WO2015163124A1 - マルチコア・マルチモードファイバ結合装置 - Google Patents

マルチコア・マルチモードファイバ結合装置 Download PDF

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淡路　祥成
小林　哲也
武敏 高畠
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国立研究開発法人情報通信研究機構
株式会社オプトクエスト
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    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02042—Multicore optical fibres

Definitions

  • the present invention is a multi-core multi-mode fiber coupling capable of effectively coupling a plurality of single-mode fibers and multi-core multi-mode fibers by collectively converting single-mode light from a plurality of fibers into a higher-order mode.
  • the present invention relates to a device and a method for coupling a plurality of optical fibers and a multicore / multimode fiber using the device.
  • Patent Document 1 discloses a multi-core fiber coupling device. This multi-core fiber coupling device couples a plurality of single-mode fibers and multi-core fibers.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique in which a bundle fiber is stretched in a tapered shape and a 7-core multicore fiber and a single mode fiber are coupled. In this technology, multiple single-mode fibers are bundled and stretched, and fusion-bonded with multi-core fibers.
  • the transmission limit of optical fiber is a problem. Therefore, it is desired to develop a multi-core / multi-mode fiber coupling device capable of transmitting a large amount of information and to propose a multi-core / multi-mode fiber coupling method using the device.
  • the present invention basically enables multi-core / multi-mode fiber coupling by mode-multiplexing light emitted from a plurality of multi-core couplers using an optical coupler (optical mode multiplexer). It is based on the knowledge that.
  • the present invention relates to a multi-core multi-mode fiber coupling device.
  • This apparatus includes a first fiber group 11, a first condensing system 13, a first mode converter 15, a second fiber group 21, a second condensing system 23, and a multi-core fiber. And a spatial coupling system 33.
  • the first mode converter 15 collectively converts the light from the first fiber group 11.
  • the multi-core fiber space coupling system 33 multiplexes the mode-converted light from the first fiber group 11 and the light from the second fiber group 21 and transmits them to the multi-core fiber 31.
  • the first light condensing system 13 is an optical system for condensing the emitted light group from the first fiber group 11.
  • the first mode converter 15 is an optical device for converting the mode of the light group emitted from the first fiber group 11 collected by the first light collecting system 13 into the first mode.
  • the second light condensing system 23 is an optical system for condensing the emitted light group from the second fiber group 21.
  • the multi-core fiber spatial coupling system 33 is an optical system for combining the outgoing light group from the first mode converter 15 and the outgoing light group from the second condensing system 23 and guiding them to the multi-core fiber 31.
  • the first condensing system 13 When the first mode is the fundamental mode, the first condensing system 13 is provided with a distribution in which the phase difference between adjacent intensities in spatial light is ⁇ (180 °) in accordance with the propagation mode in the optical fiber. By passing through the mode converter 15, it is possible to convert to a higher order mode.
  • the multi-core / multi-mode fiber coupling device of the present invention collectively mode-converts a plurality of outgoing lights from the first fiber group 11 by collecting light fluxes in the first mode converter 15.
  • the first mode converter 15 is preferably a phase plate installed at a position where the light emitted from the first fiber group 11 coincides with the first light collecting system 13. This position is also a position for realizing optimum mode conversion efficiency, as will be described later.
  • a preferred example of the multi-core multi-mode fiber coupling device further includes a third fiber group 41, a third condensing system 43, and a third mode converter 45.
  • the third condensing system 43 is an optical system for condensing the emitted light group from the third fiber group 41.
  • the third mode converter 45 is an optical device for converting the mode into the second mode of the light group emitted from the third fiber group 41 collected by the third light collection system 43.
  • the multi-core fiber spatial coupling system 33 includes a group of light beams emitted from the first mode converter 15, a group of light beams emitted from the second light condensing system 23, and a third mode converter 45.
  • the outgoing light group is guided to the multi-core fiber 31.
  • the present invention also provides a multicore / multimode fiber coupling method using the multicore / multimode fiber coupling device described above. This method includes the following steps.
  • the outgoing light group is emitted from the first fiber group 11.
  • the emitted light group from the first fiber group 11 is collected by the first light collection system 13.
  • the group of light emitted from the first fiber group 11 collected by the first light collecting system 13 is mode-converted to the first mode by the first mode converter 15.
  • the outgoing light group is emitted from the second fiber group 21.
  • the emitted light group from the second fiber group 21 is collected by the second light collecting system 23.
  • the outgoing light group from the first mode converter 15 and the outgoing light group from the second condensing system 23 are guided to the multi-core fiber 31 by the multi-core fiber space coupling system 33.
  • a multi-core multi-mode fiber coupling device can be obtained by using a plurality of multi-core couplers and optical couplers (optical mode multiplexers). realizable.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration example of a multi-core multi-mode fiber coupling device.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the mode converter.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a preferred example of a multi-core multi-mode fiber coupling device.
  • the present invention relates to a multi-core multi-mode fiber coupling device.
  • the multi-core / multi-mode fiber coupling device couples light from a plurality of light sources with a multi-core / multi-mode fiber. That is, it refers to a device for guiding multimode light including a plurality of higher order modes to each core of a multicore fiber having a plurality of cores in one optical fiber. It is not necessary for all the cores included in the multi-core fiber to be used for optical information communication. For example, either the central core or the surrounding core may be used for detection, and feedback may be appropriately taken.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration example of a multi-core multi-mode fiber coupling device of the present invention.
  • this apparatus includes a first fiber group 11, a first light condensing system 13, a first mode converter 15, a second fiber group 21, and a second light collecting system. It has an optical system 23 and a multi-core fiber space coupling system 33.
  • the first fiber group 11 means a group of two or more optical fibers provided at spatially separated positions.
  • An example of the optical fiber constituting the first fiber group is a single mode fiber.
  • the first light condensing system 13 is an optical system for condensing the emitted light group from the first fiber group 11.
  • the example of the 1st condensing system 13 is a prism and a mirror for guide
  • the first condensing system 13 is a mirror, the optical path is adjusted so that light from a plurality of optical fibers that are spatially separated reaches a predetermined position of the wave plate. In this manner, a plurality of lights from the first fiber group 11 are guided to a predetermined position of the first mode converter 15 by the first light collecting system 13.
  • the first condensing system 13 is not necessarily used in the case where the first mode converter 15 can be guided to a predetermined position regardless of the first condensing system 13.
  • the first mode converter 15 is an optical device for converting the mode of the light group emitted from the first fiber group 11 collected by the first light collection system 13 into the first mode.
  • An example of the first mode converter 15 is a phase plate.
  • the first mode converter 15 is preferably a phase plate installed at a position where the light emitted from the first fiber group 11 coincides with the first light collecting system 13. In the first mode converter 15, multi-core / multi-mode fiber coupling can be easily achieved by collectively mode-converting the light contained in the light group emitted from the first fiber group 11.
  • the mode converter is known as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-047784 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-122688.
  • the mode converter can convert the light in the base mode into the light in the higher order mode.
  • the output from the first fiber is usually in basic (basic) mode (TEM 00 ).
  • the fundamental mode light is appropriately mode-converted by the first mode converter 15.
  • An example of the mode after the mode conversion is the primary mode (TEM 01 or TEM 10 ).
  • Other modes for example, TEM 11 or TEM 02
  • the output light group from the first mode converter 15 that reaches the multi-core multi-mode fiber preferably has a mode different from that of the other light groups.
  • a fundamental mode for example, when the output from a single-mode fiber is not mode-converted
  • TEM 01 and TEM 10 modes It is preferable to do. Any mode may be adopted as long as it is introduced into the multi-core / multi-mode fiber and can be separated using known means in the multi-core / multi-mode fiber on the receiver side.
  • a preferable example of the multi-core multi-mode fiber coupling device is one in which the light beam is collected at a predetermined position of the first mode converter 15 by the first condensing system 13.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the mode converter. As shown in FIG. 2, this phase plate 16 is adapted to the propagation mode in the optical fiber in order to make the phase difference of adjacent intensities in the spatial light ⁇ (180 °) in accordance with the propagation mode in the optical fiber.
  • a transparent medium having a specific refractive index is arranged in the adjacent intensity distribution in the spatial light, and a physical optical path difference corresponding to the phase difference at the wavelength is given.
  • the light 19 arranged so as to be irradiated uniformly in the thin portion 17 and the thick portion 18 has different optical path lengths, so that mode conversion is performed.
  • the configuration of the mode converter is not limited to the above. However, if this method is used, it is possible to easily convert the modes of the plurality of fundamental modes at once by adjusting the traveling direction of the fundamental mode light from the single mode fiber by the optical system.
  • a multi-core fiber has a plurality of cores at symmetrical positions from the central core.
  • the phase plate generally has a straight line between the thin portion 17 and the thick portion 18.
  • the present invention guides light from a fiber once gathered at this boundary to each core of the multi-core.
  • the second light condensing system 23 is an optical system for condensing the emitted light group from the second fiber group 21.
  • the second mode converter for mode-converting the mode of the light group emitted from the second fiber group 21 collected by the second light collecting system 23 is not essential. This is because the multi-core multimode fiber may contain a fundamental mode optical signal.
  • the mode of the emitted light group from the second fiber group 21 collected by the second light collecting system 23 may be changed by the second mode converter.
  • the multi-core fiber space coupling system 33 is an optical system for guiding the light group emitted from the first mode converter 15 and the light group emitted from the second light collecting system 23 to the multi-core fiber 31.
  • the multi-core fiber spatial coupling system 33 is configured to transmit each of a plurality of lights included in the light group emitted from the first mode converter 15 and the light group emitted from the second light collecting system 23 in the multi-core multi-mode fiber. Lead to the corresponding core among the multiple cores.
  • An example of such an optical system is an optical system in a multi-core fiber coupling device disclosed in JP2013-182222A.
  • the multi-core fiber space coupling system 33 includes, as shown in FIG. 1, light from the first relay lens and the first relay lens on which the outgoing light group from the first mode converter 15 is incident, And a beam splitter that guides a group of light emitted from the second light collecting system 23 to a multi-core multi-mode fiber.
  • the output from the beam splitter propagates through the multimode fiber coupling lens to the multimode fiber, and each light of the light group propagates to the target core.
  • the relay lens means a lens and a lens system that transmit an image formed by an optical system in front to the rear. The relay lens optimizes the size mismatch between the predetermined higher-order mode in which the multi-beam is converted by the phase plate and the same-order mode in the fiber, thereby obtaining the maximum coupling efficiency.
  • multi-core / multi-mode fiber coupling can be easily achieved by collectively mode-converting the light contained in the light group emitted from the first fiber group 11.
  • the light emitted from the multicore / multimode fiber 31 is separated by a multicore fiber coupling lens (multicore fiber separation lens) 61 and transmitted to a plurality of fibers 65 by an optical system 63.
  • a multicore fiber coupling lens multicore fiber separation lens
  • the present invention also provides a multicore / multimode fiber coupling method using the multicore / multimode fiber coupling device described above. This method includes the following steps.
  • the outgoing light group is emitted from the first fiber group 11.
  • the emitted light group from the first fiber group 11 is collected by the first light collection system 13.
  • the group of light emitted from the first fiber group 11 collected by the first light collecting system 13 is mode-converted to the first mode by the first mode converter 15.
  • the outgoing light group is emitted from the second fiber group 21.
  • the emitted light group from the second fiber group 21 is collected by the second light collecting system 23.
  • the outgoing light group from the first mode converter 15 and the outgoing light group from the second condensing system 23 are guided to the multi-core fiber 31 by the multi-core fiber space coupling system 33.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a preferred example of a multi-core multi-mode fiber coupling device.
  • the example shown in FIG. 3 includes a third fiber group 41, a third condensing system 43, and a third mode converter 45 in addition to the configuration of the multicore / multimode fiber coupling device described above. Also have.
  • the third condensing system 43 is an optical system for condensing the emitted light group from the third fiber group 41.
  • the third mode converter 45 is an optical device for converting the mode into the second mode of the light group emitted from the third fiber group 41 collected by the third light collection system 43.
  • the third fiber group 41, the third condensing system 43, and the third mode converter 45 are the same as the first fiber group 11, the first condensing system 13, and the first mode converter 15, respectively. It has the composition of.
  • the multi-core fiber spatial coupling system 33 includes a group of light beams emitted from the first mode converter 15, a group of light beams emitted from the second light condensing system 23, and a third mode converter 45.
  • the outgoing light group is guided to the multi-core fiber 31.
  • the present invention also provides a multicore / multimode fiber coupling method using the multicore / multimode fiber coupling device described above. This method includes the following steps.
  • the outgoing light group is emitted from the first fiber group 11.
  • the emitted light group from the first fiber group 11 is collected by the first light collection system 13.
  • the group of light emitted from the first fiber group 11 collected by the first light collecting system 13 is mode-converted to the first mode by the first mode converter 15.
  • the outgoing light group is emitted from the second fiber group 21.
  • the group of light emitted from the second fiber group 21 is collected by the second light collection system 23.
  • the outgoing light group is emitted from the third fiber group 41.
  • a group of light emitted from the third fiber group 41 is collected by the third light collection system 43.
  • a group of light beams emitted from the third fiber group 41 collected by the third light collecting system 43 is converted into a second mode (the light from the second fiber group is converted into the second mode by the third mode converter 45). If the mode has been converted to the mode, the mode is converted to the third mode.
  • the outgoing light group from the first mode converter 15, the outgoing light group from the second condensing system 23, and the outgoing light group from the third mode converter 45 are sent to the multi-core fiber spatial coupling system 33 by the multi-core fiber. Guided to fiber 31.
  • the present invention can be used in the field of optical fiber communication using space division multiplexing and multicore multimode fiber.
  • First fiber group 13 First light collecting system 15.
  • First mode converter 21 Second fiber group 23.
  • Second light collecting system 31 Multicore fiber 33 ⁇ Space coupling system for multi-core fiber 41 ⁇ ⁇ Third fiber group 43 ⁇ ⁇ Third condensing system 45 ⁇ ⁇ Third mode converter 61 ⁇ ⁇ Multi-core fiber coupling lens 63 ⁇ ⁇ Optical system 65 ⁇ ⁇ Fiber

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Abstract

【解決課題】　多くの情報を伝送することができるマルチコア・マルチモードファイバ結合装置 【解決手段】第１のファイバ群１１と，第１の集光系１３と，第１のモード変換器１５と，第２のファイバ群２１と，第２の集光系２３と，マルチコアファイバ用集光系３３とを有するマルチコア・マルチモードファイバ結合装置。第１のモード変換器１５にて，第１のファイバ群１１からの光を一括してモード変換する。マルチコアファイバ用空間結合系３３は，モード変換された第１のファイバ群１１由来の光と第２のファイバ群２１由来の光とをマルチコアファイバ３１へ伝える。

Description

マルチコア・マルチモードファイバ結合装置
　本発明は，複数のファイバからのシングルモードの光を一括して高次モードに変換することで，複数のシングルモードファイバとマルチコア・マルチモードファイバとを効果的に結合できるマルチコア・マルチモードファイバ結合装置や，その装置を用いた複数の光ファイバとマルチコア・マルチモードファイバとの結合方法に関する。
　近年，光ファイバの伝送量限界が問題となっており，この問題を解決するため，空間分割多重（ＳＤＭ）の研究が盛んになされている。このため，1本のファイバに複数のコアを持つマルチコアファイバや，1つのコアに複数の伝搬モードを伝送できるマルチモードファイバも研究対象とされている。
　特開２０１３－１８２２２２号公報（下記特許文献１）には，マルチコアファイバ結合装置が開示されている。このマルチコアファイバ結合装置は，複数のシングルモードファイバと，マルチコアファイバとを結合するものである。
　非特許文献１には，バンドルファイバをテーパ状に引き延ばし，７コアのマルチコアファイバとシングルモードファイバを結合させる技術が開示されている。この技術は，複数本のシングルモードファイバを束ねて引き延ばし，マルチコアファイバと融着接合するものである。
特開２０１３－１８２２２２号公報
Ｂ．Ｚｈｕ，ｅｔ．ａｌ"Ｓｐａｃｅ－，Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－，Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｏｆ　５６－Ｔｂ／ｓ　ｏｖｅｒ　ａ　７６．８－ｋｍ　Ｓｅｖｅｎ－Ｃｏｒｅ　Ｆｉｂｅｒ，"ｉｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，　ＯＳＡ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｇｅｓｔ　（ＣＤ）（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｏｆ　Ａｍｅｒｉｃａ，　２０１１），　ｐａｐｅｒ　ＰＤＰＢ７．
　上記のとおり，光ファイバの伝送量限界が問題とされる。このため，多くの情報を伝送することができるマルチコア・マルチモードファイバ結合装置の開発及びその装置を用いたマルチコア・マルチモードファイバ結合方法の提案が望まれる。
　本発明は，基本的には，複数のマルチコア結合器からの出射光を光結合器（光モード合波器）を用いて，モード合波することで，マルチコア・マルチモードファイバ結合が可能となるという知見に基づくものである。
　本発明は，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置に関する。この装置は，第１のファイバ群１１と，第１の集光系１３と，第１のモード変換器１５と，第２のファイバ群２１と，第２の集光系２３と，マルチコアファイバ用空間結合系３３とを有する。第１のモード変換器１５にて，第１のファイバ群１１からの光を一括してモード変換する。マルチコアファイバ用空間結合系３３は，モード変換された第１のファイバ群１１由来の光と第２のファイバ群２１由来の光とを合波しマルチコアファイバ３１へ伝える。
　第１の集光系１３は，第１のファイバ群１１からの出射光群を集光するための光学系である。第１のモード変換器１５は，第１の集光系１３にて集光された第１のファイバ群１１からの出射光群のモードを第１のモードに変換するための光学機器である。第２の集光系２３は，第２のファイバ群２１からの出射光群を集光するための光学系である。
　マルチコアファイバ用空間結合系３３は，第１のモード変換器１５からの出射光群及び第２の集光系２３からの出射光群を合波しマルチコアファイバ３１へ導くための光学系である。
　第１のモードが基底モードである場合，第１の集光系１３に光ファイバ内の伝搬モードに合わせて空間光における隣り合う強度の位相差をπ(１８０°)にする分布を与える第一のモード変換器１５を通過することで高次のモードに変換することができる。本発明のマルチコア・マルチモードファイバ結合装置は，第１のファイバ群１１からの複数の出射光を，第１のモード変換器１５に光束を集めることで一括してモード変換する。第１のモード変換器１５は，第１の集光系１３によって第１のファイバ群１１からの出射光群が一致した位置に設置されたフェーズプレートであるものが好ましい。この位置は，後述するように，最適なモード変換効率を実現するための位置でもある。
　このマルチコア・マルチモードファイバ結合装置のうち好ましい例は，第３のファイバ群４１と，第３の集光系４３と，第３のモード変換器４５とをさらに有するものである。第３の集光系４３は，第３のファイバ群４１からの出射光群を集光するための光学系である。第３のモード変換器４５は，第３の集光系４３にて集光された第３のファイバ群４１からの出射光群の第２のモードにモードを変換するための光学機器である。
　この例の場合，マルチコアファイバ用空間結合系３３は，第１のモード変換器１５からの出射光群，第２の集光系２３からの出射光群，及び第３のモード変換器４５からの出射光群を，前記マルチコアファイバ３１へ導く。
　本発明は，上記したマルチコア・マルチモードファイバ結合装置を用いたマルチコア・マルチモードファイバ結合方法をも提供する。この方法は，以下の工程を含む。
　第１のファイバ群１１から出射光群が出射する。第１のファイバ群１１からの前記出射光群が第１の集光系１３により集光される。第１の集光系１３にて集光された第１のファイバ群１１からの出射光群が，第１のモード変換器１５により第１のモードにモード変換される。
　第２のファイバ群２１から出射光群が出射する。第２のファイバ群２１からの前記出射光群が第２の集光系２３により集光される。第１のモード変換器１５からの出射光群及び第２の集光系２３からの出射光群が，マルチコアファイバ用空間結合系３３により，マルチコアファイバ３１へ導かれる。
　本発明によれば，複数のマルチコア結合器と光結合器(光モード合波器)により，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置を得ることができるため，少ない部品数で，マルチコア・マルチモードファイバ結合を実現できる。
図１は，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置の基本構成例を示すブロック図である。 図２は，モード変換器の例を説明するための図である。 図３は，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置の好ましい例を示すブロック図である。
　以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
　本発明は，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置に関する。マルチコア・マルチモードファイバ結合装置は，複数の光源からの光をマルチコア・マルチモードファイバと結合するものである。すなわち，ひとつの光ファイバに複数のコアを有するマルチコアファイバのそれぞれのコアに，複数の高次モードを含むマルチモード化した光を導く装置をいう。マルチコアファイバに含まれる全てのコアが光情報通信用に用いられる必要はなく，例えば，中心コアや周囲のコアのいずれかが，検波用に用いられ，適宜フィードバックがとられていてもよい。
　図１は，本発明のマルチコア・マルチモードファイバ結合装置の基本構成例を示すブロック図である。図１に示されるように，この装置は，第１のファイバ群１１と，第１の集光系１３と，第１のモード変換器１５と，第２のファイバ群２１と，第２の集光系２３と，マルチコアファイバ用空間結合系３３とを有する。
　第１のファイバ群１１は，空間的に離れた位置に設けられた２以上の光ファイバの群れを意味する。第１のファイバ群を構成する光ファイバの例は，シングルモードファイバである。
　第１の集光系１３は，第１のファイバ群１１からの出射光群を集光するための光学系である。第１の集光系１３の例は，第１のファイバ群１１からの複数の出射光を第１のモード変換器１５（例えばフェーズプレート）へ導くためのプリズムやミラーである。第１の集光系１３がミラーの場合，空間的に離れて存在する複数の光ファイバからの光が，波長板の所定の位置に到達するように，光路を調整する。このようにして，第１のファイバ群１１からの複数の光が，第１の集光系１３により，第１のモード変換器１５の所定の位置に導かれる。しかしながら第１の集光系１３によらず第１のモード変換器１５の所定の位置に導くことが可能な構成の場合は必ずしも第１の集光系１３を用いなくてもよい。
　第１のモード変換器１５は，第１の集光系１３にて集光された第１のファイバ群１１からの出射光群のモードを第１のモードに変換するための光学機器である。第１のモード変換器１５の例は，フェーズプレートである。第１のモード変換器１５は，第１の集光系１３によって第１のファイバ群１１からの出射光群が一致した位置に設置されたフェーズプレートであるものが好ましい。第１のモード変換器１５において，第１のファイバ群１１からの出射光群に含まれる光を一括してモード変換することで，容易にマルチコア・マルチモードファイバ結合を達成できる。
　モード変換器は，例えば特開２００９－０４７７８４号公報や，特開２０１０－１２２６８８号公報に開示されたとおり，公知である。モード変換器は，基底モードの光を高次モードの光に変換できる。第１のファイバからの出力は，通常基本（基底）モード（ＴＥＭ００）である。この基底モードの光が第１のモード変換器１５において適宜モード変換される。モード変換後のモードの例は，１次モード（ＴＥＭ０１又はＴＥＭ１０）である。これら以外のモード(例えば，ＴＥＭ１１又はＴＥＭ０２）を用いることもできる。一方，例えば，マルチコア・マルチモードファイバに到達する第１のモード変換器１５からの出力光群は，他の光群とモードが異なっていることが好ましい。
　例えば，３種類の光群がマルチコア・マルチモードファイバに入力される場合，基底モード（例えば，シングルモードファイバからの出力をモード変換しない場合）と，ＴＥＭ０１及びＴＥＭ１０モードの３つのモードを採用することが好ましい。モードは，マルチコア・マルチモードファイバに導入され，受信器側のマルチコア・マルチモードファイバにおいて，公知の手段を用いて分離できるものであればどのモードを採用しても構わない。
　このマルチコア・マルチモードファイバ結合装置のうち好ましい例は，第１の集光系１３によって第１のモード変換器１５の所定の位置に光束が集められたものである。図２は，モード変換器の例を説明するための図である。図２に示されるように，このフェーズプレート１６は，光ファイバ内の伝搬モードに合わせて空間光における隣り合う強度の位相差をπ(１８０°)にするために，光ファイバ内の伝搬モードに合わせて空間光における隣り合う強度分布に特定の屈折率をもった透明媒質を配置し，その波長における位相差相当の物理的な光路差を与えることを示している。本図では厚さが薄い部分１７と厚さが厚い部分１８で，それぞれに均等に照射されるよう配置された光１９は，光路長が異なるため，モード変換が行われる。モード変換器の構成は，上記に限定されない。しかし，この方法を用いれば，シングルモードファイバからの基底モードの光の進行方向を光学系で調整することで，これらの複数の基底モードの光を一括して容易にモード変換できる。
　通常マルチコアファイバは，中心のコアから対称な位置に複数のコアを有する。そしてフェーズプレートは，通常厚さが薄い部分１７と厚さが厚い部分１８との境が直線状に存在する。本発明は，この境に一度集まったファイバからの光を，マルチコアのそれぞれのコアへと導く。
第２の集光系２３は，第２のファイバ群２１からの出射光群を集光するための光学系である。この例では，第２の集光系２３により集光された第２のファイバ群２１からの出射光群のモードをモード変換する第２のモード変換器は必須ではない。これは，マルチコア・マルチモードファイバに基底モードの光信号が含まれていても良いためである。一方，第２の集光系２３により集光された第２のファイバ群２１からの出射光群のモードを第２のモード変換器によりモード変更してもよい。
　マルチコアファイバ用空間結合系３３は，第１のモード変換器１５からの出射光群及び第２の集光系２３からの出射光群をマルチコアファイバ３１へ導くための光学系である。マルチコアファイバ用空間結合系３３は，第１のモード変換器１５からの出射光群及び第２の集光系２３からの出射光群に含まれる複数の光のそれぞれを，マルチコア・マルチモードファイバにおける複数のコアのうち対応するコアへと導く。このような光学系の例は，特開２０１３－１８２２２２号公報に開示されたマルチコアファイバ結合装置における光学系である。
　マルチコアファイバ用空間結合系３３の例は，図１に示されるように，第１のモード変換器１５からの出射光群が入射する第１のリレーレンズ，第１のリレーレンズからの光と，第２の集光系２３からの出射光群とをマルチコア・マルチモードファイバへ導くビームスプリッタとを含むものである。ビームスプリッタからの出力は，マルチモードファイバ結合レンズを経て，マルチモードファイバへと伝播し，光群のそれぞれの光は，目的とするコアへと伝播する。リレーレンズは，前方にある光学系で結像された像を，さらに後方に伝達するレンズおよびレンズ系を意味する。リレーレンズにより，マルチビームがフェーズプレートによって変換された既定の高次モードとファイバにおける同次のモードとのサイズの不一致を最適化し，最大の結合効率を得ることができる。
　このように，第１のモード変換器１５において，第１のファイバ群１１からの出射光群に含まれる光を一括してモード変換することで，容易にマルチコア・マルチモードファイバ結合を達成できる。
　マルチコア・マルチモードファイバ３１から出射された光は，マルチコアファイバ結合レンズ（マルチコアファイバ分離レンズ）６１により分離され，光学系６３により複数のファイバへ６５と伝えられる。
　本発明は，上記したマルチコア・マルチモードファイバ結合装置を用いたマルチコア・マルチモードファイバ結合方法をも提供する。この方法は，以下の工程を含む。
　第１のファイバ群１１から出射光群が出射する。第１のファイバ群１１からの前記出射光群が第１の集光系１３により集光される。第１の集光系１３にて集光された第１のファイバ群１１からの出射光群が，第１のモード変換器１５により第１のモードにモード変換される。
　第２のファイバ群２１から出射光群が出射する。第２のファイバ群２１からの前記出射光群が第２の集光系２３により集光される。第１のモード変換器１５からの出射光群及び第２の集光系２３からの出射光群が，マルチコアファイバ用空間結合系３３により，マルチコアファイバ３１へ導かれる。
　図３は，マルチコア・マルチモードファイバ結合装置の好ましい例を示すブロック図である。図３に示される例は，先に挙げたマルチコア・マルチモードファイバ結合装置の構成に加え，第３のファイバ群４１と，第３の集光系４３と，第３のモード変換器４５とをさらに有する。同様の原理を用いることで，さらに多数のモードの光群をマルチコア・マルチモードファイバへ導くことができる。第３の集光系４３は，第３のファイバ群４１からの出射光群を集光するための光学系である。第３のモード変換器４５は，第３の集光系４３にて集光された第３のファイバ群４１からの出射光群の第２のモードにモードを変換するための光学機器である。第３のファイバ群４１，第３の集光系４３及び第３のモード変換器４５は，それぞれ第１のファイバ群１１，第１の集光系１３，及び第１のモード変換器１５と同様の構成を有する。
　この例の場合，マルチコアファイバ用空間結合系３３は，第１のモード変換器１５からの出射光群，第２の集光系２３からの出射光群，及び第３のモード変換器４５からの出射光群を，前記マルチコアファイバ３１へ導く。
　本発明は，上記したマルチコア・マルチモードファイバ結合装置を用いたマルチコア・マルチモードファイバ結合方法をも提供する。この方法は，以下の工程を含む。
　第１のファイバ群１１から出射光群が出射する。第１のファイバ群１１からの前記出射光群が第１の集光系１３により集光される。第１の集光系１３にて集光された第１のファイバ群１１からの出射光群が，第１のモード変換器１５により第１のモードにモード変換される。
　第２のファイバ群２１から出射光群が出射する。第２のファイバ群２１からの出射光群が第２の集光系２３により集光される。
　第３のファイバ群４１から出射光群が出射する。第３のファイバ群４１からの出射光群が第３の集光系４３により集光される。第３の集光系４３にて集光された第３のファイバ群４１からの出射光群が，第３のモード変換器４５により第２のモード（第２のファイバ群の光が第２のモードにモード変換されている場合は，第３のモード）にモード変換される。第１のモード変換器１５からの出射光群，第２の集光系２３からの出射光群及び第３のモード変換器４５からの出射光群は，マルチコアファイバ用空間結合系３３により，マルチコアファイバ３１へ導かれる。
　本発明は，空間分割多重及びマルチコア・マルチモードファイバを用いた光ファイバ通信の分野で利用されうる。
　１１・・第１のファイバ群　１３・・第１の集光系　１５・・第１のモード変換器
　２１・・第２のファイバ群　２３・・第２の集光系
　３１・・マルチコアファイバ　３３・・マルチコアファイバ用空間結合系
　４１・・第３のファイバ群　４３・・第３の集光系　４５・・第３のモード変換器
　６１・・マルチコアファイバ結合レンズ　６３・・光学系
　６５・・ファイバ
 

Claims (4)

  1. 　第１のファイバ群（１１）と，
    　第１のファイバ群（１１）からの出射光群を集光する第１の集光系（１３）と，
    　第１の集光系（１３）にて集光された第１のファイバ群（１１）からの出射光群のモードを第１のモードに変換する第１のモード変換器（１５）と，
    　第２のファイバ群（２１）と，
    　第２のファイバ群（２１）からの出射光群を集光する第２の集光系（２３）と，
    　第１のモード変換器（１５）からの出射光群及び第２の集光系（２３）からの出射光群をマルチコアファイバ（３１）へ導くマルチコアファイバ用空間結合系（３３）と，
    　を有する，
    　マルチコア・マルチモードファイバ結合装置。
  2. 　請求項１に記載のマルチコア・マルチモードファイバ結合装置であって，
    　第１のモード変換器（１５）は，第１の集光系（１３）によって前記第１のファイバ群（１１）からの出射光群が一致した位置に設置されたフェーズプレートである
    　マルチコア・マルチモードファイバ結合装置。
  3. 　請求項１に記載のマルチコア・マルチモードファイバ結合装置であって，
    　第３のファイバ群（４１）と，
    　第３のファイバ群（４１）からの出射光群を集光する第３の集光系（４３）と，
    　第３の集光系（４３）にて集光された第３のファイバ群（４１）からの出射光群の第２のモードにモードを変換する第３のモード変換器（４５）と，
    　をさらに有し，
    　前記マルチコアファイバ用空間結合系（３３）は，
    　第１のモード変換器（１５）からの出射光群，第２の集光系（２３）からの出射光群，及び第３のモード変換器（４５）からの出射光群を，前記マルチコアファイバ（３１）へ導く，
    　マルチコア・マルチモードファイバ結合装置。
  4. 　第１のファイバ群（１１）から出射光群が出射する工程と，
    　第１のファイバ群（１１）からの前記出射光群が第１の集光系（１３）により集光される工程と，
    　第１の集光系（１３）にて集光された第１のファイバ群（１１）からの出射光群が，第１のモード変換器（１５）により第１のモードにモード変換される工程と，
    　第２のファイバ群（２１）から出射光群が出射する工程と，
    　第２のファイバ群（２１）からの前記出射光群が第２の集光系（２３）により集光される工程と，
    　第１のモード変換器（１５）からの出射光群及び第２の集光系（２３）からの出射光群が，マルチコアファイバ用空間結合系（３３）によりマルチコアファイバ（３１）へ導かれる工程と，を含む，
    　マルチコア・マルチモードファイバ結合方法。
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