KR20140124394A - 모드 혼합을 갖는 멀티 모드 광 통신 - Google Patents

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KR20140124394A
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롤랜드 리프
레네-진 에시암브레
니콜라스 폰테인
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알까뗄 루슨트
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Abstract

장치는 복수의 광 데이터 변조기 및 단부면 결합기를 갖는 광 송신기를 포함한다. 광 데이터 변조기 각각은 상응하는 데이터 변조된 광 캐리어를 출력하도록 구성된다. 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어를 광 빔의 패턴에 지향시켜 광 스폿의 패턴으로 멀티 모드 광 섬유의 단부면을 조명하도록 구성된다. 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어 각각이 멀티 모드 광 섬유의 직교 광 전파 모드의 세트를 여기시키게 하도록 구성된다. 세트의 직교 광 전파 모드의 일부는 상당히 다른 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는다.

Description

모드 혼합을 갖는 멀티 모드 광 통신{MULTI-MODE OPTICAL COMMUNICATION WITH MODE MIXTURES}
본 출원은 미국 가 출원 제61/608139호, 제61/669612호, 및 제61/701646호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 발명은 멀티 모드 광 통신을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 절은 본 발명의 보다 나은 이해를 용이하게 할 수 있는 양태를 소개한다. 따라서, 본 절의 진술은 이러한 관점에서 이해되어야 하고 종래 기술인 것 또는 종래 기술이 아닌 것에 관한 허용으로 이해되지 않아야 한다.
최근에, 광 전파 모드 멀티플렉싱(optical propagation mode-multiplexing)은 광 통신을 제공하는 방법으로서 연구되어 왔다. 광 전파 모드 멀티플렉싱에서, 멀티 모드 광 섬유의 직교 광 전파 모드의 세트는 광 송신기와 광 수신기 사이에서 데이터를 전달한다. 세트는 상이한 측방 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는 직교 모드를 포함한다. 상이한 광 전파 모드는 상이한 데이터 스트림을 전달하기 위해 사용될 수 있으므로, 멀티 모드 광 섬유는 단일 모드 광 섬유보다 더 높은 데이터 송신 속도를 지원할 가능성을 가지고, 여기서 데이터 송신 속도는 섬유마다 그리고 파장 채널마다 측정된다.
제 1 장치의 실시예는 복수의 광 데이터 변조기 및 단부면 결합기를 갖는 광 송신기를 포함한다. 광 데이터 변조기 각각은 상응하는 데이터 변조된 광 캐리어를 출력하도록 구성된다. 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어를 광 빔의 패턴에 지향시켜 광 스폿의 패턴으로 멀티 모드 광 섬유의 단부면을 조명할 수 있도록 구성된다. 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어 각각이 멀티 모드 광 섬유의 직교 광 전파 모드의 세트를 여기시키게 하도록 구성된다. 세트의 직교 광 전파 모드의 일부는 상당히 다른 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는다.
제 1 장치의 일부 실시예에서, 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어 각각의 광 전력이 세트의 직교 광 전파 모드를 통해 실질적으로 균일하게 확산되게 하도록 구성될 수 있다. 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어 중 적어도 하나에 대한 광 전력이 직교 광 전파 모드를 통해 확산되게 하도록 구성되되, 직교 광 전파 모드 각각이 각각의 나머지 직교 광 전파 모드의 광 전력의 적어도 ½을 수신하도록 구성될 수 있다.
제 1 장치의 임의의 실시예에서, 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어를 실질적으로 동시에 재지향시키도록 위치되고 배향된 반사기의 세트를 더 포함하는 자유 공간 광 장치일 수 있다.
제 1 장치의 대체 실시예에서, 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 광 캐리어를 수신하도록 연결된 입력 광 섬유를 갖는 테이퍼된(tapered) 섬유 번들 및 광 스폿의 패턴으로 단부면을 조명할 수 있는 출력 단부를 포함할 수 있다.
제 1 장치의 임의의 실시예에서, 광 단부면 결합기는 데이터 변조된 캐리어 각각이 상이한 각 운동량 고유값을 갖는 광 전파 모드 중 적어도 3개를 실질적으로 여기시키게 하도록 구성될 수 있다.
제 1 장치의 임의의 실시예에서, 광 단부면 결합기는 멀티 모드 광 섬유의 축 주위에서 별개 회전의 그룹 하에 변하지 않는 광 스폿의 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 광 스폿은 각 그룹의 광 스폿이 광 섬유의 단부면의 중심상에 센터링되는 패턴을 형성하도록 제 1 및 제 2 그룹에 있을 수 있다. 그 다음, 그룹 중 하나에 대한 광 스폿은 그룹 중 다른 것에 대한 하나 이상의 광 스폿보다 단부면의 중심으로부터 더 큰 거리이다.
제 1 장치의 임의의 실시예에서, 제 1 장치는 전광 단부 연결 멀티 모드 광 섬유 구간(span)의 시퀀스를 갖는 전광 멀티 모드 섬유 채널을 더 포함할 수 있다. 멀티 모드 광 섬유는 시퀀스 내의 광 멀티 모드 섬유 구간의 첫 번째의 세그먼트이다. 일부 그러한 실시예에서, 시퀀스의 멀티 모드 섬유 구간의 일부는 차동 그룹 지연 보상을 제공하도록 구성되는 하이브리드 광 섬유 구간일 수 있다. 일부 그러한 실시예는 전광 멀티 모드 섬유 채널로부터 수신된 광에 대한 측정치의 세트에 MIMO 처리를 수행함으로써 데이터 변조된 광 캐리어에 의해 전달되는 데이터 스트림을 평가하도록 구성된 광 수신기를 더 포함할 수 있다.
제 1 장치의 일부 실시예에서, 광 단부면 결합기는 3D 도파관 장치를 포함할 수 있다.
제 2 장치의 실시예는 광 스폿의 패턴으로 멀티 모드 광 섬유의 단부면을 조명하는 방식으로 복수의 데이터 변조된 광 캐리어를 동시에 송신하도록 구성된 광 송신기를 포함한다. 광 스폿 각각은 데이터 변조된 광 캐리어 중 상응하는 것에 의해 형성된다. 패턴에서, 각각의 광 스폿은 멀티 모드 광 섬유에서 상이한 측방 강도 및/또는 위상 분포를 갖는 직교 광 전파 모드의 세트를 통해 데이터 변조된 광 캐리어 중 상응하는 것의 광 전력을 확산시키기 위해 상대적으로 위치된다.
제 2 장치의 일부 실시예에서, 서브세트의 광 스폿은 원 상에 위치된 중심을 갖는다. 서브세트의 광 스폿은 원 상에 대략 동일한 아크 분리를 갖는다. 일부 그러한 실시예에서, 서브세트는 광 스폿의 홀수, 예를 들어 3, 5, 7, 또는 9개의 광 스폿으로 형성된다. 패턴은 원의 중심 주위에 위치된 광 스폿 중 하나를 포함한다. 이러한 단락에 따른 일부 실시예에서, 광 스폿의 제 2 서브세트는 광 스폿 중 3개 이상을 포함한다. 제 2 서브세트의 광 스폿은 제 1 원과 공동 중심이고 상이한 반경을 갖는 제 2 원을 따라 위치된 중심을 갖는다. 2개의 서브세트는 상이한 수의 광 스폿으로 형성될 수 있다.
제 2 장치의 임의의 실시예에서, 광 송신기는 데이터 변조된 광 캐리어 중 적어도 하나에 대한 전력을 직교 광 전파 모드를 통해 송신하되, 세트의 직교 광 전파 모드의 각각이 세트의 각각의 나머지 직교 광 전파 모드의 전력의 적어도 ½을 수신하도록 구성될 수 있다.
제 2 장치의 임의의 실시예에서, 광 송신기는 그것의 입력 광 섬유상에 데이터 변조된 광 캐리어를 수신하도록 연결된 테이퍼된 섬유 번들을 포함할 수 있고 그것의 단부면으로부터 수신된 광을 송신함으로써 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다.
제 2 장치의 임의의 대체 실시예에서, 광 결합기는 반사기가 데이터 변조된 광 캐리어를 실질적으로 동시에 재지향시키는 자유 공간 광 장치일 수 있다.
제 2 장치의 임의의 실시예에서, 제 2 장치는 전광 멀티 모드 섬유 채널을 형성하도록 직렬 연결된 멀티 모드 광 섬유의 구간의 시퀀스를 더 포함할 수 있다. 시퀀스의 멀티 모드 광 섬유의 첫번째는 광 송신기에 의해 형성되는 패턴으로 조명되도록 위치된 단부면을 갖는다. 일부 그러한 실시예에서, 제 2 장치는 시퀀스의 멀티 모드 광 섬유의 마지막에 의해 방출되는 광을 수신하도록 광 연결되는 광 수신기를 더 포함할 수 있고 그것의 광 전파 모드 중 상이한 것에 의해 전달되는 데이터 스트림을 복조하도록 구성될 수 있다.
제 2 장치의 일부 실시예에서, 광 송신기는 그것의 입력 광 섬유상에 데이터 변조된 광 캐리어를 수신하도록 연결되고 그것의 단부면으로부터 수신된 광을 송신함으로써 패턴을 형성하도록 구성되는 3D 도파관 장치를 포함할 수 있다.
도 1은 MMF(multi-mode optical fiber)의 송신 구간의 시퀀스를 갖는 광 통신 시스템을 예시하는 블록도이다.
도 2는 도 1의 광 송신기를 개략적으로 예시하는 블록도이다.
도 3은 도 2의 광 송신기의 실시예가 광 멀티 모드 섬유 통신 채널, 예를 들어 도 1의 광 섬유 통신 채널 내의 제 1 송신 구간의 MMF의 단부면상에 형성하는 광 스폿의 패턴의 예를 예시한다.
도 4는 도 1의 광 송신기의 일부 실시예가 예를 들어 MMF의 3 LP(linearly polarized) 모드를 통해, 예를 들어 각 운동량 고유값 0, +1, 및 -1을 갖는 LP 모드를 통해 3 개별 데이터 변조된 광 캐리어의 광 전력을 실질적으로 균일하게 확산시키기 위해 사용할 수 있는 3 광 스폿의 패턴을 도시한다.
도 5는 도 1의 광 송신기의 일부 실시예가 예를 들어 MMF의 6 LP 모드를 통해 개별 데이터 변조된 광 캐리어의 광 전력을 실질적으로 균일하게 확산시키기 위해 사용할 수 있는 6 광 스폿의 패턴을 도시한다.
도 6a는 광 단부면 결합기가 도 4의 광 스폿의 패턴에 기초하여 MFA의 직교 광 전파 모드의 혼합을 통해 3 개별 데이터 변조된 광 캐리어를 확산시키는 도 2의 광 송신기의 일 실시예를 예시하는 블록도이다.
도 6b는 도 6a의 자유 공간 버전의 광 단부면 결합기에 3 데이터 변조된 광 캐리어의 단면의 패턴의 진화를 예시하는 일련의 단면도를 갖는다.
도 7은 도 2의 광 단부면 결합기의 테이퍼된(tapered) 섬유 번들 실시예의 단면도이다.
도 8은 도 2의 광 단부면 결합기의 일 실시예인 3D(three-dimensional) 도파관 장치의 경사도이다.
도면 및 본문에서, 동일한 참조 번호는 기능적으로 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 나타낸다.
도면에서, 일부 특징의 상대 치수는 그 안에서 장치를 더 분명히 예시하기 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서, 다양한 실시예는 예시적 실시예의 도면 및 상세한 설명에 의해 보다 완전하게 설명된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 다양한 형태로 구체화될 수 있고 예시적 실시예의 도면 및 상세한 설명에 기재된 특정 실시예에 제한되지 않는다.
위에서 언급된 가 특허 출원 제61/608139호, 제61/669612호, 및 제61/701646호는 본 명세서에 전체적으로 참조로서 통합된다.
본 명세서에서, 멀티 모드 및 단일 모드 광 섬유는 축 대칭 형태를 갖는 광 섬유를 지칭하며, 이는 광 전기 통신 C, L 및/또는 S 파장 대역에서 광을 전달한다. 그러한 광 섬유의 예는 도핑되고/되거나 도핑되지 않은 석영 유리 광 코어 및 광 클래딩으로 구성될 수 있다. 일부 그러한 광 섬유는 계단형 인덱스 또는 경사형 인덱스 구성을 가질 수 있다. 그러한 광 섬유는 예를 들어 반경 굴절률 프로파일에서의 단일 계단형의 광섬유 및 굴절률 프로파일에서의 다수의 계단형의 광 섬유, 예를 들어 디프레스드(depressed) 클래딩 인덱스 광 섬유를 갖는다.
본 명세서에서, MMF(multi-mode optical fiber)는 상이한 수의 광 전파 모드를 가질 수 있다. MMF의 예는 FMF(few mode optical fiber)를 포함하며, 이는 2 내지 대략 15 광 전파 모드를 예를 들어 편광 축퇴의 부재 시에 갖도록 구성되거나 편광 축퇴를 갖는 4 내지 대략 30 광 전파 모드를 갖도록 구성된다. MMF의 다른 예는 더 많은 광 전파 모드를 갖는 광 섬유를 포함한다.
본 명세서에서, 광 섬유의 상대적 직교 광 전파 모드는 상당히 다른 강도 또는 진폭 프로파일을 갖는다. 특히, 2개의 모드의 그러한 프로파일은 모드가 상수 이상으로 다른 광 섬유의 단면에 걸쳐 진폭 또는 위상 프로파일을 가지면 상당히 다르다. 예를 들어, 2개의 그러한 광 전파 모드는 전형적으로 상이한 각 운동량 고유값 또는 축 반경 고유값을 가질 것이다.
데이터 변조된 광 캐리어를 MMF의 상이한 직교 광 전파 모드를 통해 송신하는 것은 광 송신이 데이터 변조된 광 캐리어에 야기하는 광 저하의 양에 크게 영향을 미칠 수 있다. 실제로, 광 감쇠, 광 누화, 및 비선형 광 왜곡 중 어느 것 또는 모두는 상당히 모드 의존일 수 있다. 각각의 개별 데이터 변조된 광 캐리어가 상응하는 상대적 직교 광 전파 모드상에 송신될 때, 광 송신 동안 광 저하의 모드 종속성은 데이터 변조된 광 캐리어의 일부가 광 수신기에서 복조에 대해 매우 저하되기에 충분히 클 수 있다.
본 발명자는 모드 종속성의 상술된 원하지 않은 효과가 단일 광 전파 모드를 통하는 대신 MMF의 직교 광 전파 모드의 세트를 통해 각각의 데이터 변조된 광 캐리어를 광 송신함으로써 감소될 수 있다고 믿는다. 세트는 MMF의 2개 이상의 상대적 직교 광 전파 모드를 포함하고, 세트의 2개 이상의 상대적 직교 광 전파 모드는 상수 이상으로 다른 위상 및/또는 강도 프로파일을 가질 것이다. 특히, 본 발명자는 상대적 직교 광 전파 모드, 예를 들어 상당히 다른 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는 2개 이상의 그러한 모드의 세트를 통해 각각의 개별 데이터 변조된 광 캐리어를 실질적으로 확산시키면 광 송신이 광 저하의 유익한 평균화를 달성하게 할 수 있다고 믿는다. 그러한 평균화는 데이터 변조된 광 캐리어 상에서 광 저하의 종속성을 낮출 수 있다. 이러한 종속성을 감소시키는 것은 또한 광 수신기에서 광 신호의 수신된 스트림의 등화 및/또는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 처리를 용이하게 할 수 있다.
또한, 상대적 직교 광 전파 모드의 그러한 세트 중 미리 선택된 세트를 통해 개별 데이터 변조된 광 캐리어의 광 전력을 실질적으로 확산시키는 것은 광 삽입 손실을 감소시킬 수 있다. MMF의 광 전파 모드의 그러한 미리 선택된 세트를 통해 그러한 데이터 변조된 광 캐리어의 광 전력을 실질적으로 균일하게 확산시키는 일부 광 결합기는 광 캐리어를 MMF의 단부면에 매우 낮은 광 삽입 손실로 삽입할 수 있다.
도 1은 광 통신 시스템(10)을 예시하며, 이는 미리 선택된 세트 광 전파 모드를 통해 각각의 개별 데이터 변조된 광 캐리어의 광 전력을 실질적으로 확산시킨다. 미리 선택된 세트는 강도 및/또는 위상 프로파일이 상수 이상으로 다른 직교 전파 모드를 가지며, 예를 들어 세트는 상이한 반경 및/또는 각 운동량 고유값을 갖는 모드를 포함할 수 있다. 광 통신 시스템(10)은 광 송신기(12), 광 수신기(14), 및 광 수신기(14)를 광 송신기(12)에 광 연결하는 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)을 포함한다.
광 송신기(12)는 세트의 각각의 초기 데이터 변조된 광 캐리어에 의해 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)의 M 상대적 직교 공간 광 전파 모드의 미리 선택된 세트를 여기시킨다. 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 세트는 M 이하의 광 캐리어로 구성되며, 이는 개별 디지털 데이터 스트림에 의해 변조된다. 광 송신기(12)는 예를 들어 세트의 초기 데이터 변조된 광 캐리어에 의해 광 전파 모드의 각각을 동시에 여기시킬 수 있다. 특히, 광 송신기(12)는 세트의 초기 데이터 변조된 광 캐리어와 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)의 M 공간 광 전파 모드 사이에서 선형 독립 광 결합을 생성한다. 광 결합의 선형 독립성 때문에, 개별 초기 데이터 변조된 광 캐리어상에 변조되는 개별 디지털 데이터 스트림은 예를 들어 MIMO 처리 및/또는 등화 방법을 통해 광 수신기(14)에서 복구될 수 있다.
일부 실시예에서, 광 송신기(12)는 미리 선택된 세트의 상대적 직교 공간 광 전파 모드를 통해 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 에너지를 실질적으로 균일하게 확산시킬 수 있다. 미리 선택된 세트는 강도 및/또는 위상 프로파일이 상수 이상으로 다른 직교 광 전파 모드, 예를 들어 상이한 반경 및/또는 각 운동량 고유값을 갖는 광 전파 모드를 포함한다. 예를 들어, 광 송신기(12)는 초기 데이터 변조된 광 캐리어가 예를 들어 3 이하 데시벨, 2 이하 데시벨, 또는 심지어 1 이하 데시벨만큼 미리 선택된 세트를 통해 변하는 에너지를 갖기 위해 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)의 M 공간 광 전파 모드의 상이한 것을 여기시키도록 구성될 수 있다. 다양한 초기 데이터 변조된 광 캐리어가 실질적으로 그러한 균일 모드 확산을 갖는 송신기(12)에 의해 송신된다면, 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 상이한 것은 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)을 통한 송신 동안 유사한 양의 광 저하에 영향을 받을 수 있다.
본 명세서에서, 광 송신기가 데이터 변조된 광 캐리어의 광을 확산시키는 MMF의 광 전파 모드의 미리 선택된 세트는 광 섬유의 광 전파 모드의 완전한 세트일 수 있거나 완전한 세트가 아닐 수 있다. 즉, 미리 선택된 세트는 복수의 상대적 직교 모드를 포함하지만, 그러한 세트의 모드는 MMF에서 모드의 일 편광 또는 양 편광을 위한 완전한 기초를 형성할 수 있거나 기초를 형성하지 않을 수 있다. 각각의 미리 선택된 세트는 MMF 중 적어도 3개의 상대적 직교 광 전파 모드를 포함하며, 이는 상당히 다른 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는다.
일부 실시예에서, 광 송신기(12)는 파장 멀티플렉싱을 통합할 수 있다. 그러한 실시예에서, 광 송신기(12)는 예를 들어 파장 채널 대 파장 채널마다 초기 데이터 변조 광 캐리어의 모드 확산을 수행할 수 있다.
광 수신기(14)는 광 송신기(12)에 의해 여기되는 미리 선택된 세트의 M 개별 광 전파 모드로부터 수신된 광 값의 시퀀스를 선택적으로 또는 개별적으로 검출할 수 있다. 예를 들어, 광 수신기(14)는 본 명세서에 전체적으로 둘 다 참조로서 통합되는 미국 특허 출원 공개 제20110243490호 및 미국 특허 출원 공개 제20110243574호 중 어느 하나에 설명된 바와 같은 개별 공간 광 전파 모드로부터 수신된 광을 선택적으로 또는 개별적으로 검출하도록 구성될 수 있다.
게다가, 광 수신기(14)는 미리 선택된 세트의 상대적 직교 공간 광 전파 모드의 개별적인 것으로부터 수신된 광 값의 평행 측정에 기초하여 광 송신기(12)에 의해 광 캐리어상에 변조된 초기 디지털 데이터 스트림을 평가할 수 있다. 광 수신기(14)에서, 초기 디지털 데이터 스트림의 평가는 광 값의 병렬 처리 스트림의 전통적인 MIMO 처리 및/또는 등화를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 수신기(14)는 또한 그러한 처리 및/또는 등화를 수행하기 전에 차동 그룹 속도 보상을 수행할 수 있다. MIMO 처리 및/또는 등화는 예를 들어 광 전파 모드의 미리 선택된 세트 및 광 송신기(12)의 광 결합 매트릭스에 대한 채널 매트릭스의 곱을 대략 대각선화할 수 있다. 광 결합 매트릭스는 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 세트 및 미리 선택된 세트의 M 공간 광 전파 모드 사이에 결합을 정의한다.
전광 멀티 모드 섬유 채널(16)은 MMF의 시퀀스 N 광 송신 구간(들)(181, 182,..., 18N) 및 송신 구간(181 - 18N)의 물리적 인접 단부를 광학적으로 최종 연결하는 (N-1) 광 처리 유닛(201,...,20N-1)을 포함한다. 수 N은 1 이상인 임의의 정수일 수 있다. 각각의 광 송신 구간(181 - 18N)은 예를 들어 N 광 송신 구간(181 - 18N)이 동일 또는 유사한 공간 광 전파 모드의 직교 세트를 갖도록 동일한 타입일 수 있다.
광 송신 구간(181 - 18N)은 전통적인 MMF의 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 각각의 세그먼트는 예를 들어 전통적인 계단형 인덱스 MMF, 전통적인 경사형 인덱스 MMF, 또는 전통적인 디프레스드 클래딩 인덱스 MMF의 단일 세그먼트 일 수 있다.
교대로, 광 송신 구간(181 - 18N) 중 하나 이상은 하이브리드 MMF의 세그먼트, 예를 들어 상이한 타입의 MMF의 최종 융합 세그먼트로 형성된 MMF의 세그먼트에 의해 형성될 수 있다. 실제로, 그러한 하이브리드 MMF는 예를 들어 구간마다 미리 선택된 세트의 상이한 광 전파 모드 사이의 축적된 DGD(differential group delays)를 감소시키거나 실질적으로 보상하도록 구성될 수 있다. 그러한 DGD 보상을 제공하는 그러한 하이브리드 MMF 구간의 사용은 광 수신기(14)에서 MIMO 처리 및/또는 등화를 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 광 송신 구간(181 - 18N)은 소수의 공간 광 전파 모드만을 가지며, 즉 퓨 모드 광 섬유이다. 광 송신 구간(181 - 18N)의 시퀀스의 직교 공간 광 전파 모드의 수는 데이터를 광 전달하는 미리 선택된 세트 내의 상대적 직교 광 전파 모드의 수 이상이다.
광 처리 유닛(201 - 20N-1)은 미리 선택된 세트의 광 전파 모드 사이에서 광 증폭, 광 분산 보상, 및 누적 DGD 보상 중 하나 이상을 수행할 수 있다. 일부 실시예에서, 선택적 최종 광 처리 유닛(20N)은 미리 선택된 세트의 광 전파 모드 사이에서 임의의 잔류 DGD를 감소시키거나 제거하고/하거나 증폭을 제공하고/하거나, 광 전파 모드의 잔류 분산을 감소시키거나 제거하기 위해 사용될 수 있다.
MMF의 개별 광 송신 구간(들)(181 - 18N) 및 모든 광학 처리 유닛(들)(201 - 20N)은 임의의 적절한 형태, 예를 들어 당업자에게 공지된 전통적인 형태를 가질 수 있다. 개별 광 송신 구간(들)(181 - 18N) 및/또는 모든 광학 처리 유닛(들)(201 - 20N)은 예를 들어 2012년 6월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제13/539371호에 설명된 바와 같이, 구성될 수 있다. 모든 광학 처리 유닛(들)(201 - 20N) 중 일부는 2012년 9월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제13/632038호 및/또는 2012년 8월 24일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제61/692735호에 설명된 바와 같은 멀티 모드 광 증폭기를 포함할 수 있다. 본 단락에서 인용된 출원은 본 명세서에 전체적으로 참조로서 통합된다.
일부 실시예에서, 광 송신기(12) 및/또는 광 수신기(14)는 파장 멀티플렉싱을 통합할 수 있다. 그러한 실시예에서, 광 송신기(12)는 예를 들어 파장 채널 대 파장 채널마다, 이미 설명된 바와 같이, 광 모드 확산을 수행할 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 파장 채널에 대해, 광 수신기(14)는 파장 채널 대 파장 채널마다, 이미 설명된 바와 같이, 광 송신기(12)에서 광 캐리어상에 변조된 개별 데이터 스트림을 평가하도록 구성될 수 있다.
도 2는 도 1의 광 송신기(12)를 예시한다. 광 송신기(12)는 M 광 데이터 변조기(ODM1,...,ODMM), M 광 도파관(OW1,...,OWM) 및 광 단부면 결합기(6)를 포함한다. 각각의 광 데이터 변조기(ODM1 - ODMM)는 전기 디지털 데이터 스트림(DATA1 - DATAM)에 의해 변조된 광 캐리어를 출력하며, 이는 광 데이터 변조기(ODM1 - ODMM)에서 수신된다. 각각의 광 도파관(OW1 - OWM \)는 광 데이터 변조기(ODM1 - ODMM)의 상응하는 것을 광 단부면 결합기(6)에 광 결합한다. 광 단부면 결합기(6)는 M 광 도파관(OW1 - OWM)를 MMF, 예를 들어 도 1의 제 1 광 송신 구간(181)의 MMF의 인접 및 인근 단부면(30)에 광 결합한다.
광 단부면 결합기(6)는 각각의 광 도파관(OW1 - OWM)에 의해 방출되는 광 빔으로부터 인접 및 인근 단면상에 상응하는 광 스폿을 생성한다. 예를 들어, 광 단부면 결합기(6)는 상기 광 스폿을 생성하도록 배열된 자유 공간 광학 장치의 세트, 예를 들어 반사기(들), 애퍼처(들), 및 초점 및/또는 조준 렌즈 및/또는 미러 시스템을 포함할 수 있다. 상이한 광 도파관(OW1 - OWM)로부터 생성된 광 스폿은 종종 중심을 가지며, 이는 MMF(30)의 인접 단부면(30)상에서 공간적으로 분리된다. 광 단부면 결합기(6)의 일부 실시예에 대해, 광 스폿은 단부면(30)상에 완료되거나 실질적으로 완전하게 분리된다. 그러한 실시예에서, 광 단부면 결합기(6)는 전형적으로 MMF의 인접 단부면(30)상에서 M 개별 광 스폿을 생성한다. 다른 실시예에서, 광 단부면 결합기(6)는 공간적으로 중첩하는 광 스폿의 패턴, 예를 들어, 조명 영역을 생성할 수 있다. 다양한 실시예에서, 패턴의 개별 광 스폿의 상이한 것은 MMF에 대해 미리 선택된 세트의 광 전파 모드의 선형 독립 조합에 결합된다.
MMF의 인접 단부면(30)상에서, 광 스폿의 각각의 패턴은 상응하는 광 도파관(OW1 - OWM)와 MMF에 대해 미리 선택된 세트의 광 전파 모드 사이에서 광 결합을 정의한다. 특히, 광 단부면 결합기(6)는 각각의 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 광 에너지 또는 전력을 즉 광 도파관(OW1 - OWM) 중 하나로부터, 미리 선택된 세트의 공간 광 전파 모드로 실질적으로 균일하게 확산시킬 수 있다. 미리 선택된 세트는 강도 및/또는 위상 프로파일이 일정 값 이상으로 다른 직교 광 전파 모드를 포함하며, 예를 들어 세트는 상이한 반경 고유값 및/또는 각 운동량 고유값을 갖는 모드를 포함할 수 있다. 즉, 각각의 초기 데이터 변조된 광 캐리어는 광 전파 모드의 혼합에 의해 MMF로 수송된다. 예를 들어, 광 단부면 결합기(6)는 광 변조기(ODM1 - ODMM)로부터, 초기 데이터 변조된 광 캐리어 각각이 3 이하 데시벨, 2 이하 데시벨, 또는 심지어 1 이하 데시벨만큼 미리 선택된 세트의 모드를 통해 변하는 광 전력에 의해 MMF에 대한 M 상대적 직교 공간 광 전파 모드를 여기시키도록 구성될 수 있다.
따라서, 각각의 광 도파관(OW1 - OWM)로부터의 광은 실질적으로 MMF의 다수의 광 전파 모드의 미리 선택된 세트로 결합되며, 즉 광 전파 모드의 혼합에 결합된다. 광 결합은 초기 데이터 변조된 광 캐리어 사이에서 광 결합 매트릭스를 정의하며, 이는 광 데이터 변조기(ODM1 - ODMM), 및 MMF에 대해 미리 선택된 세트의 광 전파 모드에 의해 생성된다. 이러한 광 결합 매트릭스는 전형적으로 가역적이고 대략적으로 통합되어 있다.
도 3은 광 송신기(12)의 대체 실시예가 도 2의 MMF의 단부면(30)상에 형성할 수 있는 광 스폿의 패턴의 예를 예시한다. 광 송신기(12)의 상이한 실시예는 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 세트를 도 2의 MMF의 광 전파 모드의 상이한 미리 선택된 세트에 광학적으로 선택적으로 결합할 수 있다. 게다가, 광 송신기(12)의 다양한 실시예는 미리 선택된 세트의 광 전파 모드를 통해 세트의 초기 데이터 변조된 광 캐리어의 각각의 것에 대한 광 전력을 실질적으로 균일하게 확산시킬 수 있다. 특히, 패턴의 각각의 광 스폿은 예를 들어 3 이하 데시벨, 2 이하 데시벨, 또는 심지어 1 이하 데시벨만큼 미리 선택된 세트의 광 전파 모드를 통해 변하는 광 전력을 여기시킬 수 있다. 각각의 미리 선택된 세트는 강도 및/또는 위상 프로파일이 중대한 방식으로 다른 직교 광 전파 모드를 포함하며, 예를 들어 미리 선택된 세트는 상이한 반경 고유값 및/또는 각 운동량 고유값을 갖는 모드를 포함할 수 있다.
도 3은 대체 패턴(A, B, C, D, 및 E)을 도시하며, 이는 3, 6, 8, 10, 12, 및 15의 공간적으로 분리된 광 스폿을 각각 갖는다. 각각의 패턴(A-F)에서, 광 스폿은 채워진 원으로 표시된다. 도 3에서, 광 스폿의 일부를 연결하는 라인은 패턴(A - F)의 일부가 아니다. 라인은 다양한 패턴(A - F)의 형태의 시각화를 원조하기 위해 포함된다.
도 2의 MMF의 적절한 형태에 대해, 각각의 패턴(A - F)의 개별 광 스폿은 LP(linear polarized) 모드의 미리 선택된 세트를 여기시키며, MMF의 대략적인 광 전파 모드는 작은 광 코어 광 클래딩 인덱스 차이를 갖는 계단형 인덱스 섬유이다. 각각의 패턴(A - F)에서, 광 스폿의 수는 광 스폿의 세트가 여기할 수 있는 광 전파 모드의 독립된 조합의 수 이상이다. 3, 6, 10, 12, 및 15개의 광 스폿을 각각 갖는 패턴(A - F)의 개별 광 스폿은 예를 들어 LP 모드의 이하의 각각의 미리 선택된 세트를 여기시킬 수 있다:
Figure pct00001
각각의 패턴에서, 광 스폿은 MMF의 축상에 센터링된 하나 이상의 링상에 대칭적으로 또는 규칙적으로 배열된다. 그러한 배열의 일부 비제한 예시는 도 3에 도시된다. 일 패턴에서, 링의 수는 LPmn 모드의 미리 선택된 모드에 대한 상이한 반경 양자 수("n")의 수에 의해 주어진다. 멀티 링 패턴은 반경 LPmn 모드의 선형 독립 조합을 여기시킬 수 있다.
미리 선택된 세트의 LP 모드를 통해 광 캐리어의 전력을 실질적으로 균일하게 확산시키기 위해, 도 2의 MMF의 단부면(30)상에 광 캐리어에 의해 형성되는 광 스폿은 단부면(30)상에 적절한 위치, 크기, 및 형상을 가져야 한다. 그러한 광 스폿에 대해, 본 발명자는 위치, 크기, 및 형상의 바람직한 값이 도 2의 광 단부면 결합기(6)에서의 낮은 모드 종속 손실 및/또는 낮은 삽입 손실을 야기할 것으로 믿는다. 본 발명자는 그러한 손실의 낮은 모드 종속성이 MMF로의 송신 전에 광 캐리어상에 변조되는 데이터 스트림을 복구하는 MIMO 처리의 능력을 향상시킬 수 있을 것으로 믿는다.
광 단부면 결합기(6)는 도 2의 광 단부면 결합기(6)에 의해 MMF의 단부면(30)상에 투사되는 광 스폿과 MMF 내의 광 전파 모드 사이에서 유효 결합 매트릭스(M)를 정의한다. 매트릭스(M)에서, 각각의 매트릭스 요소는 광 스폿의 전기장과 요소에 상응하는 광 전파 모드 사이의 중첩 적분에 의해 주어진다. 전형적으로, 매트릭스(M)는 형태 M = UΛV로 분해될 수 있으며, 여기서 U 및 V는 통합된 매트릭스이고, Λ는 비제로 대각선 엔트리가 M의 고유값인 대각선 매트릭스이다. 본 발명자는 비율이 1에 근접한 크기를 갖는 비제로 대각선 엔트리를 상응하는 매트릭스 Λ가 갖는 유효 결합 메트릭스(M)를 도 2의 광 단부면 결합기(6)의 바람직한 실시예가 갖는 것을 믿는다. 광 단부면 결합기(6)의 그러한 바람직한 실시예는 본 출원의 개시에 기초하여 과도한 실험 없이 당업자에 의해 용이하게 발견될 수 있다.
도 4 및 도 5는 3 광 스폿 및 6 광 스폿 패턴의 예를 예시하며, 이는 도 2의 광 단부면 결합기(6)의 일부 실시예에 의해 구현될 수 있다. 이러한 예에서, 패턴의 개별 광 스폿은 도 2의 MMF의 적절한 형태에 대해, LP 모드 세트({LP01, LP11a, LP11b} 및 {LP01, LP02, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b}) 각각을 통해 그 안에 광 전력을 실질적으로 균일하게 확산시킬 수 있다. 특히, 적절한 MMF의 단부면(30)상에 이러한 패턴을 생성하는 광 단부면 결합기는 유효 결합 매트릭스(M)를 제공할 수 있으며, 이는 실질적으로 통합되고 비율이 1에 근접한 크기를 갖는 고유값을 갖는다.
3 광 스폿의 예시적 패턴
도 4는 대략 동일한 크기 및 형상의 3 광 스폿이 도 2의 MMF의 단부면(3)의 중심 주위에 대칭적으로 또는 규칙적으로 배열된 패턴을 도시한다. 특히, 상이한 광 스폿의 중심은 단부면(30)의 중심 주위에 120도의 회전에 의해 교환된다. 게다가, 각각의 광 스폿은 대략 가우시안 강도 프로파일 및 원형 형상을 가질 수 있다.
패턴에서, 3 광 스폿의 각각의 광은 도 2의 광 섬유의 단부면(30)의 중심으로부터 동일한 반경 거리에 위치된다. 반경 거리는 각각의 광 스폿이 대략 동일한 전력에 의해 MMF의 LP01 모드 및 MMF의 LP11a+iLP11b 모드를 여기시키게 하도록 선택된다. 여기서, LP11a+iLP11b 및 LP11a-iLP11b 모드, 즉 강도가 MMF의 축 주위에서 축 대칭인 모드는 MMF 내의 각 운동량 고유값이다. 위의 요건으로부터, 당업자는 도 2의 MMF의 중심으로부터 그러한 광 스폿의 반경 거리를 용이하게 결정할 수 있을 것이다. 실제로, 그러한 당업자는 LP01 모드가 전형적으로 MMF의 축상에서 그것의 가장 높은 광 강도를 갖고, LP11a + iLP11b가 전형적으로 MMF의 축으로부터 비제로 반경 거리에서 그것의 가장 높은 광 강도를 갖기 때문에, LP01 모드 및 LP11a +iLP11b 모드에 대한 그러한 광 스폿의 결합의 상대 강도가 상기 반경 거리에 의존하는 것을 이해할 것이다.
위의 패턴에서, 각각의 광 스폿은 또한 낮은 삽입 손실을 생성하도록 구성된 크기를 가질 수 있다. 예를 들어 근사 LP01, LP11a, 및 LP11b 모드만을 갖는 계단형 인덱스 퓨 모드 섬유 또는 경사형 인덱스 퓨 모드 섬유인 예시적 MMF에 대해, 각각의 광 스폿은 MMF의 광 코어가 대략 17 마이크로미터의 직경을 갖고 MMF가 V = 3.92의 정규화된 주파수를 갖는다면 표준 단일 모드 섬유에서 약 모드 필드 직경의 직경을 가질 수 있다. 모드 필드 직경은 전형적으로 MMF가 퓨 모드 광 섬유일 때 MMF의 유효 영역의 제곱근과 관련된다.
도 1의 광 송신기(12)의 초기 데이터 변조된 캐리어를 그것의 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)에 결합하는 3 광 스폿의 패턴을 사용하는 것은 장점을 제공할 수 있다. 특히, 3 광 스폿은 전광 멀티 모드 섬유 채널(16)에서 2 그룹 속도만을 갖는 광 전파 모드의 세트에 결합될 수 있다. 예를 들어, 세트{LP01, LP11a, LP11b}에서, LP11a 및 LP11b 모드는 전형적으로 광 전파 모드의 세트만이 2 상이한 그룹 속도로 전파하도록 동일한 순간 그룹 속도를 갖는다. 이러한 이유로, DGD(differential group delay) 보상은 하이브리드 광 섬유의 개별 MMF를 형성함으로써 구간마다 이용 가능할 수 있다. 예를 들어, 그러한 하이브리드 섬유 구간은 분산이 반대 부호를 갖는 제 1 및 제 2 MMF 세그먼트를 가질 수 있다. DGD 보상을 제공하는 그러한 하이브리드 MMF의 사용은 도 1의 광 수신기(14)에서 수신된 광 신호의 MIMO 처리를 원조할 수 있다.
6 광 스폿의 예시적 패턴
도 5는 6 광 스폿(S0, S1, S2, S3, S4, S5)의 패턴의 일 예를 개략적으로 예시하며, 이는 도 2의 MMF의 단부면(30)의 중심 주위에 배열된다. 광 스폿(S0 - S5)의 패턴은 최대 6 개별 초기 데이터 변조된 광 캐리어에 대한 광 결합을 LP 유사 광 전파 모드를 갖는 FMF(few-mode optical fiber)의 6광 전파 모드상으로 제공할 수 있다. 그러한 FMF는 양 편광이 포함될 때 12 상대적 직교 LP 모드를 가질수 있다. 일 예로서, 그러한 FMF는 예를 들어 대략 17 마이크로미터(㎛)의 직경 및 대략 0.5%의 광 코어 대 클래딩 굴절률 차를 갖는 광 코어를 가질 수 있다.
패턴에서, 중심 광 스폿(S0)은 직경(ds0)를 갖고, 5 외부 광 스폿(S0)은는 직경(ds1)을 갖는다. 5 외부 광 스폿(S1)은 반경(re)의 가상 원(C)을 따라 대략 동일한 아크 분리에 위치되며, 가상 원(C)은 단부면(30)의 중심상에 대략 센터링된다. 외부 광 스폿(S1)은 직경이 dc인 컷 아웃 원 영역을 터치한다. 컷 아웃 원 영역은 또한 중심 광 스폿(S0)상에 센터링된다.
패턴에서, 각각의 광 스폿(S0 - S5)은 예를 들어 대략 가우시안 강도 프로파일 및 원형 형상을 가질 수 있다.
광 스폿(S0 - S5의) 패턴은 파라미터(ds1, re, ds0, 및/또는 dc)에 대한 적절한 값을 선택함으로써 도 2의 광 모드 결합기에서 결합 삽입 손실 및/또는 손실의 모드 종속성을 감소시키도록 설계될 수 있다. 일 예로서, 상술된 MMF에 결합하기 위해, 광 모드 결합기(6)는 ds1이 대략 5.5 ㎛가 되도록 설정되며, re가 대략 6.6 ㎛가 되도록 설정되고, ds0이 대략 5.1 ㎛가 되도록 설정되고, dc가 대략 6.6 ㎛가 되도록 설정되면, 대략 3 dB의 결합 삽입 손실 및 대략 1 dB의 손실의 모드 종속성으로 형성될 수 있다. 결합 삽입 손실의 모드 종속성은 광 전파 모드가 FMF의 길이를 따라 실질적 혼합을 겪으면 더 완화될 수 있다.
도 2의 광 모드 결합기(6)에 대한 6 광 스폿의 그러한 패턴은 예를 들어도 6a - 도 6b에서 아래에 예시되는 것과 유사한 구조, 테이퍼된 광 섬유 번들 또는 광자 랜턴, 집적 광학 장치, 또는 3D 도파관 장치에 기초하여, 자유 공간 옵틱스를 사용하여 이루어질 수 있다. 자유 공간 옵틱스에 기초하는 광 모드 결합기(4)의 그러한 실시예에서, 초기 데이터 변조된 광 빔은 예를 들어 5각형 또는 다른 기초를 갖는 피라미드 미러 장치를 사용함으로써, 6 광 스폿의 패턴을 형성하도록 공간적으로 결합될 수 있다. 피라미드 미러 장치의 메인 축을 따르는 중심 홀은 패턴의 중심 광 스폿(S0)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 테이퍼된 섬유 번들 또는 광자 랜턴에 기초한 광 모드 결합기(t)의 일 실시예에서, 그것의 6 단일 모드 광 섬유의 테이퍼된 부분은 FTS(Fused and Tapered Structure)에서 단면 패턴을 형성할 수 있으며, 이는 형태에 있어서 도 5의 패턴과 유사하다.
3 스폿 모드 결합기를 갖는 예시적 광 송신기
도 6a - 도 6b는 도 2의 광 송신기(12)의 일 예(12A)를 예시하며, 이는 도 2의 MMF의 인근 단부면(30)상에서 도 4의 3 스폿 패턴을 생성한다. 광 송신기(12A)는 도 2의 광 단부면 결합기(6)를 구성하기 위해 자유 공간 옵틱스를 사용한다.
도 6a를 참조하면, 광 송신기(12A)는 3개의 광 데이터 변조기(22l, 222, 223), 3개의 광 도파관(OW1, OW2, OW3); 미러(M1, M2, M3, M4); 및 렌즈(L1, L2)를 포함하는 초점 및/또는 조준 렌즈 시스템을 포함한다.
각각의 광 변조기(221, 222, 223)는 수신된 초기 전기 디지털 데이터 스트림(DATA-1, DATA-2, DATA-3)을 상응하는 광 캐리어상으로 변조시키고 최종 초기 데이터 변조된 광 캐리어를 상응하는 광 도파관(OW1, OW2, OW3)에 출력한다. 예를 들어, 단일 모드 광 섬유 또는 평면 광 도파관일 수 있는 각각의 광 도파관(OW1, OW2, OW3)는 초기 데이터 변조된 광 캐리어를 그것의 출력 단부를 통해 미러(M1, M2, M3)에 송신한다.
미러(M1, M2, M3, M4)는 초기 데이터 변조된 광 캐리어를 도 2의 MMF의 인근 단부면에 결합한다. 3개의 미러(M1, M2, M3)는 초기 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)의 광 빔의 단면에 의해 형성되는 패턴을 재배열한다. 이러한 광 빔은 공동 평면 방식으로 광 도파관(OW1, OW2, OW3)의 단부로부터 본래 방출된다.
2개의 미러(M1, M2)는 3개의 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)가 도 6a의 영역(AA)에서 동일 평면에 있고 평행하도록 2개의 이러한 광 빔 중 2개를 재지향시킨다. 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)의 광 빔의 이러한 동일 평면 및 평행한 배열은 도 6b의 상부에 단면으로 예시된다.
다음에, 나머지 미러(M3, M4)는 도 6a의 영역(BB)에서 다른 2개의 공동 지향 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2)의 광 빔의 평면 위 또는 아래에 위치되도록 중심 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(3)의 광 빔을 측방으로 변위시킨다. 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)의 광 빔의 이러한 새로운 배열은 도 6b의 중심 부분에 예시된다. 이러한 나머지 미러(M3, M4)는 도 6a의 인서트에 예시된 바와 같이 수직으로 배열될 수 있다.
렌즈(L1 및 L2)는 미러(M1 - M4)가 생성하는 광 빔의 패턴을 리사이징하며, 그 결과 패턴은 도 2의 MMF의 단부면(30)을 조명하기에 적절한 크기를 갖는다. 예를 들어, 렌즈(L1)는 더 작은 직경 빔 배열을 생성하기 위해 BB 영역으로부터 3개의 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)의 단면을 축소할 수 있다. 그 다음, 렌즈(L2)는 MMF의 단부면(30)상에 상기 3개의 광 빔으로부터의 광의 3 스폿 구성을 형성하기 위해 3개의 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)를 조준할 수 있다. 초기 디지털 데이터 변조된 광 캐리어(1, 2, 3)의 광 빔의 이러한 새로운 배열은 도 6b의 하단 부분에 예시된다.
섬유 장치에 기초한 예시 광 송신기
다른 실시예에서, 도 2의 광 도파관(OW1 - OWM) 및 광 단부면 결합기(6)는 광 섬유 장치, 예를 들어 각각의 입력 광 섬유가 초기 데이터 변조된 광 캐리어 중 하나를 전달하는 테이퍼된 섬유 번들로 형성될 수 있다. 섬유 번들에서, 개별 광 섬유는 이미 논의된 스폿 패턴 중 하나, 예를 들어 도 3 - 도 5의 패턴 중 하나에 따른 섬유 번들의 FTS(fused and tapered section)에서 측방으로 배치될 수 있다.
일부 그러한 실시예에서, 광 섬유 장치는 원래 광 섬유 코어의 어레이가 더 낮은 굴절률의 광 클래딩 매트릭스에 의해 둘러싸여 있는 FTS(fused and tapered optical segment)에서 M 단일 모드 섬유(SMF1,...,SMFM)를 단열적으로 병합하는 광자 랜턴일 수 있다.
도 7은 즉, M = 3인 경우에 대해, M 입력 단일 모드 광 섬유(SMF1,...,SMFM)를 갖는 그러한 광자 랜턴(6')의 일 예를 개략적으로 예시한다. 광자 랜턴(6')의 FTS(fused and tapered segment)를 형성하기 위해, 각각의 원래 단일 모드 섬유(SMF1 - SMFM)의 세그먼트는 더 낮은 굴절률을 갖는 단일 GC(glass capillary)에 배치될 수 있다. 그 다음, 섬유로 채워진 유리 모세관은 FTS 세그먼트의 단열 테이퍼링을 생성하기 위해 용합되고 풀링(pulled)될 수 있다. 단열 테이퍼링으로 인해, M 분리 단일 모드 광 코어의 광 패턴은 전력 손실 없이 FTS(tapered and fused segment)에서 새로운 빔 패턴으로 진화될 수 있다. 단열 테이퍼링으로 인해, M 국부화된 빔의 원래 패턴은 측방으로 중첩하는 빔의 패턴에 대해 FTS 세그먼트로 진화될 수 있으며, 이는 본 출원의 다른 곳에서 논의된 바와 같은 MMF의 단부면상에 중첩하는 조명 영역의 패턴을 생성할 수 있다. 도 2의 광 모드 결합기(6)의 광자 랜턴 기반 실시예는 예를 들어 테이퍼링이 M 단일 모드 섬유의 원래 전파 모드의 광이 FTS(fused and tapered optical segment)의 광 클래딩 모드로 진화되게 하지 않을 때 낮은 모드 종속 손실 및/또는 낮은 결합/삽입 손실을 제공할 수 있다.
집적 장치에 기초한 예시적 광 송신기
대안으로, 도 2의 광 도파관(OW1 - OWM) 및 광 모드 결합기(6)는 M 초기 데이터 변조된 광 캐리어로부터 원하는 광 스폿 패턴을 생성하도록 구성된 평면 광학 장치를 사용함으로써 구현될 수 있다.
3D 도파관 장치에 기초한 예시적 광 송신기
도 8은 3D 도파관 장치(6")를 예시하며, 이는 도 2의 광 단부면 결합기(6)의 일 실시예를 제공한다. 3D 도파관 장치(6")는 도 2의 MMF의 인근 단부면(30)상에 3 광 스폿의 패턴을 생성하도록 구성된다. 3D 도파관 장치(6")는 광학 재료의 블록(2), 예를 들어 석영 유리 블록의 볼륨으로 형성된 3 광 코어(3DC1, 3DC3, 3DC3)를 포함한다. 블록(2)의 LS(left side)와 블록(2)의 RS(right side) 사이에서, 광 코어(3DC1, 3DC3, 3DC3)에 의해 형성되는 단면 패턴은 원활하게 진화된다. 블록(2)의 LS(left side)상에서, 패턴의 광 코어(3DC1 - 3DC3)는 광 데이터 변조기(도시되지 않음)에 연결되는 광 도파관(OW1, OW2, OW3)로의 단부 결합에 편리한 바와 같이 광범위하게 이격된다. 블록(2)의 RS(right side)상에서, 광 코어(3DC1 - 3DC3)는 광 스폿의 패턴의 형태인 SP(spatial pattern)를 가지며, 이는 MMF의 인근 단부면(30)상에 투사된다.
광 코어(3DC1 - 3DC3)의 단면 패턴의 진화는 블록(2)의 벌크 볼륨에서 광 코어(3DC1 - 3DC3)를 형성함으로써 생성된다. 특히, 3D 도파관 장치는 포커싱된 고강도 레이저로 광학 재료의 블록에 새겨질 수 있다. 예를 들어, 펨토 초 펄스 고강도 레이저는 3D 석영 유리 블록의 볼륨에 광 코어의 그러한 복잡한 패턴을 레이저 기록할 수 있는 포커싱된 광 빔을 생성하도록 동작될 수 있다. 3D 마이크로-제조 레이저 가공을 통해 그러한 3D 도파관 장치를 생산하는 서비스는 공개적으로 이용 가능하며, 예를 들어 그러한 서비스 및 3D 도파관 장치는 옵토스크라이브 엘티디., EH54 7GA 스코틀란드, 웨스트 로시안, 리빙스톤, 알바 캠퍼스, 알바 이노베이션 센터 0/14(Optoscribe Ltd., 0/14 Alba Innovation Centre, Alba Campus, Livingston, West Lothian, Scotland EH54 7GA)로부터 공개적으로 이용 가능하다.
예시된 광 단부면 결합기(6)가 MMF의 인근 단부면(30)상에 3 광 스폿의 패턴을 생성하도록 구성되기 때문에, 도 2의 광 단부면 결합기(6)에 대한 3D 도파관 장치는 3 광 스폿을 생성하는 장치에 제한되지 않는다. 본 개시에 기초하여, 당업자는 도 2의 MMF의 단부면(30)상에 광 스폿의 다른 패턴을 생성하도록 구성된 3D 도파관 장치의 다른 실시예를 용이하게 제작하고 사용할 수 있을 것이다. 실제로, 그러한 당업자는 그러한 다른 실시예가 도 3에 예시된 바와 같은 광 스폿의 패턴(A - F) 중 어느 것을 생성하도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 출원에서, 도 2의 광 단부면 결합기(6)의 일부 실시예가 광 스폿의 개별적인 것이 공간적으로 분리된 광 스폿의 패턴을 생성하는 것으로서 예시되었기 때문에, 본 발명은 그러한 특수 패턴에 제한되지 않는다. 여기서, 표현 "광 스폿"은 광의 두 국부적인 스폿, 예를 들어 원형의 조명된 스폿, 및 더 일반적인 조명 영역을 포함한다. 광 스폿은 심지어 분리된 조명 영역의 집합일 수 있다. 실제로, 도 7 및 도 8의 테이퍼된 섬유 번들(6')의 일부 및 2d 도파관 장치(6")는 개별적으로 수신된 광 빔으로부터 그러한 조명 영역의 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 개별 데이터 변조된 광 캐리어를 도 2의 단부면(30)에 결합하기 위해 그러한 조명 영역을 사용하는 것은 모드의 일부가 상당히 다른 강도 및/또는 위상 프로파일을 갖는 직교 전파 모드의 일부 미리 선택된 세트를 통해 개별 데이터 변조된 광 캐리어의 전력을 여전히 실질적으로 균일하게 확산시킬 수 있다.
도 1의 광 통신 시스템(10)의 일부 실시예는 또한 예를 들어 2012년 9월 15일에 출원된 미국 가 특허 출원 제61/701613호에 설명된 바와 같이 차동 그룹 지연 보상을 구현할 수 있다. 본 출원은 본 명세서에 전체적으로 참조로서 통합된다.
본 발명은 명세서, 도면 및 청구범위를 고려하여 당업자에게 자명한 다른 실시예를 포함하도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 복수의 광 데이터 변조기 및 광 단부면 결합기(optical end-face coupler)를 포함하는 광 송신기 - 상기 광 데이터 변조기의 각각은 상응하는 데이터 변조된 광 캐리어를 출력하도록 구성되며, 상기 광 단부면 결합기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어를 광 빔의 패턴에 지향시켜 광 스폿의 패턴으로 멀티 모드 광 섬유의 단부면을 조명하도록 구성됨 - 를 포함하되,
    상기 광 단부면 결합기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어의 각각이 상기 멀티 모드 광 섬유의 직교 광 전파 모드의 세트를 여기(excite)시키게 하도록 구성되고, 상기 세트의 직교 광 전파 모드의 일부는 상당히 다른 강도 또는 위상 프로파일을 갖는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 단부면 결합기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어 각각의 광 전력이 상기 세트의 상기 직교 광 전파 모드를 통해 실질적으로 균일하게 확산되게 하도록 구성되는
    장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광 단부면 결합기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어 중 적어도 하나에 대한 광 전력이 상기 직교 광 전파 모드를 통해 확산되게 하도록 구성되되, 상기 직교 광 전파 모드의 각각이 각각의 나머지 직교 광 전파 모드의 상기 광 전력의 적어도 ½을 수신하도록 구성되는
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 단부면 결합기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어를 수신하도록 연결된 입력 광 섬유를 갖는 테이퍼된 섬유 번들(a tapered fiber bundle) 및 상기 광 스폿의 패턴으로 상기 단부면을 조명할 수 있는 출력 단부를 포함하는
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 단부면 결합기는 3D 도파관 장치를 포함하는
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    전광 단부 연결 멀티 모드 광 섬유 구간의 시퀀스를 갖는 전광 멀티 모드 섬유 채널을 더 포함하되,
    상기 멀티 모드 광 섬유는 상기 시퀀스 내의 상기 광 멀티 모드 섬유 구간의 첫 번째의 세그먼트이고, 상기 시퀀스의 상기 멀티 모드 섬유 구간의 일부는 차동 그룹 지연 보상을 제공하도록 구성된 하이브리드 광 섬유 구간인
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    전광 멀티 모드 섬유 채널로부터 수신된 광에 대한 측정치의 세트에 MIMO 처리를 수행함으로써 상기 데이터 변조된 광 캐리어에 의해 전달되는 데이터 스트림을 평가하도록 구성된 광 수신기를 더 포함하는
    장치.
  8. 복수의 데이터 변조된 광 캐리어를 동시에 송신하고, 광 스폿의 패턴으로 멀티 모드 광 섬유의 단부면을 조명하도록 구성된 광 송신기 - 상기 광 스폿의 각각은 상기 데이터 변조된 광 캐리어 중 상응하는 것에 의해 형성됨 - 를 포함하되,
    상기 패턴에서, 각각의 광 스폿은 상기 멀티 모드 광 섬유에서 상이한 측방 강도 또는 위상 분포를 갖는 직교 광 전파 모드의 세트를 통해 상기 데이터 변조된 광 캐리어 중 상응하는 것의 광 전력을 확산시키기 위해 상대적으로 위치되는
    장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴의 상기 광 스폿의 서브세트는 원 상에 위치된 중심을 갖고, 상기 서브세트의 상기 광 스폿은 상기 원 상에 대략 동일한 아크 분리를 갖고, 상기 서브세트는 3개, 5개, 7개 또는 9개의 상기 광 스폿으로 형성되는
    장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 패턴의 상기 광 스폿의 서브세트는 원 상에 위치된 중심을 갖고, 상기 서브세트의 상기 광 스폿은 상기 원 상에 대략 동일한 아크 분리를 갖고, 상기 광 송신기는 상기 데이터 변조된 광 캐리어 중 적어도 하나의 전력을 상기 직교 광 전파 모드를 통해 송신하도록 구성되되, 상기 세트의 직교 광 전파 모드의 각각이 상기 세트의 각각의 나머지 직교 광 전파 모드의 전력의 적어도 ½을 수신하도록 구성되는
    장치.
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