分波器３０７は、モードスクランブラ（３０８ａ、３０８ｂ）を備えることで２^Ｎ＋２^Ｍモード（Ｎ≠Ｍ）の合分波器を実現することができる。

（他の実施形態）
なお、本明細書においてはＳｉＯ２系材料（石英系材料）を用いた平面光波回路に関する実施例を記載したが、その材料は当然ほかのものであってもかまわない。たとえば、Ｓｉ系やＩｎＧａＡｓＰなどの半導体、またポリマーなどの有機物を用いた平面光波回路であっても、本明細書記載の実施例と同様の効果を得ることができる。

また、使用する波長帯に関しても、本明細書記載の実施例では１．５〜１．６μｍ程度としているが、より波長の長い中赤外領域（２μｍ以上）や可視光帯であっても構わない。
また、本実施形態では、いずれの図面も左のポート（Ｐｏｒｔ１〜６）から右のポート（ＰｏｒｔＷ，Ｘ，Ｙ，Ｚ）へ光が合流する場合でモード合分波器の動作を説明しているが、本モード合分波器は、右のポートから多モードの光を入力すれば、左のポートへＬＰ０１モードの光として分離することができる。

（発明の効果）
本発明により、従来技術である平行導波路部のみを用いてモード合分波器と比較して、必要となる平行導波路部を大きく削減することができ、ＰＬＣの製造誤差を考慮するとより低損失なモード合分波器を実現することができる。
本発明のモード合分波器は、モード多重システムを実現することができ、通信容量の大容量化が実現できる。
本発明のモード合分波器は、ＰＬＣ型であり、低損失特性を有する。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１、２：Ｙ字型合流部
１１：第１の導波路
１２：第２の導波路
１３：平行導波路部
１４：モード合分波部
１５ａ、１５ｂ：モード変換器
２１：モード合分波部
３００、３０１、３０２、３０５、３０７：モード合分波器
３０６、３０８ａ、３０８ｂ：モードスクランブラ
３５１：対称Ｙ字合流導波路部

Claims (4)

1. 基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
   第１の導波路（１１）と第２の導波路（１２）とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、前記第２の導波路（１２）を伝搬する２以上の導波モードが前記第１の導波路（１１）を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、前記第２の導波路（１２）を伝搬する導波モードが前記第１の導波路（１１）に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部（１３）と、
   導波モード数が１である２つの導波路を前記第２の導波路（１２）へＹ字型に接続する第１のモード合分波部（１４）と、
   を備えることを特徴とするモード合分波器。
2. 前記平行導波路部（１３）の前記第１の導波路（１１）に接続するモードスクランブラ（３０６）をさらに備えており、
   前記モードスクランブラ（３０６）は、
   導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続する第２のモード合分波部（２１）を多段に接続する構成である
   ことを特徴とする請求項１に記載のモード合分波器。
3. 基板上に形成される導波路で構成されるモード合分波器であって、
   第１の導波路（１１）と第２の導波路（１２）とを近接させた近接区間を持ち、前記近接区間が、前記第２の導波路（１２）を伝搬する２以上の導波モードが前記第１の導波路（１１）を伝搬する２以上の導波モード以外の伝搬モードに結合し、前記第２の導波路（１２）を伝搬する導波モードが前記第１の導波路（１１）に遷移するような導波路間隔及び長さである平行導波路部（１３）と、
   前記平行導波路部（１３）の前記第１の導波路（１１）に接続する第１のモードスクランブラ（３０８ａ）と、
   前記平行導波路部（１３）の前記第２の導波路（１２）に接続する第２のモードスクランブラ（３０８ｂ）と、
   を備えており、
   前記第１のモードスクランブラ（３０８ａ）は、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部をＮ段（Ｎは２以上の自然数）に接続する構成であり、
   前記第２のモードスクランブラ（３０８ｂ）は、導波モード数が１又は２以上である２つの導波路を導波モード数が２以上である１つの導波路へＹ字型に接続するモード合分波部をＭ段（Ｍは２以上の自然数であってＭ≠Ｎ）に接続する構成である
   ことを特徴とするモード合分波器。
4. 前記平行導波路部（１３）は、
   前記近接区間が前記第１の導波路（１１）と前記第２の導波路（１２）との間でＬＰ１１ａモードとＥ３１モードとを結合するような導波路間隔及び長さであり、
   前記第１の導波路（１１）がＥ３１モードとＥ１３モードとを変換するモード変換器（１５ａ）を有し、
   前記第２の導波路（１２）がＬＰ０１モードとＬＰ１１ａモードとを変換するモード変換器（１５ｂ）を有する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモード合分波器。

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