WO2016002922A1 - 空間－ｏａｍ変換・ｏａｍ合分岐デバイス、ｏａｍ伝送システム及びｏａｍ－ａｄｍネットワークシステム - Google Patents
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Definitions
- the transmission channel cannot be increased significantly on the MCF.
- MCF the cores are isolated from each other.
- Each core of the MCF can be considered as being separated from each other, and therefore it is not necessary to consider the mode orthogonal state when transmitting signals along the fiber.
- the phase of the a-OAM mode changes along the central axis as in the normal OAM mode, but no longer has a relationship of “2 ⁇ ” ⁇ l.
- FIG. 1 (d) shows the moment angle ⁇ as a function of charge number. As shown in this figure, a non- "mode degeneration" condition is ensured.
- n eff is the effective refractive index of the slab waveguide.
- Equation (6) Equation (7), and Equation (8).
- the basic moment angle ⁇ is ⁇ from Equation (10), and the phase difference of the OAM mode input to the adjacent single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 is ⁇ / 7.
- the arrayed waveguide portion 12 includes a phase matching region 12b that changes the refractive index of the core of each single mode optical waveguide 12a in order to make each single mode optical waveguide 12a have the same optical path length.
- the phase matching region 12b may be configured such that the refractive index of the core of each single mode optical waveguide 12a is changed by controlling the current, voltage, or temperature, or the medium is transformed by irradiating ultraviolet rays to change the refractive index. It may be configured to change.
- the alignment accuracy among the arrayed waveguide section 12, the fan-in / fan-out device 3 and the multi-core fiber 1 can be made high.
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Abstract
マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスを提供するものである。 空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０は、入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換して出力し、入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して出力する空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０であって、ＯＡＭモードにおける１サイクルの角度である基本モーメント角θは、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をＮとし、マルチコアファイバに伝送させるモード数をＭとした場合に、式θ≦２π×Ｎ／Ｍ（但し、Ｎ＜Ｍ）を満たす。
Description
本発明は、マルチコアファイバに軌道角運動量（orbital angular momentum：ＯＡＭと）モードを伝送させる空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス、ＯＡＭ伝送システム及びＯＡＭ－ＡＤＭ（Add Drop Multiplexer）ネットワークシステムに関する。
現在のデータトラフィックは、著しく増加しており、空間分割多重（spatial division multiplexing：ＳＤＭ）は、そのような巨大なデータトラフィックの需要に追いつくための、次世代の伝送技術の一つになることが期待される。これまでに、いくつかの研究グループが、マルチコアファイバを用いて高い伝送容量を実証しており、データレートは、すでにファイバ当たり１Ｐｂ／ｓ弱に達している（非特許文献１）。
一つの問題は伝送チャンネルの数であり、マルチコアファイバ（multi-core fiber：ＭＣＦ）のコア数「Ｎ」とちょうど同じだということである。したがって、大幅なチャンネルの増大が実現するのであれば大いに望ましい。
一つの問題は伝送チャンネルの数であり、マルチコアファイバ（multi-core fiber：ＭＣＦ）のコア数「Ｎ」とちょうど同じだということである。したがって、大幅なチャンネルの増大が実現するのであれば大いに望ましい。
例えば、従来のスイッチング装置は、空間多重光信号のモード変換を行うモード変換器と、モード変換器を経た空間多重光信号が入力するマルチコアファイバとを有する。そしてモード変換器によりモード変換された空間多重光信号は、変換後のモードに応じて、マルチコアファイバのいずれかのコアへ伝播する（例えば、特許文献１参照）。
特許文献1に記載の従来のスイッチング装置は、スイッチングノードにてシングルモード化する必要がないスループットの高い空間光スイッチングを提供するものであり、マルチコアファイバにＯＡＭモードを伝送させることができるというだけで、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させるものではない。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス及びＯＡＭ伝送システムを提供するものである。
本発明に係る空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスにおいては、入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換して出力し、入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して出力する空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスであって、前記ＯＡＭモードにおける１サイクルの角度である基本モーメント角θは、前記ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をＮとし、前記マルチコアファイバに伝送させるモード数（チャンネル数）をＭとした場合に、式θ≦２π×Ｎ／Ｍ（但し、Ｎ＜Ｍ）を満たすものである。
本発明に係る空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスにおいては、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる。
（本発明の第１の実施形態）
まず、通常のＯＡＭ（orbital angular momentum：軌道角運動量）モードをマルチコアファイバ（multi-core fiber：ＭＣＦ）に伝送させる場合の問題点を説明したうえで、本発明に係る新規のＯＡＭモードをＭＣＦに伝送することの利点を説明する。
なお、本発明では、「先進（advanced）」軌道角運動量（orbital angular momentum：ＯＡＭ）モード（以下、ａ－ＯＡＭモードと称す）を利用する新規な方式を提案する。評価結果は、Ｎ－コアＭＣＦ上で、Ｎ個を超える伝送チャンネルの可能性（具体例としては、６－コアＭＣＦ上の伝送チャンネルの約２倍に対応する１１モードチャンネルの増大の可能性）を示している。
まず、通常のＯＡＭ（orbital angular momentum：軌道角運動量）モードをマルチコアファイバ（multi-core fiber：ＭＣＦ）に伝送させる場合の問題点を説明したうえで、本発明に係る新規のＯＡＭモードをＭＣＦに伝送することの利点を説明する。
なお、本発明では、「先進（advanced）」軌道角運動量（orbital angular momentum：ＯＡＭ）モード（以下、ａ－ＯＡＭモードと称す）を利用する新規な方式を提案する。評価結果は、Ｎ－コアＭＣＦ上で、Ｎ個を超える伝送チャンネルの可能性（具体例としては、６－コアＭＣＦ上の伝送チャンネルの約２倍に対応する１１モードチャンネルの増大の可能性）を示している。
１．Ｎ－コアＭＣＦ上の先進ＯＡＭモード
通常のＯＡＭモード（非特許文献２）は、図１（ａ）に示すように、位相変化が中心軸に沿っているリング状の場である。図１（ｂ）に示すように、この位相関係をＮ－コアＭＣＦに転換するために、位相変化プロファイルをＮ個に分割する。このようにすれば、ＯＡＭモードをＭＣＦ上にも表現することができる（非特許文献３）。一般的に言えば、２π×ｌ（ｌ：ＯＡＭモードのチャージ番号）の位相変化を有する通常のＯＡＭモードは、＋／－ｌが整数であるとき、互いに直交関係を確保し、無限なモードセットを提供する。
残念なことに実際は、ＭＣＦ上では、ＯＡＭモードの縮退という重大な問題がある。
表１は、この縮退の一例を、コア数Ｎ＝６の場合で説明する。チャージ番号ｌがコア数Ｎを超える場合（ここではコア数Ｎ＝６）、位相関係は、ｌ－Ｎの場合と全く同じである（チャージ番号ｌ＝７の場合を参照）。負のチャージ番号ｌの場合にも、同じような縮退が発生する（チャージ番号ｌ＝－１の場合を参照）。
通常のＯＡＭモード（非特許文献２）は、図１（ａ）に示すように、位相変化が中心軸に沿っているリング状の場である。図１（ｂ）に示すように、この位相関係をＮ－コアＭＣＦに転換するために、位相変化プロファイルをＮ個に分割する。このようにすれば、ＯＡＭモードをＭＣＦ上にも表現することができる（非特許文献３）。一般的に言えば、２π×ｌ（ｌ：ＯＡＭモードのチャージ番号）の位相変化を有する通常のＯＡＭモードは、＋／－ｌが整数であるとき、互いに直交関係を確保し、無限なモードセットを提供する。
残念なことに実際は、ＭＣＦ上では、ＯＡＭモードの縮退という重大な問題がある。
表１は、この縮退の一例を、コア数Ｎ＝６の場合で説明する。チャージ番号ｌがコア数Ｎを超える場合（ここではコア数Ｎ＝６）、位相関係は、ｌ－Ｎの場合と全く同じである（チャージ番号ｌ＝７の場合を参照）。負のチャージ番号ｌの場合にも、同じような縮退が発生する（チャージ番号ｌ＝－１の場合を参照）。
したがって、ＯＡＭモードでさえ、ＭＣＦ上に、有意に伝送チャンネルを増大することができない。
しかしながら、ここでは、ＭＣＦの一つの利点（互いのコアが隔離されていること）に焦点を当てる。ＭＣＦの各コアは、それぞれ分離されていると考えることができ、それゆえ、ファイバに沿って信号を送信する際、モード直交の状態を考慮する必要がない。そして、ａ－ＯＡＭモードの位相は、通常のＯＡＭモードと同様に中心軸に沿って変化するものの、もはや「２π」×ｌの関係はない。
しかしながら、ここでは、ＭＣＦの一つの利点（互いのコアが隔離されていること）に焦点を当てる。ＭＣＦの各コアは、それぞれ分離されていると考えることができ、それゆえ、ファイバに沿って信号を送信する際、モード直交の状態を考慮する必要がない。そして、ａ－ＯＡＭモードの位相は、通常のＯＡＭモードと同様に中心軸に沿って変化するものの、もはや「２π」×ｌの関係はない。
２．モード縮退の問題に関する設計基準
チャージ番号の極性が異なる（＋／－）事例間の場合に加えて、チャージ番号の極性が同一の事例の場合に、モード縮退そのものが現れる。従って、２つの事例について以下に説明する。
チャージ番号の極性が異なる（＋／－）事例間の場合に加えて、チャージ番号の極性が同一の事例の場合に、モード縮退そのものが現れる。従って、２つの事例について以下に説明する。
事例１）チャージ番号の極性が同一の事例
考えられる「モーメント角（momentum angular）」について留意しなければならない。（ここで、モーメント角Θとは、ＯＡＭモードでの１つのサイクルの角度であると定義する。）例えば、表１において、これは、チャージ番号ｌ＝１の場合には２πに相当し、チャージ番号ｌ＝６の場合には１２πに相当する。
考えられる「モーメント角（momentum angular）」について留意しなければならない。（ここで、モーメント角Θとは、ＯＡＭモードでの１つのサイクルの角度であると定義する。）例えば、表１において、これは、チャージ番号ｌ＝１の場合には２πに相当し、チャージ番号ｌ＝６の場合には１２πに相当する。
この場合には、複数のモードのすべての組の間では、モード縮退が現れることはないが、使用される（モード多重に用いられる）全てのモーメント角Θがこの範囲を超えると、モード縮退が現れ始める。例えば、表１において、チャージ番号６のモーメント角Θは、２π×６＝１２πであり、従って、チャージ番号１とチャージ番号６との間の範囲では、モード縮退は生じていない。しかしながら、チャージ番号７の場合においては、モーメント角Θが２π×７であり、これは２π×６を超えるため、モード縮退が現れる。
チャージ番号を増加する一方で、この条件式（１）を満たすため、ここで、基本モーメント角（fundamental momentum angular）θを検討する。あるＯＡＭモードの場合には、基本モーメント角θは２πではない場合があるが、通常のＯＡＭモードの場合には、基本モーメント角θは２πである。例えば、基本モーメント角θを２πの代わりに、πに設定すると、基本モーメント角θは表２に示すように２π×Ｎの範囲内にあるため、モード縮退がチャージ番号ｌ＝１２まで回避される。
適切な基本モーメント角θに設定するための方法は次の通りである。Ｍ倍を超える伝送を実現するために、基本モーメント角θを２π×Ｎ／Ｍもしくはそれ以下に設定する。例えば、２Ｎ伝送チャンネル超を実現するためには、基本モーメント角θを次の通り設定しなければならない。
実際問題として、更に、チャージ番号０の場合があるが、その場合には、考えられる伝送チャンネルは、２Ｎ＋１倍になる。３Ｎ伝送チャンネル超を実現する場合を確保するためには、基本モーメント角θを次の通り設定しなければならない。
事例２）チャージ番号の極性が異なる（＋／－）事例
後で説明するＰＨＡＳＡＲ素子を用いて、ＯＡＭモードを生成することを提案する。チャージ番号における極性の双方は、小型化の利点に加えて、過度な損失を減少させることに役立つ。
しかしながら、チャージ番号の異なる極性を用いることによって、表１におけるチャージ番号ｌ＝－１のようにモード縮退の問題が再び生ずる。図１（ｃ）は、基本モーメント角θが４π／３であるときのモード縮退を示している。図１（ｃ）に示すように、チャージ番号ｌ＝３とチャージ番号ｌ＝－６とは、チャージ番号ｌ＝４とチャージ番号ｌ＝－５と同様に、縮退関係である。
実際問題として、この問題は、事例１の等式（２）の方法を用いることによって回避される。例えば、２Ｎチャンネル超のために、基本モーメント角θ＝２π×Ｎ／２Ｎ＝πを再び用いると、縮退の問題は起こらない。図１（ｄ）は、チャージ番号の関数としてのモーメント角Θを示している。この図に示すように、非「モード縮退」条件が確保される。
後で説明するＰＨＡＳＡＲ素子を用いて、ＯＡＭモードを生成することを提案する。チャージ番号における極性の双方は、小型化の利点に加えて、過度な損失を減少させることに役立つ。
しかしながら、チャージ番号の異なる極性を用いることによって、表１におけるチャージ番号ｌ＝－１のようにモード縮退の問題が再び生ずる。図１（ｃ）は、基本モーメント角θが４π／３であるときのモード縮退を示している。図１（ｃ）に示すように、チャージ番号ｌ＝３とチャージ番号ｌ＝－６とは、チャージ番号ｌ＝４とチャージ番号ｌ＝－５と同様に、縮退関係である。
実際問題として、この問題は、事例１の等式（２）の方法を用いることによって回避される。例えば、２Ｎチャンネル超のために、基本モーメント角θ＝２π×Ｎ／２Ｎ＝πを再び用いると、縮退の問題は起こらない。図１（ｄ）は、チャージ番号の関数としてのモーメント角Θを示している。この図に示すように、非「モード縮退」条件が確保される。
３．伝送チャンネル増大の基本的評価
通常のＯＡＭは、ＰＨＡＳＡＲ（非特許文献５）素子を用いて生成、多重化及び分離化することができるとの報告がすでになされている（非特許文献４）。
ａ－ＯＡＭモードの場合であっても、図２（ａ）に示すように、位相プロファイルがまだ直線的に変化するので、ここでは、ＰＨＡＳＡＲの使用に基づいて可能な伝送チャンネルを評価する（図２（ｂ）参照）。
通常のＯＡＭは、ＰＨＡＳＡＲ（非特許文献５）素子を用いて生成、多重化及び分離化することができるとの報告がすでになされている（非特許文献４）。
ａ－ＯＡＭモードの場合であっても、図２（ａ）に示すように、位相プロファイルがまだ直線的に変化するので、ここでは、ＰＨＡＳＡＲの使用に基づいて可能な伝送チャンネルを評価する（図２（ｂ）参照）。
ＰＨＡＳＡＲにおけるアレイ導波路の数が、１００前後ではなく、コア数「Ｎ」に制限されているため、ＯＡＭモードの多重／分離（Mux/Demux）の一つの重要な問題は、そのクロストークである（非特許文献４）。
ａ－ＯＡＭの多重／分離（Mux/Demux）では、その２π未満のより小さな基本モーメント角θが原因で、チャンネル間隔がより狭いため、クロストークが悪化することが非常に懸念される。一方で、通常のＯＡＭモードの場合に基本モーメント角θは２πであるが、ａ－ＯＡＭモードの場合は２πである必要は無く、それより小さい設定が可能となる。
ａ－ＯＡＭの多重／分離（Mux/Demux）では、その２π未満のより小さな基本モーメント角θが原因で、チャンネル間隔がより狭いため、クロストークが悪化することが非常に懸念される。一方で、通常のＯＡＭモードの場合に基本モーメント角θは２πであるが、ａ－ＯＡＭモードの場合は２πである必要は無く、それより小さい設定が可能となる。
このため、多入力多出力（multiple-input multiple-output：ＭＩＭＯ）デジタル信号処理（digital signal processing：ＤＳＰ）を用いることも考慮に入れる。また、モード多重化上の－４ｄＢの悪化したクロストークは、ＭＩＭＯを用いることによって補うことができると実証されており（非特許文献６）、それゆえ、ここでも、－４ｄＢをこの研究でクロストークレベルの基準とすることを前提としている。
ビーム伝搬法を用い、６－コアＭＣＦ上のａ－ＯＡＭの場合について、分離（Demux）ＰＨＡＳＡＲ素子後のクロストークをシミュレーションした。
ＭＣＦ伝送で遣り取りした間、クロストークは起こらなかった。ＰＨＡＳＡＲ素子は、シリカ系導波路（複屈折Δｎ＝０．００５）を用いて設計した。
図３（ａ）はａ－ＯＡＭモードを発生・合波させるＰＨＡＳＡＲ素子の概略図を示す。この構造を下記に説明するごとく設計した。アレイ数はＭＣＦ（Ｎ）のコア数に設計し、入力ポート及び出力ポートの数は伝送チャンネル数Ｍと等しくなるように設計した。伝送チャンネルの数Ｍは次式（４）に相当する。
ＭＣＦ伝送で遣り取りした間、クロストークは起こらなかった。ＰＨＡＳＡＲ素子は、シリカ系導波路（複屈折Δｎ＝０．００５）を用いて設計した。
図３（ａ）はａ－ＯＡＭモードを発生・合波させるＰＨＡＳＡＲ素子の概略図を示す。この構造を下記に説明するごとく設計した。アレイ数はＭＣＦ（Ｎ）のコア数に設計し、入力ポート及び出力ポートの数は伝送チャンネル数Ｍと等しくなるように設計した。伝送チャンネルの数Ｍは次式（４）に相当する。
ここで、ｌｍａｘは最大チャージ番号である。図３（ａ）に示すように、アレイ導波路及び入力ポートは中心線対称に、各導波路の間隔はｘａ及びｘｉｎに設定される。そこで、ａ－ＯＡＭモードの基本モーメント角θは、次の方程式（５）で求めることができる。
この方程式（５）から、図２（ａ）に示すように、各コアの位相差を、次の方程式（６）を用いて求める。
この位相はローランド円（Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔ＝２Ｒｉｎ）（非特許文献７）の半径の光路長差から求められる。この光路長、入力ポート数が１であることは、入力ポートの間隔ｘｉｎ及びアレイ導波路の間隔ｘａを定数とする場合に（図３（ａ））、次の方程式（７）で求められる。
ここで、θａはアレイ導波路の各角度、θｉｎは入力ポートの各角度、１及びｊは入力ポート及びアレイ導波路の位置番号である。光路長差ΔＬは位相差Δφとなり、次の方程式（８）で求められる。
ここで、ｎｅｆｆはスラブ導波路の実効屈折率である。方程式（６）、方程式（７）及び方程式（８）を用いて、基本モーメント角とローランド円の半径との関係を求める。例えば、入力ポートが１のとき、光路長差（ｊ＝（Ｎ＋１）／２、及び、ｊ＝（Ｎ＋１）／２－１）は次の方程式（９）で求められる。
方程式（６）、方程式（８）及び方程式（９）から、基本モーメント角とローランド円の半径との関係は、図３（ｂ）（ｘａ＝１８．５μｍ、ｘｉｎ＝２０μｍ、ｎｅｆｆ＝１．４５３２、及び、λ＝１．５５μｍ）から導かれる。６－コアＭＣＦを用いて９チャンネル（ｌｍａｘ＝４に相当）の伝送をする場合、入力ポートの数は９であり、アレイ導波路の数は６であり、基本モーメント角θは４π／３になり、ローランド円の半径は３１４５μｍに設定される（図３（ｂ））。伝送チャンネルが１３チャンネルに増えた場合は（ｌｍａｘ＝６に相当）、入力ポートが増え、基本モーメント角は１２π／１３になり、ローランド円の半径は４５４２μｍになる。さらに、コアの数が１２コアに増えた場合は、アレイ導波路は１２に増え、基本モーメント角は１２π／１３になり、ローランド円の半径は４５４２μｍになる。
このような方法で、波長が１．５５μｍの場合を設計してシミュレーションした。その結果及び各設計パラメータを図４（ａ）及び表３にまとめる。ここでは、共通パラメータ（導波路幅＝６μｍ、ｘａ＝１８．５μｍ、ｘｉｎ＝２０μｍ、ｎｅｆｆ＝１．４５３２、及び、λ＝１．５５μｍ）を設定した。
このような方法で、波長が１．５５μｍの場合を設計してシミュレーションした。その結果及び各設計パラメータを図４（ａ）及び表３にまとめる。ここでは、共通パラメータ（導波路幅＝６μｍ、ｘａ＝１８．５μｍ、ｘｉｎ＝２０μｍ、ｎｅｆｆ＝１．４５３２、及び、λ＝１．５５μｍ）を設定した。
これらに示すように、最悪のクロストークは、ｌｍａｘ（チャージ番号ｌの最大値）＝４の場合の－７．３ｄＢであり、チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝５の場合の－４．５ｄＢであり、チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝６の場合の－３．１ｄＢであった。実際の伝送チャンネルは、２×ｌｍａｘ＋１（＋／－のチャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ、及びチャージ番号ｌ＝０を利用する場合）に相当する。したがって、可能な伝送チャンネル数は、チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝４の場合の９であり、チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝５の場合の１１であると評価される。チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝６を上回るとクロストークレベルが－４ｄＢに悪化するので、可能な伝送チャンネル数は、１１であると評価され、これは、コア数のほぼ２倍に相当する。但し、ＰＨＡＳＡＲ素子の性能向上やＤＳＰ技術の性能改善により、可能な伝送チャンネル数は更に増大させることが可能である。
上記を確認するために、チャージ番号ｌの機能としての評価された伝送が図４（ｂ）（チャージ番号ｌの最大値ｌｍａｘ＝５の場合）に示される。ここで示されているように、チャージ番号ｌが増加する場合に過剰な損失になり、そして、このように、我々はそれが将来の研究で改善されなければならないと考える。
また、この方式を用いて、１００ｃｈ（１００チャンネル）に向けて評価を拡張した。図５（ａ）は、１００ｃｈを実現する場合のクロストークを、コア数の関数として示す。
ここに示されているように、それは同じ基準に基づいて５５のコア数を上回るＭＣＦ上で実現することができる。また、６０－コアＭＣＦ上で１００ｃｈの伝送を確認した（図５（ｂ））。
結果は、ＭＣＦ上で１００ｃｈを上回ることが実現する可能性を示しているが、現在のＰＨＡＳＡＲ素子の設計では、チャージ番号が増加するにつれ過剰損失が増大するので、そのことも今後の作業で改善していかなければならないと考えている。
念のため、この方式を用いる場合、リング状の光場プロファイルを考慮する必要はなく、コア間のクロストークを除き、コアをルールに縛られないレイアウトとすることができる。
ここに示されているように、それは同じ基準に基づいて５５のコア数を上回るＭＣＦ上で実現することができる。また、６０－コアＭＣＦ上で１００ｃｈの伝送を確認した（図５（ｂ））。
結果は、ＭＣＦ上で１００ｃｈを上回ることが実現する可能性を示しているが、現在のＰＨＡＳＡＲ素子の設計では、チャージ番号が増加するにつれ過剰損失が増大するので、そのことも今後の作業で改善していかなければならないと考えている。
念のため、この方式を用いる場合、リング状の光場プロファイルを考慮する必要はなく、コア間のクロストークを除き、コアをルールに縛られないレイアウトとすることができる。
以上のように、Ｎ－コアＭＣＦ上の新規の先進ＯＡＭを提案した。本実施形態で示されるデザイン基準に基づく、Ｎ個を超える伝送チャンネルの可能性が提示されている。各Ｎ－コアにａ－ＯＡＭが転換されると、光自体が各コア上で通常のシングルモードとして伝播するとき、原理上、モード依存遅延は殆ど発生しない。
したがって、説明した方式は、モード依存遅延においても利点がある。ＭＩＭＯ技術に加え、ＰＨＡＳＡＲ素子の改善によるクロストークの更なる改善が、より高い伝送容量のためにＭＣＦを促進させることに寄与し得ると期待している。
したがって、説明した方式は、モード依存遅延においても利点がある。ＭＩＭＯ技術に加え、ＰＨＡＳＡＲ素子の改善によるクロストークの更なる改善が、より高い伝送容量のためにＭＣＦを促進させることに寄与し得ると期待している。
つぎに、本発明に係るＯＡＭモード（ａ－ＯＡＭモード）を利用する新規な伝送方式を実現するためのシステム構成について、図６及び図７を用いて説明する。
ＯＡＭ伝送システム１００は、図６に示すように、マルチコアファイバ１、並びに、送信側及び受信側にそれぞれ配設される、一対の光送受信システム２、一対の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０、及び、一対のファンイン／ファンアウトデバイス３、を備える。
ＯＡＭ伝送システム１００は、図６に示すように、マルチコアファイバ１、並びに、送信側及び受信側にそれぞれ配設される、一対の光送受信システム２、一対の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０、及び、一対のファンイン／ファンアウトデバイス３、を備える。
マルチコアファイバ１は、図７（ｂ）に示すように、光ファイバ一心に複数のコア１ａを設け、シングルコアファイバに対して伝送容量の拡大と空間利用効率を高めたものである。
なお、図７（ｂ）においては、複数のコア１ａをリング状に配置したマルチコアファイバ１を図示しているが、本発明に係るＯＡＭモード（ａ－ＯＡＭモード）は、マルチコアファイバ１の断面において、複数のコア１ａを時計回り又は反時計回りの位相回転とするリング状の配置にする必要はなく、隣り合うコア１ａ間でクロストークが発生しない間隔（例えば、４０μｍ）で配置するのであれば、複数のコア１ａを不規則に配置してもよい。
例えば、マルチコアファイバ１は、図７（ｃ）に示すように、複数のコア１ａをリング状に配置したリングの内側に、さらに複数のコア１ａを配置した同心円状にすることにより、図７（ｂ）と比較して、リングの内側の空いた領域に複数のコア１ａを配置することができ、空間利用効率を高めることができる。
なお、図７（ｂ）においては、複数のコア１ａをリング状に配置したマルチコアファイバ１を図示しているが、本発明に係るＯＡＭモード（ａ－ＯＡＭモード）は、マルチコアファイバ１の断面において、複数のコア１ａを時計回り又は反時計回りの位相回転とするリング状の配置にする必要はなく、隣り合うコア１ａ間でクロストークが発生しない間隔（例えば、４０μｍ）で配置するのであれば、複数のコア１ａを不規則に配置してもよい。
例えば、マルチコアファイバ１は、図７（ｃ）に示すように、複数のコア１ａをリング状に配置したリングの内側に、さらに複数のコア１ａを配置した同心円状にすることにより、図７（ｂ）と比較して、リングの内側の空いた領域に複数のコア１ａを配置することができ、空間利用効率を高めることができる。
光送受信システム２は、送信側の端末装置（不図示）から入力される電気信号を光信号に変換して空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０に送信し、空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０から受信した光信号を電気信号に変換して受信側の端末装置（不図示）で出力する。
空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０は、光送受信システム２から入力されるシングルモード光（空間モード、ガウスモード）をＯＡＭモードに変換して出力し（合波）、ファンイン／ファンアウトデバイス３から入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して出力する（分岐）。
また、ＯＡＭモードにおける１サイクルの角度である基本モーメント角θは、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバ１のコア数をＮとし、マルチコアファイバ１に伝送させるモード数（チャンネル数）をＭとした場合に、下記式（１０）を満たす。
また、ＯＡＭモードにおける１サイクルの角度である基本モーメント角θは、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバ１のコア数をＮとし、マルチコアファイバ１に伝送させるモード数（チャンネル数）をＭとした場合に、下記式（１０）を満たす。
特に、本実施形態に係る空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０は、図７（ａ）に示すように、光導波路を組み合わせることで特定の光学特性を基板上に実現する平面光回路（Planar Lightwave Circuit：ＰＬＣ）であり、複数のシングルモード光導波路１１ａからなる入出力導波路部１１と、光路長が互いに等しい複数のシングルモード光導波路１２ａからなるアレイ導波路部１２と、ローランド円を構成する一の曲率面１３ａに入出力導波路部１１が接続され、ローランド円を構成する他の曲率面１３ｂにアレイ導波路部１２が接続されるスラブ導波路部１３と、を備える。
また、入出力導波路部１１の各シングルモード光導波路１１ａは、一の曲率面１３ａに対して垂直に接続され、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａは、他の曲率面１３ｂに対して垂直に接続される。
また、スラブ導波路部１３は、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒが、前述した式（７）、式（８）、式（９）及び式（１０）に基づいて設定される。
例えば、アレイ導波路部１２のシングルモード光導波路１２ａ（マルチモードファイバ１のコア数Ｎ）が６本であり、伝送チャンネル数（マルチコアファイバに伝送させるモード数Ｍ）が１３である場合に、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒは、３６７０μｍである。
例えば、アレイ導波路部１２のシングルモード光導波路１２ａ（マルチモードファイバ１のコア数Ｎ）が６本であり、伝送チャンネル数（マルチコアファイバに伝送させるモード数Ｍ）が１３である場合に、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒは、３６７０μｍである。
なお、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円は、図７（ａ）に示すように、一の曲率面１３ａの中点を中心とする。
また、スラブ導波路部１３は、一の曲率面１３ａに構成されるローランド円が、スラブ導波路部１３の中点を中心とし、一の曲率面１３ａに構成されるローランド円の曲率半径ｒが、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒの半分（ｒ＝Ｒ／２）である。
また、スラブ導波路部１３は、一の曲率面１３ａに構成されるローランド円が、スラブ導波路部１３の中点を中心とし、一の曲率面１３ａに構成されるローランド円の曲率半径ｒが、他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒの半分（ｒ＝Ｒ／２）である。
さらに、アレイ導波路部１２は、Ｎ本のシングルモード光導波路１２ａからなり、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａに入力するＯＡＭモードの位相関係が、Θ／Ｎ（＝θ×ｌ／Ｎ）である（但し、Θ：モーメント角、θ：基本モーメント角、ｌ：ＯＡＭモードのチャージ番号）。
例えば、アレイ導波路部１２が７本のシングルモード光導波路１２ａからなり、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバ１のコア数Ｎを７とし、マルチコアファイバ１に伝送させるモード数Ｍを１４とした場合に、基本モーメント角θは、式（１０）より、πとなり、アレイ導波路部１２の隣り合うシングルモード光導波路１２ａに入力するＯＡＭモードの位相差が、π／７である。
詳細には、アレイ導波路部１２の７本のシングルモード光導波路１２ａのうち中央に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号０のＯＡＭモードの位相を基準（Θ／Ｎ＝θ×ｌ／Ｎ＝π×０／７＝０）とすると、当該シングルモード光導波路１２ａの両隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋１、－１のＯＡＭモードの位相は、π／７（＝π×１／７）、－π／７（＝π×（－１）／７）となる。
また、チャージ番号＋１、－１のＯＡＭモードが入力されるシングルモード光導波路１２ａの隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋２、－２のＯＡＭモードの位相は、２π／７（＝π×２／７）、－２π／７（＝π×（－２）／７）となる。
また、チャージ番号＋２、－２のＯＡＭモードが入力されるシングルモード光導波路１２ａの隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋３、－３のＯＡＭモードの位相は、３π／７（＝π×３／７）、－３π／７（＝π×（－３）／７）となる。
すなわち、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａには、３π／７、２π／７、π／７、０、－π／７、－２π／７、－３π／７の位相関係を有するＯＡＭモードが入力されることになる。
例えば、アレイ導波路部１２が７本のシングルモード光導波路１２ａからなり、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバ１のコア数Ｎを７とし、マルチコアファイバ１に伝送させるモード数Ｍを１４とした場合に、基本モーメント角θは、式（１０）より、πとなり、アレイ導波路部１２の隣り合うシングルモード光導波路１２ａに入力するＯＡＭモードの位相差が、π／７である。
詳細には、アレイ導波路部１２の７本のシングルモード光導波路１２ａのうち中央に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号０のＯＡＭモードの位相を基準（Θ／Ｎ＝θ×ｌ／Ｎ＝π×０／７＝０）とすると、当該シングルモード光導波路１２ａの両隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋１、－１のＯＡＭモードの位相は、π／７（＝π×１／７）、－π／７（＝π×（－１）／７）となる。
また、チャージ番号＋１、－１のＯＡＭモードが入力されるシングルモード光導波路１２ａの隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋２、－２のＯＡＭモードの位相は、２π／７（＝π×２／７）、－２π／７（＝π×（－２）／７）となる。
また、チャージ番号＋２、－２のＯＡＭモードが入力されるシングルモード光導波路１２ａの隣に位置するシングルモード光導波路１２ａに入力するチャージ番号＋３、－３のＯＡＭモードの位相は、３π／７（＝π×３／７）、－３π／７（＝π×（－３）／７）となる。
すなわち、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａには、３π／７、２π／７、π／７、０、－π／７、－２π／７、－３π／７の位相関係を有するＯＡＭモードが入力されることになる。
このように、本実施形態に係る空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０として、入出力導波路部１１、アレイ導波路部１２及びスラブ導波路部１３からなる構成にすることにより、シングルモード光の位相を連続的に変化させることができ、マルチコアファイバ１に伝送させるモード数の高次化を容易に行うことができる。
なお、本実施形態に係るアレイ導波路部１２は、各シングルモード光導波路１２ａを互いに等しい光路長にするために、各シングルモード光導波路１２ａのコアの屈折率をそれぞれ変化させる位相整合領域１２ｂを備えている。この位相整合領域１２ｂは、各シングルモード光導波路１２ａのコアに対して、電流、電圧又は温度の制御により屈折率を変化させる構成でもよいし、紫外線を照射して媒質を変成させて屈折率を変化させる構成でもよい。
なお、アレイ導波路部１２、ファンイン／ファンアウトデバイス３及びマルチコアファイバ１間の位置合わせ精度を高精度にでき、スラブ導波路部１３からマルチコアファイバ１まで（アレイ導波路部１２、ファンイン／ファンアウトデバイス３）の各導波路の長さが機械的に等しいのであれば、アレイ導波路部１２に位相整合領域１２ｂを備える必要はない。
なお、アレイ導波路部１２、ファンイン／ファンアウトデバイス３及びマルチコアファイバ１間の位置合わせ精度を高精度にでき、スラブ導波路部１３からマルチコアファイバ１まで（アレイ導波路部１２、ファンイン／ファンアウトデバイス３）の各導波路の長さが機械的に等しいのであれば、アレイ導波路部１２に位相整合領域１２ｂを備える必要はない。
ファンイン／ファンアウトデバイス３は、空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａに接続すると共に、マルチコアファイバ１の各コア１ａに接続して、空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０及びマルチコアファイバ１間を接続する。
なお、本実施形態に係るファンイン／ファンアウトデバイス３は、図７（ｄ）に示すように、一端において、Ｎ本のシングルコアファイバ３ａを一つのフェルール３ｃ（円筒形のコネクタ）内に一括固定され、他端において、各シングルコアファイバ３ａにフェルール３ｄをそれぞれ取り付けて分離されており、一端側の各シングルコアファイバ３ａのコア３ｂは、マルチコアファイバ１の各コア１ａに一致するように配置されている。
なお、本実施形態に係るファンイン／ファンアウトデバイス３は、図７（ｄ）に示すように、一端において、Ｎ本のシングルコアファイバ３ａを一つのフェルール３ｃ（円筒形のコネクタ）内に一括固定され、他端において、各シングルコアファイバ３ａにフェルール３ｄをそれぞれ取り付けて分離されており、一端側の各シングルコアファイバ３ａのコア３ｂは、マルチコアファイバ１の各コア１ａに一致するように配置されている。
つぎに、本実施形態に係るＯＡＭ伝送システム１００の動作について、図６及び図７を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、図６の左側の光送受信システム２からシングルモード光（空間モード、ガウスモード）を送信し、図６の右側の光受信システム２でシングルモード光（空間モード、ガウスモード）を受信する場合について説明する。
なお、以下の説明においては、図６の左側の光送受信システム２からシングルモード光（空間モード、ガウスモード）を送信し、図６の右側の光受信システム２でシングルモード光（空間モード、ガウスモード）を受信する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図６に示すマルチコアファイバ１を基準として、図６の左側にある光送受信システム２を「送信側光送受信システム２」と称し、図６の右側にある光送受信システム２を「受信側光送受信システム２」と称する。
同様に、以下の説明においては、図６に示すマルチコアファイバ１を基準として、図６の左側にある空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０を「送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０」と称し、図６の右側にある空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０を「受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０」と称する。
同様に、以下の説明においては、図６に示すマルチコアファイバ１を基準として、図６の左側にあるファンイン／ファンアウトデバイス３を「送信側ファンイン／ファンアウトデバイス３」と称し、図６の右側にあるファンイン／ファンアウトデバイス３を「受信側ファンイン／ファンアウトデバイス３」と称する。
同様に、以下の説明においては、図６に示すマルチコアファイバ１を基準として、図６の左側にある空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０を「送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０」と称し、図６の右側にある空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０を「受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０」と称する。
同様に、以下の説明においては、図６に示すマルチコアファイバ１を基準として、図６の左側にあるファンイン／ファンアウトデバイス３を「送信側ファンイン／ファンアウトデバイス３」と称し、図６の右側にあるファンイン／ファンアウトデバイス３を「受信側ファンイン／ファンアウトデバイス３」と称する。
まず、送信側光送受信システム２は、送信側の端末装置（不図示）から入力される電気信号を光信号に変換し、送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０における入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａにシングルモード光を送信する。
送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０における入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部１３にシングルモード光（位置情報ベースの信号）を出力する。
送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０における入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部１３にシングルモード光（位置情報ベースの信号）を出力する。
送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるスラブ導波路部１３は、入力されたシングルモード光を扇状に発散し、位相関係をΘ／Ｎ（Θ：モーメント角、Ｎ：アレイ導波路部１２のシングルモード光導波路１２ａの本数）のＯＡＭモードとして展開し、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａにそれぞれ出力する。
送信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、送信側ファンイン／ファンアウトデバイス３の各シングルコアファイバ３ａにそれぞれ出力する。
送信側ファンイン／ファンアウトデバイス３の各シングルコアファイバ３ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア３ｂ内でそれぞれ伝搬させ、マルチコアファイバ１の各コア１ａにそれぞれ入力する。
マルチコアファイバ１は、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア１ａ内でそれぞれ伝搬させ、受信側ファンイン／ファンアウトデバイス３の各シングルコアファイバ３ａにそれぞれ出力する。
受信側ファンイン／ファンアウトデバイス３の各シングルコアファイバ３ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア３ｂ内でそれぞれ伝搬させ、受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａにそれぞれ入力する。
受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、スラブ導波路部１３にそれぞれ出力する。
受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０におけるスラブ導波路部１３は、入力された位相関係Θ／ＮのＯＡＭモードをシングルモード光として、入出力導波路部１１の一のシングルモード光導波路１１ａに分岐・出力する（ＯＡＭモード変換（チャージ番号変換））。
受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０における入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、受信側光送受信システム２にシングルモード光を出力する。
受信側光送受信システム２は、受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０から受信したシングルモード光の光信号を電気信号に変換して、受信側の端末装置（不図示）に出力する。
受信側光送受信システム２は、受信側空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０から受信したシングルモード光の光信号を電気信号に変換して、受信側の端末装置（不図示）に出力する。
以上のように、本実施形態に係る空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０は、シングルモード光（空間モード、ガウスモード）とＯＡＭモードとを相互に変換することができると共に、スラブ導波路部１３の他の曲率面１３ｂに構成されるローランド円の曲率半径Ｒが前述した式（７）、式（８）、式（９）及び式（１０）に基づいて設定されることにより、マルチコアファイバ１のコア数を超える伝送チャンネル数を確保することができるという作用効果を奏する。
また、本実施形態に係るＯＡＭ伝送システム１００は、一対の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０を備えることにより、シングルモード光をＯＡＭモードに変換して、マルチコアファイバ１に伝送させることができ、既存のマルチコアファイバやマルチモードファイバの径を増加させることなく、光ファイバの伝送容量を増加させることができる。
（本発明の第２の実施形態）
図８（ａ）は第２の実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステムの概略構成を示すシステム構成図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すＯＡＭ－ＡＤＭシステムの概略構成を示すシステム構成図である。図９（ａ）は図８（ｂ）に示すＡＤＭ・スルー光回路の概略構成を示す平面図であり、図９（ｂ）は図８（ｂ）に示すＯＡＭモード光スイッチの概略構成を示すシステム平面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）に示す空間光スイッチ部の一例を説明するための説明図である。図８及び図９において、図１乃至図７と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
図８（ａ）は第２の実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステムの概略構成を示すシステム構成図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すＯＡＭ－ＡＤＭシステムの概略構成を示すシステム構成図である。図９（ａ）は図８（ｂ）に示すＡＤＭ・スルー光回路の概略構成を示す平面図であり、図９（ｂ）は図８（ｂ）に示すＯＡＭモード光スイッチの概略構成を示すシステム平面図であり、図９（ｃ）は図９（ｂ）に示す空間光スイッチ部の一例を説明するための説明図である。図８及び図９において、図１乃至図７と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
ＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、図８（ａ）に示すように、ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバ１と、複数の当該マルチコアファイバ１間に接続され、リング又はバス型の伝送路を構成し、当該伝送路にシングルモード光を入出力（Add/Drop）するＯＡＭ－ＡＤＭシステム２００と、を備える。
ＯＡＭ－ＡＤＭシステム２００は、図８（ｂ）に示すように、ＡＤＭ・スルー光回路２０、並びに、ＡＤＭ・スルー光回路２０に対して入力側及び出力側にそれぞれ配設される、第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａ（入出力導波路部１１、アレイ導波路部１２、スラブ導波路部１３）、ＯＡＭモード光スイッチ３０、及び、ファンイン／ファンアウトデバイス３、を備える。
ＡＤＭ・スルー光回路２０は、図９（ａ）に示すように、シングルモード光を通過させるスルーポート２１と、シングルモード光を伝送路に入力するアドポート２２と、シングルモード光を伝送路から出力するドロップポート２３と、を有する平面光回路である。
なお、図９（ｂ）においては、最下部に位置するチャンネルがＡＤＭ（Add Drop Multiplexer）の対象になるようなパッシブ光回路として構成した例を示しているが、アドポート２２及びドロップポート２３はこの位置に限られるものではない。
なお、図９（ｂ）においては、最下部に位置するチャンネルがＡＤＭ（Add Drop Multiplexer）の対象になるようなパッシブ光回路として構成した例を示しているが、アドポート２２及びドロップポート２３はこの位置に限られるものではない。
第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａは、図８（ｂ）に示すように、ＡＤＭ・スルー光回路２０及びＯＡＭモード光スイッチ３０間にそれぞれ接続され、ＡＤＭ・スルー光回路２０から入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換してＯＡＭモード光スイッチ３０に出力し（合波）、ＯＡＭモード光スイッチ３０から入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換してＡＤＭ・スルー光回路２０に出力する（分岐）。
ファンイン／ファンアウトデバイス３は、図８に示すように、ＯＡＭモード光スイッチ３０（後述する第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂのアレイ導波路部１２）の各シングルモード光導波路１２ａに接続すると共に、マルチコアファイバ１の各コア１ａに接続して、ＯＡＭモード光スイッチ３０及びマルチコアファイバ１間を接続する。
ＯＡＭモード光スイッチ３０は、図８（ｂ）に示すように、第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａ及びファンイン／ファンアウトデバイス３間にそれぞれ接続され、ＯＡＭモード間のモードの入れ替え（チャージ番号の入れ替え）を行う。
なお、本実施形態に係るＯＡＭモード光スイッチ３０は、図９（ｂ）に示すように、複数の入力ポート３１ａ及び出力ポート３１ｂを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部３１と、第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ（入出力導波路部１１、アレイ導波路部１２、スラブ導波路部１３）と、を備える。
また、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、空間光スイッチ部３１と第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂとを一枚の基板上に集積したモノリシック集積でもよいし、空間光スイッチ部３１の部品と第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂの部品とを連結した構成でもよい。
なお、本実施形態に係るＯＡＭモード光スイッチ３０は、図９（ｂ）に示すように、複数の入力ポート３１ａ及び出力ポート３１ｂを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部３１と、第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ（入出力導波路部１１、アレイ導波路部１２、スラブ導波路部１３）と、を備える。
また、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、空間光スイッチ部３１と第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂとを一枚の基板上に集積したモノリシック集積でもよいし、空間光スイッチ部３１の部品と第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂの部品とを連結した構成でもよい。
なお、本実施形態に係る空間光スイッチ部３１は、Ｎ個の入力とＮ個の出力を任意の組み合せで接続するマトリクススイッチ（Ｎ×Ｎ空間光スイッチ部）であり、例えば、図９（ｃ）に示すように、８×８個の単位スイッチ素子（２×２スイッチ）３１ｃを網目状に接続した構成である。
第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂは、図９（ｂ）及び図８（ｂ）に示すように、空間光スイッチ部３１の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、空間光スイッチ部３１から入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換して第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａ又はファンイン／ファンアウトデバイス３に出力し（合波）、第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａ又はファンイン／ファンアウトデバイス３から入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して空間光スイッチ部３１に出力する（分岐）。
ここで、ＯＡＭモード光スイッチ３０の動作について、図９（ｂ）を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、図９（ｂ）の左側の第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにＯＡＭモードが入力され、図９（ｂ）の右側の第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂからＯＡＭモードを出力する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図９（ｂ）に示す空間光スイッチ部３１を基準として、図９（ｂ）の左側にある第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂを「送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ」と称し、図９（ｂ）の右側にある第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂを「受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ」と称する。
なお、以下の説明においては、図９（ｂ）の左側の第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにＯＡＭモードが入力され、図９（ｂ）の右側の第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂからＯＡＭモードを出力する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図９（ｂ）に示す空間光スイッチ部３１を基準として、図９（ｂ）の左側にある第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂを「送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ」と称し、図９（ｂ）の右側にある第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂを「受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂ」と称する。
まず、送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎ（Θ：モーメント角、Ｎ：アレイ導波路部１２のシングルモード光導波路１２ａの本数）を維持してＯＡＭモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、スラブ導波路部１３にそれぞれ出力する。
送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおけるスラブ導波路部１３は、入力された位相関係Θ／ＮのＯＡＭモードをシングルモード光（位置情報ベースの信号）として、入出力導波路部１１の一のシングルモード光導波路１１ａに分岐・出力する（ＯＡＭモード変換（チャージ番号変換））。
送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおける入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、空間光スイッチ部３１にシングルモード光を出力する。
空間光スイッチ部３１は、スイッチングにより、入力されたシングルモード光を受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおける入出力導波路部１１のいずれか一のシングル光導波路１１ａに出力する。
受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおける入出力導波路部１１の一のシングル光導波路１１ａは、入力されたシングルモード光（位置情報ベースの信号）をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部１３にシングルモード光を出力する。
受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおけるスラブ導波路部１３は、入力されたシングルモード光を扇状に発散し、位相関係をΘ／ＮのＯＡＭモードとして展開し、アレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａにそれぞれ出力する。
受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂにおけるアレイ導波路部１２の各シングルモード光導波路１２ａは、入力されたＯＡＭモードの位相関係Θ／Ｎを維持してＯＡＭモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂからＯＡＭモードを出力する。
このように、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、入力されるＯＡＭモードと出力するＯＡＭモードとにおけるＯＡＭモード間でのモードの入れ替え（チャージ番号の入れ替え）を行うものである。
例えば、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂのアレイ導波路部１２の上から１番目のシングルモード光導波路１２ａに入力されるＯＡＭモードのチャージ番号１に乗せられた情報が、空間光スイッチ部３１のスイッチングにより、受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂのアレイ導波路部１２の上から７番目のシングルモード光導波路１２ａから出力されるＯＡＭモードのチャージ番号７に乗せ換えられる。
例えば、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、送信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂのアレイ導波路部１２の上から１番目のシングルモード光導波路１２ａに入力されるＯＡＭモードのチャージ番号１に乗せられた情報が、空間光スイッチ部３１のスイッチングにより、受信側第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ｂのアレイ導波路部１２の上から７番目のシングルモード光導波路１２ａから出力されるＯＡＭモードのチャージ番号７に乗せ換えられる。
すなわち、ＯＡＭモード光スイッチ３０は、図８（ｂ）に示すように、送信側第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス１０ａを介して、所望の（ドロップさせたい情報を乗せた）ＯＡＭモードを、ＡＤＭ・スルー光回路２２の最下部の位置（ドロップポート２３）に出力されるようにし、不要な（ドロップさせる必要のない情報を乗せた）ＯＡＭモードを、ＡＤＭ・スルー光回路２２の最下部以外の位置（スルーポート２１）に出力されるように切り替える。
以上のように、本実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、ＯＡＭモード光スイッチ３０のスイッチングにより、ＡＤＭ・スルー光回路２０のドロップポート２３から所望のＯＡＭモードのみを出力して所望の情報を取得したうえでアドポート２２から所望のＯＡＭモードを伝送路に戻すと共に、ＡＤＭ・スルー光回路２０のスルーポート２１で不要なＯＡＭモードを通過させることができる。
なお、既存のＡＤＭは、伝送路から全ての信号を出力し、その信号の中から必要な信号のみを取得し、伝送路に全ての信号を戻す（入力する）伝送装置であり、システム構成が複雑になる。
これに対し、本実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、所望のＯＡＭモードのみを出力することができ、システム構成が簡易であると共に、ＯＡＭモード光スイッチ３０のスイッチングにより、ドロップポート２３（アドポート２２）及びスルーポート２１に対するＯＡＭモードの出力を簡易に切り替えることができる。
これに対し、本実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、所望のＯＡＭモードのみを出力することができ、システム構成が簡易であると共に、ＯＡＭモード光スイッチ３０のスイッチングにより、ドロップポート２３（アドポート２２）及びスルーポート２１に対するＯＡＭモードの出力を簡易に切り替えることができる。
なお、前述した第１の実施形態に係るＯＡＭ伝送システム１００は、ａ－ＯＡＭモードを使用して長距離伝送を想定している。
これに対し、本実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、限られたネットワーク内のサーバー間で光信号を遣り取りするデータセンターなどに使用することを想定しており、伝送容量の増加を目的としておらず、ａ－ＯＡＭモードに限られるものではなく、通常のＯＡＭモードを使用してもよい。
これに対し、本実施形態に係るＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム３００は、限られたネットワーク内のサーバー間で光信号を遣り取りするデータセンターなどに使用することを想定しており、伝送容量の増加を目的としておらず、ａ－ＯＡＭモードに限られるものではなく、通常のＯＡＭモードを使用してもよい。
１ マルチコアファイバ
１ａ コア
２ 光送受信システム
３ ファンイン／ファンアウトデバイス
３ａ シングルコアファイバ
３ｂ コア
３ｃ，３ｄ フェルール
１０ 空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１０ａ 第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１０ｂ 第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１１ 入出力導波路部
１１ａ シングルモード光導波路
１２ アレイ導波路部
１２ａ シングルモード光導波路
１２ｂ 位相整合領域
１３ スラブ導波路部
１３ａ 一の曲率面
１３ｂ 他の曲率面
２０ ＡＤＭ・スルー光回路
２１ スルーポート
２２ アドポート
２３ ドロップポート
３０ ＯＡＭモード光スイッチ
３１ 空間光スイッチ部
３１ａ 入力ポート
３１ｂ 出力ポート
３１ｃ 単位スイッチ素子
１００ ＯＡＭ伝送システム
２００ ＯＡＭ－ＡＤＭシステム
３００ ＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム
１ａ コア
２ 光送受信システム
３ ファンイン／ファンアウトデバイス
３ａ シングルコアファイバ
３ｂ コア
３ｃ，３ｄ フェルール
１０ 空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１０ａ 第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１０ｂ 第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス
１１ 入出力導波路部
１１ａ シングルモード光導波路
１２ アレイ導波路部
１２ａ シングルモード光導波路
１２ｂ 位相整合領域
１３ スラブ導波路部
１３ａ 一の曲率面
１３ｂ 他の曲率面
２０ ＡＤＭ・スルー光回路
２１ スルーポート
２２ アドポート
２３ ドロップポート
３０ ＯＡＭモード光スイッチ
３１ 空間光スイッチ部
３１ａ 入力ポート
３１ｂ 出力ポート
３１ｃ 単位スイッチ素子
１００ ＯＡＭ伝送システム
２００ ＯＡＭ－ＡＤＭシステム
３００ ＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム
Claims (6)
- 入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換して出力し、入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して出力する空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスであって、
前記ＯＡＭモードにおける１サイクルの角度である基本モーメント角θは、前記ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をＮとし、前記マルチコアファイバに伝送させるモード数をＭとした場合に、下記数１を満たすことを特徴とする空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス。
- 請求項１に記載の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスにおいて、
複数のシングルモード光導波路からなる入出力導波路部と、
光路長が互いに等しい複数のシングルモード光導波路からなるアレイ導波路部と、
ローランド円を構成する一の曲率面に前記入出力導波路部が接続され、ローランド円を構成する他の曲率面に前記アレイ導波路部が接続されるスラブ導波路部と、
を備え、
前記他の曲率面に構成されるローランド円の曲率半径が、前記数１に基づいて設定されることを特徴とする空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス。 - 請求項２に記載の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスにおいて、
前記アレイ導波路部が、Ｎ本のシングルモード光導波路からなり、
前記ＯＡＭモードのチャージ番号をｌとした場合に、前記アレイ導波路部の各シングルモード光導波路に入力するＯＡＭモードの位相関係が、θ×ｌ／Ｎであることを特徴とする空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスと、
マルチコアファイバと、
前記空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスにおける前記アレイ導波路部の各シングルモード光導波路に接続すると共に、前記マルチコアファイバの各コアに接続して、前記空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイス及びマルチコアファイバ間を接続するファンイン／ファンアウトデバイスと、
を備えることを特徴とするＯＡＭ伝送システム。 - ＯＡＭモードを伝送させるマルチコアファイバと、複数の当該マルチコアファイバ間に接続され、リング又はバス型の伝送路を構成し、当該伝送路にシングルモード光を入出力するＯＡＭ－ＡＤＭシステムと、を備えるＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステムであって、
前記ＯＡＭ－ＡＤＭシステムが、
シングルモード光を通過させるスルーポート、シングルモード光を前記伝送路に入力するアドポート、及び、シングルモード光を前記伝送路から出力するドロップポートを有するＡＤＭ・スルー光回路と、
前記ＡＤＭ・スルー光回路の入力側及び出力側にそれぞれ配設され、ＯＡＭモード間のモードの入れ替えを行うＯＡＭモード光スイッチと、
前記ＡＤＭ・スルー光回路の入力側及び出力側にそれぞれ配設され、前記ＯＡＭモード光スイッチの各シングルモード光導波路に接続すると共に、前記マルチコアファイバの各コアに接続して、前記ＯＡＭモード光スイッチ及びマルチコアファイバ間を接続するファンイン／ファンアウトデバイスと、
前記ＡＤＭ・スルー光回路及びＯＡＭモード光スイッチ間にそれぞれ接続され、前記ＡＤＭ・スルー光回路から入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換して前記ＯＡＭモード光スイッチに出力し、前記ＯＡＭモード光スイッチから入力されるＯＡＭモードをシングルモード光に変換して前記ＡＤＭ・スルー光回路に出力する第１の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスと、
を備えることを特徴とするＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム。 - 請求項５に記載のＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステムにおいて、
前記ＯＡＭモード光スイッチが、
複数の入力ポート及び出力ポートを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部と、
前記空間光スイッチ部の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、前記空間光スイッチ部から入力されるシングルモード光をＯＡＭモードに変換し、ＯＡＭモードをシングルモード光に変換して前記空間光スイッチ部に出力する第２の空間－ＯＡＭ変換・ＯＡＭ合分岐デバイスと、
を備えることを特徴とするＯＡＭ－ＡＤＭネットワークシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016531466A JPWO2016002922A1 (ja) | 2014-07-04 | 2015-07-03 | 空間−ｏａｍ変換・ｏａｍ合分岐デバイス、ｏａｍ伝送システム及びｏａｍ−ａｄｍネットワークシステム |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014-138992 | 2014-07-04 | ||
| JP2014138992 | 2014-07-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2016002922A1 true WO2016002922A1 (ja) | 2016-01-07 |
Family
ID=55019448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2015/069238 Ceased WO2016002922A1 (ja) | 2014-07-04 | 2015-07-03 | 空間－ｏａｍ変換・ｏａｍ合分岐デバイス、ｏａｍ伝送システム及びｏａｍ－ａｄｍネットワークシステム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPWO2016002922A1 (ja) |
| WO (1) | WO2016002922A1 (ja) |
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- 2015-07-03 WO PCT/JP2015/069238 patent/WO2016002922A1/ja not_active Ceased
- 2015-07-03 JP JP2016531466A patent/JPWO2016002922A1/ja active Pending
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| JPWO2016002922A1 (ja) | 2017-04-27 |
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