WO2016002922A1 - Space-oam conversion and oam combining/branching device, oam transmission system, and oam-adm network system - 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

Provided is a space-OAM conversion and OAM combining/branching device capable of increasing multicore fiber transmission channels. A space-OAM conversion and OAM combining/branching device (10) is a space-OAM conversion and OAM combining/branching device (10) that converts input single mode light into OAM mode for output, and that converts input OAM mode into single mode light for output, wherein a fundamental moment angle (θ), which is the angle of one cycle in OAM mode, satisfies the expression θ ≤ 2π × N/M (N < M), where N is the number of cores of a multicore fiber for transmitting OAM mode, and M is the number of modes to be transmitted by the multicore fiber.

Description

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Spatial-OAM conversion / OAM branching device, OAM transmission system, and OAM-ADM network system
 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。 The present invention relates to a space-OAM conversion / OAM combining / branching device, an OAM transmission system, and an OAM-ADM (Add Drop Multiplexer) network system for transmitting orbital angular momentum (OAM) mode to a multi-core fiber.
 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。
Today's data traffic is increasing significantly and spatial division multiplexing (SDM) can become one of the next generation transmission technologies to keep up with the demand for such huge data traffic. Be expected. To date, several research groups have demonstrated high transmission capacity using multi-core fibers, and the data rate has already reached just under 1 Pb / s per fiber (Non-Patent Document 1).
One problem is the number of transmission channels, which is exactly the same as the number of cores “N” of a multi-core fiber (MCF). Therefore, it would be highly desirable if a significant channel increase was achieved.
 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)。 For example, a conventional switching device includes a mode converter that performs mode conversion of a spatially multiplexed optical signal, and a multi-core fiber that receives the spatially multiplexed optical signal that has passed through the mode converter. The spatially multiplexed optical signal that has been mode-converted by the mode converter propagates to one of the cores of the multi-core fiber according to the mode after conversion (see, for example, Patent Document 1).
特開2013-257521号公報JP 2013-257521 A
 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。 The conventional switching device described in Patent Document 1 provides high-throughput spatial optical switching that does not need to be switched to a single mode at a switching node, and can only transmit an OAM mode to a multi-core fiber. It does not increase the transmission channel of multi-core fiber.
 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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a space-OAM conversion / OAM combining / branching device and an OAM transmission system capable of increasing the transmission channels of a multi-core fiber.
 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。 In the space-OAM conversion / OAM combining / branching device according to the present invention, an input single mode light is converted into an OAM mode and output, and an input OAM mode is converted into a single mode light and output. A basic moment angle θ, which is an angle of one cycle in the OAM mode, is a conversion / OAM branching device, where N is the number of cores of the multicore fiber that transmits the OAM mode, and the number of modes that are transmitted to the multicore fiber ( When the number of channels is M, the equation θ ≦ 2π × N / M (where N <M) is satisfied.
 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。 In the space-OAM conversion / OAM branching device according to the present invention, the number of transmission channels of multi-core fibers can be increased.
(a)はN-コアMCF上のOAMモードの位相を示す説明図であり、(b)は6-コアMCF上のOAMモード(N:コア数、l:OAMモードのチャージ番号)を示す説明図であり、(c)はチャージ番号の機能としてのモーメント角(基本モーメント角が4π/3)を示すグラフであり、(d)はチャージ番号の機能としてのモーメント角(基本モーメント角が12π/13)を示すグラフである。(A) is explanatory drawing which shows the phase of OAM mode on N-core MCF, (b) is explanatory drawing which shows OAM mode (N: number of cores, l: charge number of OAM mode) on 6-core MCF. (C) is a graph showing a moment angle (basic moment angle is 4π / 3) as a function of charge number, and (d) is a moment angle (basic moment angle is 12π / function) as a function of charge number. 13) is a graph showing. (a)は6-コアMCF上のa-OAMモードの位相(基本モーメント角が12π/13)を示すグラフであり、(b)はPHASAR素子(デバイス)を使用することによるN-コアMCF上の多重/分離の概略図である。(A) is a graph showing the phase of the a-OAM mode on the 6-core MCF (basic moment angle is 12π / 13), and (b) is on the N-core MCF by using a PHASAR element (device). FIG. (a)はa-OAMモードを多重・分離するためのPHASAR素子の概念図であり、(b)はPHASAR素子のローランド円の半径に対する基本モーメント角の関係を示すグラフである。(A) is a conceptual diagram of a PHASAR element for multiplexing and demultiplexing a-OAM modes, and (b) is a graph showing the relationship of the basic moment angle with respect to the radius of the Roland circle of the PHASAR element. (a)はPHASAR素子を使用することによるチャージ番号の機能としてのa-OAMモードの6-コアMCFでのクロストークを示すグラフであり、(b)はチャージ番号(lmax=5の場合)の機能としての透過率を示すグラフである。(A) is a graph showing crosstalk in a 6-core MCF in a-OAM mode as a function of charge number by using a PHASAR element, and (b) is a charge number (when l max = 5). It is a graph which shows the transmittance | permeability as a function. (a)はPHASAR素子を使用することによる100ch伝送の場合のコア数の機能としてのクロストークを示すグラフであり、(b)はチャージ番号の機能としての60-コア上の100chの透過率を示すグラフである。(A) is a graph showing the crosstalk as a function of the number of cores in the case of 100 ch transmission by using a PHASAR element, and (b) shows the transmission of 100 ch on the 60-core as a function of the charge number. It is a graph to show. 第1の実施形態に係るOAM伝送システムの概略構成を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a schematic configuration of an OAM transmission system according to a first embodiment. (a)は図6に示す空間-OAM変換・OAM合分岐デバイスの概略構成を示す平面図であり、(b)は図6に示すマルチコアファイバの概略構成を説明するための説明図であり、(c)は他のマルチコアファイバのコアの配置を説明するための断面図であり、(d)はファンイン/ファンアウトデバイスの概略構成を説明するための説明図である。(A) is a plan view showing a schematic configuration of the space-OAM conversion / OAM combining / branching device shown in FIG. 6, and (b) is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of the multi-core fiber shown in FIG. (C) is sectional drawing for demonstrating arrangement | positioning of the core of another multi-core fiber, (d) is explanatory drawing for demonstrating schematic structure of a fan-in / fan-out device. (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、(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。(A) is a system configuration diagram showing a schematic configuration of an OAM-ADM network system according to the second embodiment, and (b) is a system configuration diagram showing a schematic configuration of the OAM-ADM system shown in FIG. 8 (a). It is. (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、(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、(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。(A) is a plan view showing a schematic configuration of the ADM-through optical circuit shown in FIG. 8 (b), and (b) is a system plan view showing a schematic configuration of the OAM mode optical switch shown in FIG. 8 (b). FIG. 9C is an explanatory diagram for explaining an example of the spatial light switch unit illustrated in FIG.
(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。
(First embodiment of the present invention)
First, after explaining the problems in transmitting a normal OAM (orbital angular momentum) mode to a multi-core fiber (MCF), the new OAM mode according to the present invention is changed to the MCF. The advantages of transmitting will be described.
In the present invention, a novel method using an “advanced” orbital angular momentum (OAM) mode (hereinafter referred to as a-OAM mode) is proposed. Evaluation results show that there are more than N transmission channels on the N-core MCF (specifically, an increase in 11-mode channels corresponding to approximately twice the transmission channels on the 6-core MCF) Is shown.
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)。
1. Advanced OAM Mode on N-Core MCF The normal OAM mode (Non-Patent Document 2) is a ring-shaped field whose phase change is along the central axis, as shown in FIG. As shown in FIG. 1 (b), in order to convert this phase relationship into the N-core MCF, the phase change profile is divided into N pieces. In this way, the OAM mode can be expressed on the MCF (Non-patent Document 3). Generally speaking, a normal OAM mode having a phase change of 2π × l (l: charge number of the OAM mode) ensures an orthogonal relationship with each other when +/− l is an integer, and an infinite mode set I will provide a.
Unfortunately, in practice, there is a serious problem of degeneration of the OAM mode on the MCF.
Table 1 illustrates an example of this degeneration when the number of cores N = 6. When the charge number 1 exceeds the number of cores N (here, the number of cores N = 6), the phase relationship is exactly the same as in the case of 1−N (see the case of charge number 1 = 7). A similar degeneration occurs in the case of a negative charge number l (see the case of charge number l = −1).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 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。
Therefore, even in OAM mode, the transmission channel cannot be increased significantly on the MCF.
However, here we will focus on one advantage of 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 “2π” × l.
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。
2. Design criteria for the problem of mode degeneration In addition to the case between cases where the polarity of the charge number is different (+/−), the case of the case where the polarity of the charge number is the same appears. Accordingly, two examples will be described below.
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。
Case 1) Cases where the polarity of the charge number is the same It should be noted about the possible “momentum angle”. (Here, the moment angle Θ is defined as an angle of one cycle in the OAM mode.) For example, in Table 1, this corresponds to 2π when the charge number l = 1, The number l = 6 corresponds to 12π.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 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。 In this case, mode degeneracy does not appear between all sets of modes, but if all moment angles Θ used (used for mode multiplexing) exceed this range, mode degeneration will not occur. Begin to appear. For example, in Table 1, the moment angle Θ of charge number 6 is 2π × 6 = 12π. Therefore, mode degeneration does not occur in the range between charge number 1 and charge number 6. However, in the case of charge number 7, the moment angle Θ is 2π × 7, which exceeds 2π × 6, and mode degeneracy appears.
 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。 In order to satisfy the conditional expression (1) while increasing the charge number, the fundamental moment angle (fundamental momentum angular) θ is examined here. In some OAM modes, the basic moment angle θ may not be 2π, but in the normal OAM mode, the basic moment angle θ is 2π. For example, if the basic moment angle θ is set to π instead of 2π, the basic moment angle θ is within the range of 2π × N as shown in Table 2, and mode degeneration is avoided up to the charge number l = 12. .
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 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。 The method for setting an appropriate basic moment angle θ is as follows. In order to realize transmission exceeding M times, the basic moment angle θ is set to 2π × N / M or less. For example, in order to realize more than 2N transmission channels, the basic moment angle θ must be set as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 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。 Actually, there is a case where the charge number is 0. In this case, the number of possible transmission channels is 2N + 1 times. In order to secure the case of realizing more than 3N transmission channels, the basic moment angle θ must be set as follows.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
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。
Case 2) Charge number polarity is different (+/−) Case It is proposed to generate an OAM mode using a PHASAR element described later. Both polarities in the charge number help reduce excessive losses in addition to the benefits of miniaturization.
However, by using different polarities of charge numbers, the problem of mode degeneration occurs again as charge number l = −1 in Table 1. FIG. 1C shows mode degeneracy when the basic moment angle θ is 4π / 3. As shown in FIG. 1C, the charge number 1 = 3 and the charge number 1 = −6 are in a degenerate relationship, like the charge number 1 = 4 and the charge number 1 = −5.
In practice, this problem is avoided by using the method of equation (2) of case 1. For example, if the basic moment angle θ = 2π × N / 2N = π is used again for more than 2N channels, the problem of degeneration does not occur. FIG. 1 (d) shows the moment angle Θ as a function of charge number. As shown in this figure, a non- "mode degeneration" condition is ensured.
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)。
3. Basic Evaluation of Transmission Channel Increase It has already been reported that normal OAM can be generated, multiplexed and separated using PHASAR (Non-Patent Document 5) elements (Non-Patent Document 4).
Even in the case of the a-OAM mode, as shown in FIG. 2A, the phase profile still changes linearly, so here, the possible transmission channels are evaluated based on the use of PHASAR (FIG. 2 (b)).
 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。
Since the number of arrayed waveguides in PHASAR is not limited to around 100, but limited to the number of cores “N”, one important problem of OAM mode multiplexing / demultiplexing (Mux / Demux) is its crosstalk. (Non-Patent Document 4).
In a-OAM multiplexing / demultiplexing (Mux / Demux), because of the smaller basic moment angle θ of less than 2π, the channel spacing is narrower, so there is a great concern that crosstalk will deteriorate. On the other hand, the basic moment angle θ is 2π in the normal OAM mode, but it is not necessary to be 2π in the a-OAM mode, and a smaller setting is possible.
 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。 For this reason, the use of multiple-input / multiple-output (MIMO) digital signal processing (DSP) is also taken into account. In addition, it has been demonstrated that the -4 dB worsened crosstalk on mode multiplexing can be compensated by using MIMO (Non-Patent Document 6). It is premised on the standard of talk level.
 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。
Using the beam propagation method, the crosstalk after a demux PHASAR element was simulated for a-OAM on 6-core MCF.
Crosstalk did not occur during the MCF transmission. The PHASAR element was designed using a silica-based waveguide (birefringence Δn = 0.005).
FIG. 3A is a schematic diagram of a PHASAR element that generates and multiplexes an a-OAM mode. This structure was designed as described below. The number of arrays was designed to be the number of cores of MCF (N), and the number of input ports and output ports was designed to be equal to the number of transmission channels M. The number M of transmission channels corresponds to the following equation (4).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 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x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。 Here, l max is the maximum charge number. As shown in FIG. 3 (a), the arrayed waveguide and the input port to the center line of symmetry, the distance between each waveguide is set to x a and x in. Therefore, the basic moment angle θ of the a-OAM mode can be obtained by the following equation (5).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 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。 From this equation (5), as shown in FIG. 2A, the phase difference of each core is obtained using the following equation (6).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 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xを定数とする場合に(図3(a))、次の方程式(7)で求められる。 This phase Rowland circle determined from the radius of the optical path length difference (R in, R out = 2R in) ( Non-Patent Document 7). The fact that the optical path length and the number of input ports are 1 is obtained by the following equation (7) when the input port interval x in and the array waveguide interval x a are constants (FIG. 3A). It is done.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 ここで、θ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。 Here, θ a is each angle of the arrayed waveguide, θ in is each angle of the input port, and 1 and j are position numbers of the input port and the arrayed waveguide. The optical path length difference ΔL becomes the phase difference Δφ and is obtained by the following equation (8).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 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。 Here, n eff is the effective refractive index of the slab waveguide. The relationship between the basic moment angle and the radius of the Roland circle is determined using Equation (6), Equation (7), and Equation (8). For example, when the input port is 1, the optical path length differences (j = (N + 1) / 2 and j = (N + 1) / 2-1) are obtained by the following equation (9).
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 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)(x=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、x=18.5μm、xin=20μm、neff=1.4532、及び、λ=1.55μm)を設定した。
From the equations (6), (8), and (9), the relationship between the basic moment angle and the radius of the Roland circle is shown in FIG. 3 (b) (x a = 18.5 μm, x in = 20 μm, n eff = 1.4532 and λ = 1.55 μm). When transmitting 9 channels (corresponding to l max = 4) using 6-core MCF, the number of input ports is 9, the number of arrayed waveguides is 6, and the basic moment angle θ is 4π / 3. Thus, the radius of the Roland circle is set to 3145 μm (FIG. 3B). When the number of transmission channels is increased to 13 (corresponding to l max = 6), the number of input ports is increased, the basic moment angle is 12π / 13, and the radius of the Roland circle is 4542 μm. Further, when the number of cores is increased to 12, the number of arrayed waveguides increases to 12, the basic moment angle becomes 12π / 13, and the radius of the Roland circle becomes 4542 μm.
In this way, the case where the wavelength is 1.55 μm is designed and simulated. The results and each design parameter are summarized in FIG. Here, common parameters (waveguide width = 6 μm, x a = 18.5 μm, x in = 20 μm, n eff = 1.4532, and λ = 1.55 μm) were set.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 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。 As shown in these figures, the worst crosstalk is −7.3 dB when l max (maximum value of charge number l) = 4, and −4. When the maximum value l max = 5 of charge number l. 5 dB, and −3.1 dB in the case of the maximum value l max = 6 of the charge number l. The actual transmission channel corresponds to 2 × l max +1 (when the maximum value l max of the charge number l of +/− and the charge number l = 0 are used). Therefore, the number of possible transmission channels is estimated to be 9 when the maximum value l max = 4 of the charge number l and 11 when the maximum value l max = 5 of the charge number l. Since the crosstalk level deteriorates to −4 dB when the maximum value l max = 6 of the charge number l is exceeded, the number of possible transmission channels is estimated to be 11, which corresponds to almost twice the number of cores. . However, the number of possible transmission channels can be further increased by improving the performance of the PHASAR element and improving the performance of the DSP technology.
 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。 To confirm the above, the estimated transmission as a function of charge number l is shown in FIG. 4 (b) (in the case of maximum value l max = 5 for charge number l). As shown here, if the charge number l increases, there will be an excessive loss, and thus we think it must be improved in future studies.
 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。
In addition, using this method, the evaluation was extended toward 100 ch (100 channels). FIG. 5A shows crosstalk as a function of the number of cores when realizing 100 ch.
As shown here, it can be realized on an MCF with more than 55 cores based on the same criteria. In addition, 100-channel transmission was confirmed on the 60-core MCF (FIG. 5B).
The results show that there is a possibility of exceeding 100 ch on the MCF, but in the current PHASAR device design, excess loss increases as the charge number increases, which will also improve in future work I think I have to do it.
As a precaution, when this method is used, it is not necessary to consider a ring-shaped light field profile, and the core can be laid out without being bound by rules except for crosstalk between the cores.
 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。
As described above, a new advanced OAM on N-core MCF was proposed. The possibility of more than N transmission channels based on the design criteria shown in this embodiment is presented. When a-OAM is converted to each N-core, in principle, mode-dependent delay hardly occurs when light itself propagates as a normal single mode on each core.
Thus, the described scheme has advantages in mode dependent delay. In addition to MIMO technology, we expect that further improvements in crosstalk due to improvements in PHASAR elements can contribute to promoting MCF for higher transmission capacity.
 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。
Next, a system configuration for realizing a new transmission method using the OAM mode (a-OAM mode) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.
As shown in FIG. 6, the OAM transmission system 100 includes a multi-core fiber 1, a pair of optical transmission / reception systems 2, and a pair of space-OAM conversion / OAM coupling / branching devices 10 disposed on the transmission side and the reception side, respectively. And a pair of fan-in / fan-out devices 3.
 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。
As shown in FIG. 7B, the multi-core fiber 1 is provided with a plurality of cores 1a in one optical fiber, and has an increased transmission capacity and improved space utilization efficiency compared to a single-core fiber.
7B shows the multicore fiber 1 in which a plurality of cores 1a are arranged in a ring shape, the OAM mode (a-OAM mode) according to the present invention is shown in the cross section of the multicore fiber 1. It is not necessary to arrange a plurality of cores 1a in a ring shape with a clockwise or counterclockwise phase rotation, as long as they are arranged at an interval (for example, 40 μm) at which no crosstalk occurs between adjacent cores 1a. A plurality of cores 1a may be arranged irregularly.
For example, as shown in FIG. 7C, the multi-core fiber 1 is formed in a concentric shape in which a plurality of cores 1a are further arranged inside a ring in which a plurality of cores 1a are arranged in a ring shape. Compared with b), a plurality of cores 1a can be arranged in a vacant area inside the ring, and the space utilization efficiency can be increased.
 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。 The optical transmission / reception system 2 converts an electrical signal input from a terminal device (not shown) on the transmission side into an optical signal and transmits the optical signal to the space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10. The optical signal received from the device 10 is converted into an electrical signal and output by a terminal device (not shown) on the receiving side.
 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。
The space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 converts single-mode light (spatial mode, Gaussian mode) input from the optical transmission / reception system 2 into an OAM mode and outputs it (combining), and a fan-in / fan-out device The OAM mode input from 3 is converted into single mode light and output (branch).
The basic moment angle θ, which is an angle of one cycle in the OAM mode, is obtained when N is the number of cores of the multicore fiber 1 that transmits the OAM mode and M is the number of modes (number of channels) that is transmitted to the multicore fiber 1. The following formula (10) is satisfied.
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 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。 In particular, as shown in FIG. 7A, the space-OAM conversion / OAM branching device 10 according to this embodiment is a planar optical circuit (Planar) that realizes specific optical characteristics on a substrate by combining optical waveguides. Lightwave Circuit (PLC), comprising an input / output waveguide section 11 composed of a plurality of single mode optical waveguides 11a, an arrayed waveguide section 12 composed of a plurality of single mode optical waveguides 12a having the same optical path length, and a Roland circle The slab waveguide section 13 is connected to the input / output waveguide section 11 at one curvature surface 13a and the array waveguide section 12 is connected to the other curvature surface 13b forming the Roland circle.
 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。 Each single mode optical waveguide 11a of the input / output waveguide section 11 is connected perpendicularly to one curvature surface 13a, and each single mode optical waveguide 12a of the array waveguide section 12 is connected to another curvature surface 13b. They are connected vertically.
 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。
Further, in the slab waveguide portion 13, the curvature radius R of the Roland circle formed on the other curvature surface 13b is based on the above-described equations (7), (8), (9), and (10). Is set.
For example, when the number of single-mode optical waveguides 12a (the number of cores of the multimode fiber 1) of the arrayed waveguide section 12 is 6, and the number of transmission channels (the number of modes M transmitted to the multicore fiber) is 13, The curvature radius R of the Roland circle formed on the curvature surface 13b is 3670 μm.
 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。
The Roland circle formed on the other curvature surface 13b is centered on the midpoint of one curvature surface 13a as shown in FIG.
Further, in the slab waveguide portion 13, the Roland circle formed on one curvature surface 13a is centered on the midpoint of the slab waveguide portion 13, and the curvature radius r of the Roland circle formed on one curvature surface 13a is the center. The half of the radius of curvature R of the Roland circle formed on the other curvature surface 13b (r = R / 2).
 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。
Further, the arrayed waveguide section 12 includes N single-mode optical waveguides 12a, and the phase relationship of the OAM mode input to each single-mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 is Θ / N (= θ × l / N) (where Θ: moment angle, θ: basic moment angle, l: charge number in OAM mode).
For example, when the arrayed waveguide section 12 includes seven single mode optical waveguides 12a, the number of cores N of the multicore fiber 1 that transmits the OAM mode is 7, and the number of modes M that are transmitted to the multicore fiber 1 is 14. The basic moment angle θ is π 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 π / 7.
Specifically, the phase of the OAM mode of charge number 0 input to the single mode optical waveguide 12a located in the center among the seven single mode optical waveguides 12a of the arrayed waveguide section 12 is defined as a reference (Θ / N = θ × l / N = π × 0/7 = 0), the phase of the OAM mode with charge numbers +1 and −1 input to the single mode optical waveguide 12a located on both sides of the single mode optical waveguide 12a is π / 7 ( = Π × 1/7) and −π / 7 (= π × (−1) / 7).
Further, the phase of the OAM mode of charge numbers +2 and -2 input to the single mode optical waveguide 12a positioned next to the single mode optical waveguide 12a to which the OAM modes of charge numbers +1 and -1 are input is 2π / 7 ( = Π × 2/7) and −2π / 7 (= π × (−2) / 7).
The phase of the OAM mode of charge numbers +3 and -3 input to the single mode optical waveguide 12a positioned next to the single mode optical waveguide 12a to which the OAM modes of charge numbers +2 and -2 are input is 3π / 7 ( = Π × 3/7) and −3π / 7 (= π × (−3) / 7).
That is, each single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 has a phase relationship of 3π / 7, 2π / 7, π / 7, 0, -π / 7, -2π / 7, -3π / 7. The OAM mode is input.
 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。 As described above, the space-OAM conversion / OAM coupling / branching device 10 according to the present embodiment has a configuration including the input / output waveguide section 11, the arrayed waveguide section 12, and the slab waveguide section 13, thereby enabling single mode light. Can be continuously changed, and the number of modes transmitted to the multi-core fiber 1 can be easily increased.
 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。
The arrayed waveguide portion 12 according to the present embodiment 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. I have. 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. From the slab waveguide section 13 to the multi-core fiber 1 (the array waveguide section 12, the fan-in / fan-out device 3). If the lengths of the respective waveguides of the fan-out device 3) are mechanically equal, it is not necessary to provide the phase matching region 12b in the arrayed waveguide portion 12.
 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。
The fan-in / fan-out device 3 is connected to each single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 in the space-OAM conversion / OAM coupling / branching device 10, and is connected to each core 1a of the multi-core fiber 1 to form a space. -Connect between the OAM conversion / OAM branching device 10 and the multi-core fiber 1.
Note that, in the fan-in / fan-out device 3 according to the present embodiment, as shown in FIG. 7 (d), N single core fibers 3a are bundled in one ferrule 3c (cylindrical connector) at one end. At the other end, the ferrule 3d is attached to each single core fiber 3a and separated at the other end, and the core 3b of each single core fiber 3a on one end side is arranged so as to coincide with each core 1a of the multicore fiber 1 Has been.
 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。
Next, the operation of the OAM transmission system 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
In the following description, single mode light (spatial mode, Gaussian mode) is transmitted from the left optical transmission / reception system 2 in FIG. 6, and single mode light (spatial mode, Gaussian mode) is transmitted in the right optical receiving system 2 in FIG. Mode) will be described.
 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。
In the following description, the optical transmission / reception system 2 on the left side of FIG. 6 is referred to as “transmission-side optical transmission / reception system 2” with reference to the multicore fiber 1 shown in FIG. 6, and the optical transmission / reception system on the right side of FIG. 2 is referred to as “reception side optical transmission / reception system 2”.
Similarly, in the following description, the space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 on the left side of FIG. 6 is referred to as “transmission-side space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 on the basis of the multicore fiber 1 shown in FIG. The space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 on the right side of FIG. 6 is referred to as “receiving-side space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10”.
Similarly, in the following description, the fan-in / fan-out device 3 on the left side of FIG. 6 is referred to as “transmitting fan-in / fan-out device 3” with reference to the multi-core fiber 1 shown in FIG. The fan-in / fan-out device 3 on the right side of FIG.
 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。
First, the transmission-side optical transmission / reception system 2 converts an electrical signal input from a transmission-side terminal device (not shown) into an optical signal, and an input / output waveguide section in the transmission-side space-OAM conversion / OAM branching device 10 The single mode light is transmitted to one single optical waveguide 11a.
The single optical waveguide 11a of the input / output waveguide section 11 in the transmission side space-OAM conversion / OAM branching device 10 propagates the input single mode light in the core, and the slab waveguide section 13 transmits the single mode light. (Position information-based signal) is output.
 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。 The slab waveguide section 13 in the transmitting side space-OAM conversion / OAM branching device 10 divides the input single mode light in a fan shape, and the phase relationship is Θ / N (Θ: moment angle, N: array waveguide section). The number of 12 single-mode optical waveguides 12a) is expanded as an OAM mode and output to each single-mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12.
 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。 Each single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 in the transmitting side space-OAM conversion / OAM branching device 10 propagates the OAM mode in the core while maintaining the phase relationship Θ / N of the input OAM mode. Output to each single-core fiber 3a of the transmission-side fan-in / fan-out device 3.
 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。 Each single-core fiber 3a of the transmission-side fan-in / fan-out device 3 maintains the phase relationship Θ / N of the input OAM mode and propagates the OAM mode in the core 3b. To enter each.
 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。 The multi-core fiber 1 maintains the phase relationship Θ / N of the input OAM mode, propagates the OAM mode in the core 1 a, and outputs it to each single-core fiber 3 a of the receiving fan-in / fan-out device 3. .
 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。 Each single-core fiber 3a of the receiving-side fan-in / fan-out device 3 maintains the phase relationship Θ / N of the input OAM mode and propagates the OAM mode in the core 3b. The signal is input to each single mode optical waveguide 12 a of the arrayed waveguide section 12 in the OAM branching device 10.
 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。 Each single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 in the receiving side space-OAM conversion / OAM branching device 10 propagates the OAM mode within the core while maintaining the phase relationship Θ / N of the input OAM mode. And output to the slab waveguide section 13 respectively.
 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))。 The slab waveguide unit 13 in the receiving-side space-OAM conversion / OAM branching device 10 uses the input OAM mode of the phase relationship Θ / N as single mode light, and is a single mode optical waveguide of the input / output waveguide unit 11. Branch to 11a and output (OAM mode conversion (charge number conversion)).
 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。
The single optical waveguide 11a of the input / output waveguide unit 11 in the receiving-side space-OAM conversion / OAM coupling / branching device 10 propagates the input single-mode light in the core, and the receiving-side optical transmission / reception system 2 has a single mode. Output light.
The reception-side optical transmission / reception system 2 converts the optical signal of the single mode light received from the reception-side space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 into an electrical signal and outputs it to a reception-side terminal device (not shown).
 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。 As described above, the space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10 according to the present embodiment can mutually convert single mode light (spatial mode, Gaussian mode) and OAM mode, and can also convert a slab waveguide section. The curvature radius R of the Roland circle formed on the other curvature surface 13b of 13 is set based on the above-described equations (7), (8), (9), and (10), so that the multi-core fiber The number of transmission channels exceeding the number of cores of 1 can be ensured.
 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。 In addition, the OAM transmission system 100 according to the present embodiment includes a pair of space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10, so that single mode light can be converted into OAM mode and transmitted to the multi-core fiber 1. The transmission capacity of the optical fiber can be increased without increasing the diameter of the existing multicore fiber or multimode fiber.
(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。
(Second embodiment of the present invention)
FIG. 8A is a system configuration diagram showing a schematic configuration of the OAM-ADM network system according to the second embodiment, and FIG. 8B is a schematic configuration of the OAM-ADM system shown in FIG. 8A. FIG. FIG. 9A is a plan view showing a schematic configuration of the ADM through optical circuit shown in FIG. 8B, and FIG. 9B shows a schematic configuration of the OAM mode optical switch shown in FIG. 8B. FIG. 9C is a system plan view, and FIG. 9C is an explanatory diagram for explaining an example of the spatial light switch unit shown in FIG. 9B. 8 and 9, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 7 denote the same or corresponding parts, and the description thereof is omitted.
 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。 As shown in FIG. 8A, the OAM-ADM network system 300 is connected between the multi-core fiber 1 for transmitting the OAM mode and a plurality of the multi-core fibers 1, and forms a ring or bus type transmission path. And an OAM-ADM system 200 for inputting / outputting single mode light to / from the transmission line.
 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。 As shown in FIG. 8B, the OAM-ADM system 200 includes an ADM / through optical circuit 20 and a first ADM / through optical circuit 20 disposed on the input side and the output side of the ADM / through optical circuit 20, respectively. A space-OAM conversion / OAM branching device 10a (input / output waveguide unit 11, arrayed waveguide unit 12, slab waveguide unit 13), an OAM mode optical switch 30, and a fan-in / fan-out device 3 are provided.
 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。
As shown in FIG. 9A, the ADM through optical circuit 20 outputs a through port 21 that allows single mode light to pass through, an add port 22 that inputs single mode light to the transmission line, and outputs single mode light from the transmission line. A planar optical circuit having a drop port 23.
FIG. 9B shows an example in which the channel located at the lowermost part is configured as a passive optical circuit that is a target of ADM (Add Drop Multiplexer). It is not limited to the position.
 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)。 As shown in FIG. 8B, the first space-OAM conversion / OAM branching device 10a is connected between the ADM / through optical circuit 20 and the OAM mode optical switch 30, respectively. An input single mode light is converted into an OAM mode and output to the OAM mode optical switch 30 (combining), and an OAM mode input from the OAM mode optical switch 30 is converted into a single mode light to be converted into an ADM / through optical circuit. 20 (branch).
 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。 The fan-in / fan-out device 3 includes, as shown in FIG. 8, each single mode optical waveguide of the OAM mode optical switch 30 (the arrayed waveguide section 12 of the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b described later). The OAM mode optical switch 30 and the multicore fiber 1 are connected to each other by connecting to the cores 1 a of the multicore fiber 1.
 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。
As shown in FIG. 8B, the OAM mode optical switch 30 is connected between the first space-OAM conversion / OAM branching device 10a and the fan-in / fan-out device 3, respectively. Replace (change charge number).
The OAM mode optical switch 30 according to the present embodiment includes a plurality of input ports 31a and output ports 31b as shown in FIG. 9B, and a spatial optical switch unit 31 that switches the optical path of single mode light. And a second space-OAM conversion / OAM branching device 10b (input / output waveguide section 11, array waveguide section 12, slab waveguide section 13).
The OAM mode optical switch 30 may be monolithically integrated in which the space optical switch unit 31 and the second space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b are integrated on a single substrate. The configuration may be such that the component and the component of the second space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b are connected.
 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。 The space optical switch unit 31 according to the present embodiment is a matrix switch (N × N space optical switch unit) that connects N inputs and N outputs in an arbitrary combination. For example, FIG. As shown in FIG. 5B, 8 × 8 unit switch elements (2 × 2 switches) 31c are connected in a mesh pattern.
 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)。 As shown in FIG. 9B and FIG. 8B, the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b is connected to the input side and the output side of the space optical switch unit 31, respectively. The single mode light input from the unit 31 is converted into the OAM mode and output to the first space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10a or the fan-in / fan-out device 3 (combining), and the first space- The OAM mode input from the OAM conversion / OAM combining / branching device 10a or the fan-in / fan-out device 3 is converted into single mode light and output to the spatial light switch unit 31 (branching).
 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。
Here, the operation of the OAM mode optical switch 30 will be described with reference to FIG.
In the following description, the OAM mode is input to the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b on the left side of FIG. 9B, and the second space-OAM on the right side of FIG. 9B. The case where the OAM mode is output from the conversion / OAM combining / branching device 10b will be described.
Further, in the following description, the second space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b on the left side of FIG. 9B is referred to as “transmission side” with reference to the space optical switch unit 31 shown in FIG. 9B. The second space-OAM conversion / OAM combination / branching device 10b on the right side of FIG. 9B is referred to as a “second space-OAM conversion / OAM combination / branching device 10b”. -This is referred to as "OAM branching device 10b".
 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。 First, each single-mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 in the transmitting-side second space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b has a phase relationship Θ / N (Θ: moment angle, N : The number of single-mode optical waveguides 12a of the arrayed waveguide section 12) is maintained, and the OAM mode is propagated in the core and output to the slab waveguide section 13, respectively.
 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))。 The slab waveguide unit 13 in the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b on the transmission side uses the input OAM mode of the phase relationship Θ / N as single-mode light (positional information base signal) to input / output signals. Branch and output to one single mode optical waveguide 11a of the waveguide section 11 (OAM mode conversion (charge number conversion)).
 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。 The single optical waveguide 11a of the input / output waveguide section 11 in the transmission-side second space-OAM conversion / OAM branching device 10b propagates the input single mode light in the core, and sends it to the space optical switch section 31. Outputs single mode light.
 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。 The spatial optical switch unit 31 outputs the input single mode light to any one single optical waveguide 11a of the input / output waveguide unit 11 in the receiving-side second space-OAM conversion / OAM branching device 10b by switching. To do.
 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。 One single optical waveguide 11a of the input / output waveguide section 11 in the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b on the reception side propagates the input single mode light (position information base signal) in the core. The single mode light is output to the slab waveguide section 13.
 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。 The slab waveguide section 13 in the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b on the receiving side divides the input single mode light into a fan shape, expands the phase relationship as an OAM mode of Θ / N, It outputs to each single mode optical waveguide 12a of the waveguide section 12 respectively.
 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。 Each single mode optical waveguide 12a of the arrayed waveguide section 12 in the second space-OAM conversion / OAM branching device 10b on the receiving side maintains the phase relationship Θ / N of the input OAM mode, and the OAM mode is set in the core. And the OAM mode is output from the receiving side second space-OAM converting / OAM combining / branching device 10b.
 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。
As described above, the OAM mode optical switch 30 performs mode switching (switching of charge numbers) between the OAM mode between the input OAM mode and the output OAM mode.
For example, the OAM mode optical switch 30 includes the OAM mode charge number input to the first single-mode optical waveguide 12a from the top of the arrayed waveguide section 12 of the transmission-side second space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b. The information on 1 is switched from the seventh single-mode optical waveguide 12a from the top of the arrayed waveguide section 12 of the receiving-side second space-OAM conversion / OAM branching device 10b by the switching of the spatial optical switch section 31. It is transferred to charge number 7 in the output OAM mode.
 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。 That is, as shown in FIG. 8B, the OAM mode optical switch 30 performs a desired OAM (with information to be dropped) via the transmitting side first space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10a. The mode is output to the lowest position (drop port 23) of the ADM through optical circuit 22, and an unnecessary OAM mode (with information that does not need to be dropped) is set in the ADM through optical circuit 22 The output is switched to a position other than the lowest position (through port 21).
 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。 As described above, the OAM-ADM network system 300 according to the present embodiment outputs only desired OAM mode from the drop port 23 of the ADM / through optical circuit 20 by switching of the OAM mode optical switch 30 and outputs desired information. In addition, the desired OAM mode can be returned to the transmission line from the add port 22 and an unnecessary OAM mode can be passed through the through port 21 of the ADM / through optical circuit 20.
 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。
An existing ADM is a transmission device that outputs all signals from a transmission line, acquires only necessary signals from the signals, and returns (inputs) all signals to the transmission line. It becomes complicated.
On the other hand, the OAM-ADM network system 300 according to the present embodiment can output only a desired OAM mode, has a simple system configuration, and is switched by the drop port 23 ( The output of the OAM mode for the add port 22) and the through port 21 can be easily switched.
 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。
The OAM transmission system 100 according to the first embodiment described above assumes long-distance transmission using the a-OAM mode.
On the other hand, the OAM-ADM network system 300 according to the present embodiment is assumed to be used for a data center that exchanges optical signals between servers in a limited network, and is intended to increase transmission capacity. However, the present invention is not limited to the a-OAM mode, and a normal OAM mode may be used.
 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-core fiber 1a Core 2 Optical transmission / reception system 3 Fan-in / fan-out device 3a Single core fiber 3b Core 3c, 3d Ferrule 10 Space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10a First space-OAM conversion / OAM combining / branching device 10b Second space-OAM conversion / OAM branching device 11 Input / output waveguide section 11a Single mode optical waveguide 12 Array waveguide section 12a Single mode optical waveguide 12b Phase matching region 13 Slab waveguide section 13a One curvature surface 13b Other Curvature Surface 20 ADM / Through Optical Circuit 21 Through Port 22 Add Port 23 Drop Port 30 OAM Mode Optical Switch 31 Spatial Optical Switch Unit 31a Input Port 31b Output Port 31c Unit Switch Element 100 OA Transmission system 200 OAM-ADM system 300 OAM-ADM network system

Claims (6)

  1.  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。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    A space-OAM conversion / OAM coupling / branching device that converts an input single mode light into an OAM mode and outputs the converted signal, and converts an input OAM mode into a single mode light for output.
    The basic moment angle θ, which is an angle of one cycle in the OAM mode, is expressed by the following equation 1 where N is the number of cores of the multicore fiber that transmits the OAM mode and M is the number of modes that are transmitted to the multicore fiber. A space-OAM conversion / OAM branching device characterized by satisfying.
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  2.  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。
    The space-OAM conversion / OAM combining / branching device according to claim 1,
    An input / output waveguide section composed of a plurality of single-mode optical waveguides;
    An arrayed waveguide section comprising a plurality of single mode optical waveguides having optical path lengths equal to each other;
    A slab waveguide section in which the input / output waveguide section is connected to one curvature surface constituting the Roland circle, and the arrayed waveguide section is connected to another curvature plane constituting the Roland circle;
    With
    A space-OAM conversion / OAM joint branching device characterized in that a curvature radius of a Roland circle formed on the other curvature surface is set based on the equation (1).
  3.  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。
    The space-OAM conversion / OAM combining / branching device according to claim 2,
    The arrayed waveguide portion is composed of N single-mode optical waveguides,
    A space-OAM conversion characterized in that when the charge number of the OAM mode is l, the phase relationship of the OAM mode input to each single mode optical waveguide of the arrayed waveguide section is θ × l / N OAM joint branch device.
  4.  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。
    The space-OAM conversion / OAM combining / branching device according to any one of claims 1 to 3,
    Multi-core fiber,
    The space-OAM conversion / OAM combining / branching device is connected to each single mode optical waveguide of the arrayed waveguide section and connected to each core of the multi-core fiber, so that the space-OAM conversion / OAM combining / branching device and the multi-core are connected. A fan-in / fan-out device that connects the fibers,
    An OAM transmission system comprising:
  5.  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。
    An OAM comprising: a multi-core fiber that transmits an OAM mode; and an OAM-ADM system that is connected between a plurality of the multi-core fibers to form a ring or bus-type transmission path and that inputs and outputs a single mode light to the transmission path. -An ADM network system,
    The OAM-ADM system is
    An ADM through optical circuit having a through port that allows single mode light to pass through, an add port that inputs single mode light to the transmission path, and a drop port that outputs single mode light from the transmission path;
    An OAM mode optical switch disposed on the input side and the output side of the ADM-through optical circuit for switching modes between OAM modes;
    The OAM mode optical switch is disposed on the input side and the output side of the ADM / through optical circuit, connected to each single mode optical waveguide of the OAM mode optical switch, and connected to each core of the multicore fiber. And fan-in / fan-out devices that connect between multi-core fibers;
    The OAM mode optical switch is connected between the ADM / through optical circuit and the OAM mode optical switch, converts single mode light input from the ADM / through optical circuit into an OAM mode, and outputs the OAM mode optical switch. A first space-OAM conversion / OAM combining / branching device that converts an OAM mode input from a switch into a single mode light and outputs the single mode light to the ADM / through optical circuit;
    An OAM-ADM network system comprising:
  6.  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。
    The OAM-ADM network system according to claim 5,
    The OAM mode optical switch is
    A spatial light switch unit having a plurality of input ports and output ports and switching the optical path of single mode light;
    The space optical switch unit is connected to the input side and the output side of the space optical switch unit, converts single mode light input from the space optical switch unit into an OAM mode, and converts an OAM mode into single mode light. A second space-OAM conversion / OAM combining / branching device to output to
    An OAM-ADM network system comprising:
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