JP7453168B2

JP7453168B2 - マルチコア光ファイバを使用する光通信システムの光パワー等化器

Info

Publication number: JP7453168B2
Application number: JP2021025509A
Authority: JP
Inventors: 雄太若山; 昇吉兼
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2024-03-19
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: JP2022127385A

Description

本発明は、マルチコア光ファイバを使用する光通信システムの光パワー等化器に関する。

１本の光ファイバによる伝送容量を増大させるためにマルチコア（ＭＣ）光ファイバが使用されている。ＭＣ光ファイバとは、１本の光ファイバ内に複数のコアを設けた光ファイバである。ＭＣ光ファイバは、結合型と非結合型に分類され得る。以下では、結合型のＭＣ光ファイバをＣ－ＭＣ光ファイバと表記し、非結合型のＭＣ光ファイバをＮ－ＭＣ光ファイバと表記する。Ｎ－ＭＣ光ファイバとは、コア間のクロストークを抑える様に、コア間の距離を大きくしたＭＣ光ファイバである。一方、Ｃ－ＭＣ光ファイバとは、Ｎ－ＭＣ光ファイバよりコア間の距離を短くしたＭＣ光ファイバであり、コアの密度（単位面積当たりのコア数）を高くしたものである。しかしながら、Ｃ－ＭＣ光ファイバではコア間のクロストークが無視できない。したがって、Ｃ－ＭＣ光ファイバを使用する光通信システムの受信側においては、コア間のクロストークを除去するため、デジタル信号処理により、各コアで受信した信号光に基づき送信側が各コアに入力した信号光を復元する必要がある。以下では、送信側が各コアに入力した信号光を復元するために受信側で行うこのデジタル信号処理をＭＩＭＯ処理と表記する。

ここで、例えば、Ｃ－ＭＣ光ファイバを使用する光通信システムにおいて、各コアの信号光の増幅や監視のために、所謂、ファンイン／ファンアウトデバイスを用いて一時的にシングルコア（ＳＣ）光ファイバでの搬送を行うと、受信側において、Ｃ－ＭＣ光ファイバの各コアから受信する信号光の伝送遅延差が大きくなり得る。各コアから受信する信号光の伝送遅延差が大きくなると、受信側におけるＭＩＭＯ処理の計算量が増大する。したがって、Ｃ－ＭＣ光ファイバを使用する光通信システムにおいては、伝送遅延差が大きくなることを防ぐため、ＳＣ光ファイバによる伝送区間を設けないことが望ましい。

非特許文献１は、信号光の監視のためにファンイン／ファンアウトデバイスを用いることなく、ＭＣ光ファイバの所定のコアの信号光のみを取り出す監視デバイスを開示している。

Ｔ．Ｔａｋａｈａｔａ，ｅｔ．ａｌ．，"ＣｏｍｐａｃｔＭｏｎｉｔｏｒｄｅｖｉｃｅｆｏｒＭｕｌｔｉｃｏｒｅＦｉｂｒｅｗｉｔｈＰｒａｃｔｉｃａｌｌｙＬｏｗｌｏｓｓｕｓｉｎｇＭｕｌｔｉｐｌｅＬｅｎｓｅｓ"，ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＯｐｔｉｃａｌＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（ＥＣＯＣ），２０２０，ｐｐ．１－３．Ｐ２０１９－０３３７

非特許文献１が開示する監視デバイスにより、ファンイン／ファンアウトデバイスを用いて一時的にＳＣ光ファイバで信号光を搬送することなく所定のコアの信号光を監視することができる。しかしながら、Ｃ－ＭＣ光ファイバにおいて、コア間の結合状態は、温度、振動、外圧等によって変化し得る。このコア間の結合状態は時間とともに変化し得るため、信号光を監視するために、非特許文献１が開示する監視デバイスにより所定のコアの信号光を監視しても、この監視する信号光の光パワーが時間的に変化し得るため、有益な情報を得ることができない。

さらに、Ｃ－ＭＣ光ファイバ内の各コアからの光パワーの差が大きくなると、受信側におけるＭＩＭＯ処理において誤りを生じさせ易くなり伝送品質が劣化する。つまり、送信側において同じ光パワーの信号光をＣ－ＭＣ光ファイバの各コアに入力したとしても、当該Ｃ－ＭＣ光ファイバの入力端とは異なる位置においては各コアを伝搬する信号光の光パワーは異なり得る。例えば、利得が一定の光増幅器が設けられた位置において各コアを伝搬する信号光の光パワーが異なる場合、コア間における光パワーの差がさらに大きくなり伝送品質を著しく劣化させる。

よって、Ｃ－ＭＣ光ファイバを使用する光通信システムにおいては、ＳＣ光ファイバでの伝送区間を設けることなく、かつ、監視のために信号光を分岐して取り出すポイントや、光増幅器への入力ポイントにおいて各コアの信号光の光パワーを等しくすることが望ましい。

本発明は、結合型のマルチコア光ファイバを使用する光通信システムにおいて各コアで搬送される信号光の光パワーの差を小さくする光パワー等化器を提供するものである。

本発明の一態様によると、第１コアから第Ｎコア（Ｎは２以上の整数）を有する第１タイプの第１マルチコア光ファイバを使用する光通信システムの光パワー等化器は、前記第１マルチコア光ファイバの第ｋコア（ｋは１からＮまでの整数）を、第１コアから第Ｎコアを有する第２タイプの第２マルチコア光ファイバの第ｋコアに接続する接続部材であって、前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、前記第１タイプのマルチコア光ファイバよりコア間の距離が大きい、前記接続部材と、前記第２マルチコア光ファイバと、第１コアから第Ｎコアを有する前記第２タイプの第３マルチコア光ファイバとに接続されるカプラであって、前記カプラは、前記第２マルチコア光ファイバの第ｋコアからの信号光をＮ個の等しい光パワーの信号光に分岐して前記第３マルチコア光ファイバの第１コアから第Ｎコアそれぞれに出力する前記カプラと、を備え、前記カプラは、前記第２タイプのマルチコア光ファイバで構成され、前記カプラを構成する前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、長手方向において少なくとも１つの結合領域を有し、前記少なくとも１つの結合領域におけるコア間の距離は、前記少なくとも１つの結合領域とは異なる領域におけるコア間の距離より短いことを特徴とする。

本発明によると、結合型のマルチコア光ファイバを使用する光通信システムにおいて各コアで搬送される信号光の光パワーの差を小さくすることができる。

一実施形態による光パワー等化器の構成図。一実施形態によるカプラの構成図。一実施形態による光パワー等化器の構成図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第一実施形態＞
図１は、本実施形態による、Ｃ－ＭＣ光ファイバ１を使用する通信システムで使用される光パワー等化器の構成図である。なお、以下の各図において信号光の伝搬方向は、図の左側から右側とし、各ＭＣ光ファイバは、第１コアから第Ｎコア（Ｎは２以上の整数）のＮ個のコアを有するものとする。変換器３は、Ｃ－ＭＣ光ファイバ１の第ｋコア（ｋは１からＮまでの整数）を、Ｎ－ＭＣ光ファイバ２の第ｋコアに接続するための光学部材である。上述した様に、Ｃ－ＭＣ光ファイバ１のコア間の最短距離は、Ｎ－ＭＣ光ファイバ２のコア間の最短距離より短いため、Ｃ－ＭＣ光ファイバ１とＮ－ＭＣ光ファイバ２を接続するには変換器３が必要となる。

カプラ４は、Ｎ×Ｎカプラであり、入力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２の第ｋコアからの信号光を、光パワーの等しいＮ個の信号光に分岐し、それぞれを出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２の第１コアから第Ｎコアに出力する。つまり、入力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２の第ｋコアからの信号光の光パワーをＰ_ｋとすると、出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２の各コアに出力される信号光の光パワーは、いずれも、Σ（Ｐ_ｋ／Ｎ）で等しくなる。なお、Σはｋ＝１～Ｎまでの積算を示す。

カプラ４は、Ｎ－ＭＣ光ファイバ２と同じＮ－ＭＣ光ファイバ中にテーパ領域（結合領域）を設けることで構成することができる。図２は、カプラ４の構成を示す図であり、カプラ４を構成するＮ－ＭＣ光ファイバの側面を示している。なお、図２の左右方向が長手方向であり、信号光は、図の左側から右側に伝搬する。結合領域とは、Ｎ－ＭＣ光ファイバの直径を小さくした領域である。つまり、結合領域において、コア間の最短距離は、その他の領域におけるコア間の最短距離より短い。コア間の最短距離を短くすることで、コア間に結合が生じ、あるコアからの信号光の一部が他のコアに伝搬する。結合領域の長手方向の長さと、コア間の距離を調整することで、あるコアからの信号光をＮ個に等分岐して総てのコアそれぞれに出力することができる。なお、１つの結合領域では、各コアの信号光をＮ個に等分岐して総てのコアそれぞれに出力することができない場合、長手方向の異なる位置に複数の結合領域を設ける構成や、１つの結合領域を有する複数のカプラ４を直列に接続する構成とすることができる。

カプラ４の出力は処理デバイス５に入力される。処理デバイス５は、例えば、Ｎ個のコアの信号光それぞれを一括して光増幅する光増幅器であり得る。カプラ４は、光増幅器に入力される各コアの信号光の光パワー差を小さくするため、光増幅器においてコア間の光パワーの差が大きくなることを抑えることができる。また、処理デバイス５は、例えば、Ｎ個のコアの内の所定のコアの信号光を監視のために取り出す分岐部（タップ）であり得る。カプラ４は、分岐部に入力される各コアの信号光の光パワー差を小さくするため、監視する信号光の光パワーが時間的に変化することを抑え、有益な情報を得ることができる。

処理デバイス５から出力される各コアの信号光は、変換器３を介してＣ－ＭＣ光ファイバ１の対応するコアに出力される。

以上、本実施形態では、変換器３によりＣ－ＭＣ光ファイバからＮ－ＭＣ光ファイバに変換する。２つの変換器３の間において、コア間の結合が生じるのはカプラ４の結合領域のみであり、この結合領域において各コアの信号光の光パワーを等しくするため、処理デバイス５に入力される各コアの信号光の光パワーの差が大きくなることを抑える。これにより、光増幅器での光増幅により各コアの信号光の光パワーの差がさらに大きくなることを抑えたり、分岐部での信号光の分岐により、目的に応じた監視を行ったりすることが可能になる。また、ＳＣ光ファイバを介すること無く各コアの信号光の光パワーの差を小さくするため、各コアの伝送遅延差が大きくなることを抑えることができる。

＜第二実施形態＞
続いて、第二実施形態について第一実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、第一実施形態の処理デバイス５を光増幅器５とする。第一実施形態の処理デバイス５が光増幅器である場合、光増幅に使用するポンプ光については、例えば、クラッド励起等により各コアに入力される。本実施形態では、ポンプ光についても、テーパ型のカプラ４１により各コアに分岐する。

図３は、本実施形態による光パワー等化器の構成図である。多重部６は、例えば、側方研磨型の光カプラである。側方研磨型の光カプラとは、例えば、側面のクラッド部分を研磨したＮ－ＭＣ光ファイバと、側面のクラッド部分を研磨したＳＣ光ファイバとで構成することができる。Ｎ－ＭＣ光ファイバの研磨部分と、ＳＣ光ファイバの研磨部分を融着することで、ＳＣ光ファイバのコアを、Ｎ－ＭＣ光ファイバの研磨部分に近い位置にあるコアに結合させることができる。この構成により、ＳＣ光ファイバのコアに入力されたポンプ光をＮ－ＭＣ光ファイバ２の１つ以上のコアに入力することができる。

カプラ４１は、Ｎ×Ｎカプラであり、入力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２のＮ個のコアそれぞれの信号光をＮ個に分岐し、それぞれを出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２のＮ個のコアに出力する。カプラ４１は、入力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２のコアからのポンプ光それぞれをＮ個の等しい光パワーに分岐し、それぞれを出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２のＮ個のコアに出力する。したがって、出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２のＮ個のコアには、等しい光パワーのポンプ光が出力される。

光増幅器５は、各コアの信号光を、同じコアのポンプ光により光増幅する。

なお、カプラ４及びカプラ４１は波長特性を有し、光パワーを等分岐できる波長は所定の波長になる。ここで、第一実施形態と同様に、カプラ４は、信号光の波長に最適化されており、各コアからの信号光を、等しい光パワーのＮ個の信号光に分岐する。これに対して、カプラ４１は、ポンプ光の波長に最適化されている。したがって、カプラ４１は、ポンプ光の光パワーを、Ｎ個の等しい光パワーのポンプ光に分岐して、各コアに出力する。一方、カプラ４１は、各信号光をＮ個に分岐するが、分岐された各信号光の光パワーは等しくならない。但し、カプラ４により、各信号光の光パワーを等しくしているため、カプラ４１の出力側のＮ－ＭＣ光ファイバ２の各コアに出力される信号光の光パワーの差はそれほど大きくならない。

以上の構成により光増幅器５が出力する信号光の光パワーの差を小さくし、これにより、伝送品質の劣化を抑えることができる。

上記の各実施形態の構成により、例えば、結合型のマルチコア光ファイバを使用する光通信システムにおいて各コアで搬送される信号光の光パワーの差を小さくすることができる。よって、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１：Ｃ－ＭＣ光ファイバ、２：Ｎ－ＭＣ光ファイバ、４：カプラ

Claims

第１コアから第Ｎコア（Ｎは２以上の整数）を有する第１タイプの第１マルチコア光ファイバを使用する光通信システムの光パワー等化器であって、
前記第１マルチコア光ファイバの第ｋコア（ｋは１からＮまでの整数）を、第１コアから第Ｎコアを有する第２タイプの第２マルチコア光ファイバの第ｋコアに接続する接続部材であって、前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、前記第１タイプのマルチコア光ファイバよりコア間の距離が大きい、前記接続部材と、
前記第２マルチコア光ファイバと、第１コアから第Ｎコアを有する前記第２タイプの第３マルチコア光ファイバとに接続されるカプラであって、前記カプラは、前記第２マルチコア光ファイバの第ｋコアからの信号光をＮ個の等しい光パワーの信号光に分岐して前記第３マルチコア光ファイバの第１コアから第Ｎコアそれぞれに出力する前記カプラと、
を備え、
前記カプラは、前記第２タイプのマルチコア光ファイバで構成され、
前記カプラを構成する前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、長手方向において少なくとも１つの結合領域を有し、
前記少なくとも１つの結合領域におけるコア間の距離は、前記少なくとも１つの結合領域とは異なる領域におけるコア間の距離より短いことを特徴とする光パワー等化器。
前記第３マルチコア光ファイバは、Ｎ個のコアの信号光を増幅する光増幅器に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光パワー等化器。
前記第３マルチコア光ファイバは、Ｎ個のコアの信号光の内の少なくとも１つの信号光を分岐するタップに接続されることを特徴とする請求項１に記載の光パワー等化器。
第１コアから第Ｎコア（Ｎは２以上の整数）を有する第１タイプの第１マルチコア光ファイバを使用する光通信システムの光パワー等化器であって、
前記第１マルチコア光ファイバの第ｋコア（ｋは１からＮまでの整数）を、第１コアから第Ｎコアを有する第２タイプの第２マルチコア光ファイバの第ｋコアに接続する接続部材であって、前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、前記第１タイプのマルチコア光ファイバよりコア間の距離が大きい、前記接続部材と、
前記第２マルチコア光ファイバと、第１コアから第Ｎコアを有する前記第２タイプの第３マルチコア光ファイバとに接続される第１カプラであって、前記第１カプラは、前記第２マルチコア光ファイバの第ｋコアからの信号光をＮ個の等しい光パワーの信号光に分岐して前記第３マルチコア光ファイバの第１コアから第Ｎコアそれぞれに出力する前記第１カプラと、
前記第３マルチコア光ファイバの少なくとも１つのコアにポンプ光を入力する入力手段と、
前記第３マルチコア光ファイバと、第１コアから第Ｎコアを有する前記第２タイプの第４マルチコア光ファイバとに接続される第２カプラであって、前記第２カプラは、前記第３マルチコア光ファイバの第ｋコアからの信号光をＮ個の信号光に分岐して前記第４マルチコア光ファイバの第１コアから第Ｎコアそれぞれに出力し、かつ、前記第３マルチコア光ファイバの少なくとも１つのコアからのポンプ光それぞれをＮ個の等しい光パワーの信号光に分岐して、前記第４マルチコア光ファイバの第１コアから第Ｎコアそれぞれに出力する前記第２カプラと、
を備え、
前記第１カプラ及び前記第２カプラは、前記第２タイプのマルチコア光ファイバで構成され、
前記第１カプラを構成する前記第２タイプのマルチコア光ファイバ及び前記第１カプラを構成する前記第２タイプのマルチコア光ファイバは、長手方向において少なくとも１つの結合領域を有し、
前記少なくとも１つの結合領域におけるコア間の距離は、前記少なくとも１つの結合領域とは異なる領域におけるコア間の距離より短いことを特徴とする光パワー等化器。
前記第４マルチコア光ファイバは、Ｎ個のコアの信号光を増幅する光増幅器に接続されることを特徴とする請求項４に記載の光パワー等化器。
前記第１タイプのマルチコア光ファイバは結合型のマルチコア光ファイバであり、前記第２タイプのマルチコア光ファイバは非結合型のマルチコア光ファイバであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光パワー等化器。