WO2020017447A1 - モード等化フィルタ - Google Patents

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小野　浩孝
水野　隆之
光樹 芝原
宮本　裕
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日本電信電話株式会社
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    • G02B6/14—Mode converters

Definitions

  • the present invention relates to a mode equalizing filter, and more particularly, to a mode equivalent filter for reducing a transmission loss difference between modes in a multimode optical fiber.
  • MIMO multiple-input and multiple-output
  • an optical fiber used for transmitting an optical signal is a Fuemode fiber (Few ⁇ Mode ⁇ Fiber, designed so that only a predetermined mode of the optical signal is allowed to propagate. (Hereinafter referred to as FMF).
  • FMF Fuemode fiber
  • the transmission loss with respect to the transmission distance of the optical signal propagating inside the FMF differs for each mode of the optical signal (mode-dependent loss).
  • An optical amplifier used in MDM optical transmission is an optical amplifier capable of optically amplifying a mode that is the same as or higher than the mode in which the FMF allows propagation, and has a different gain value for each mode. Therefore, when an optical signal is transmitted over a long distance by the long-distance MDM optical transmission system, the optical power difference between each mode of the optical signal increases with the transmission distance, and when those optical powers are optically amplified, the optical signal A larger difference in optical power occurs between the modes, and the transmission characteristics of the optical signal vary between the modes. As a result, there is a problem that the transmission distance of the optical signal is limited (Non-Patent Document 1).
  • An advantage of some aspects of the invention is to provide a mode equalization filter for reducing an optical power difference between each mode of an optical signal propagating inside an FMF. is there.
  • One embodiment of the present invention is a mode equivalent filter for reducing a light intensity difference between a plurality of modes of signal light propagated through a core of a fiber mode fiber, and a collimating lens for collimating the signal light emitted from the fiber mode fiber.
  • the partial ND filter is arranged such that when the collimated signal light is transmitted, a part of the collimated signal light overlaps with the small point having a small transmittance.
  • the present invention has an effect that the transmission distance of an optical signal is not limited due to the difference in optical power between propagation modes by reducing the difference in optical power generated between propagation modes in the MDM optical transmission system.
  • FIG. 1 is a perspective view of a schematic diagram showing a configuration of a mode equalization filter according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an optical power distribution in a cross section of an FMF core in a mode propagating through a 6-LP mode fiber. (A) to (j), respectively, LP 01, LP 11o, LP 11e, LP 21o, LP 21e, LP 02, LP 31o, LP 31e, correspond to the modes LP 12o, and LP 12e.
  • FIG. 4 is an optical power distribution diagram in a cross section of an FMF core showing a state of degeneration of the LP 31o mode and the LP 31e mode.
  • an optical power distribution diagram for (c) is LP 31 mode to which they are degenerated.
  • 4 is a graph illustrating the dependence of transmission loss provided by a mode equalizing filter on the radius of a small point (when the transmittance of the small point is 0.5 and the shift amount is 0 ⁇ m).
  • 5 is a graph showing the dependence of transmission loss provided by a mode equalizing filter on the transmittance of a small point (when the radius of the small point is 500 ⁇ m and the shift amount is 0 ⁇ m).
  • FIG. 5 is a graph showing the dependence of the transmission loss given by the mode equalizing filter on the shift amount of a small point (when the radius of the small point is 500 ⁇ m and the transmittance is 0.5). It is a perspective view of a mimetic diagram showing composition of a mode equalization filter of a 2nd embodiment of the present invention.
  • 6-LP mode (10 modes) a case where the number of propagation modes is six (hereinafter referred to as 6-LP mode (10 modes)) is described.
  • the number of propagation modes is limited.
  • the present invention can be applied to the case where the number of propagation modes is different from the number of propagation modes different from the 6-LP mode (10 modes).
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of the mode equalizing filter according to the first embodiment of the present invention.
  • the mode equalizing filter of the present embodiment includes a collimator lens 2a, a condenser lens 2b, a partial ND filter 3, and a small point 4 provided on the partial ND filter 3 and having a small transmittance.
  • small point in the small point 4 having a small transmittance means “small part” or “small part”, and does not specify that the shape is circular or round. Absent.
  • an alternate long and short dash line is an optical axis 101 indicating a traveling direction of the signal light.
  • the two-dot chain line is the axis 102 perpendicular to the optical axis.
  • the FMFs 1a and 1b, the collimator lens 2a, the condenser lens 2b, the partial ND filter 3, and the small point 4 having a small transmittance are respectively arranged along the optical axis 101.
  • the collimator lens 2a and the condenser lens 2b are located between the FMFs 1a and 1b, and the partial ND filter 3 and the small point 4 having a small transmittance are located between the collimator lens 2a and the condenser lens 2b. Lined up.
  • the FMFs 1a and 1b are arranged so that the main axis of each core and the optical axis coincide.
  • the FMFs 1a and 1b each include a core and a clad having a lower refractive index than the core, and the signal light propagates inside the core.
  • an optical fiber having six propagation modes hereinafter referred to as a 6-LP mode (10 mode) fiber
  • a 6-LP mode (10 mode) fiber is used as the FMFs 1a and 1b.
  • the collimating lens 2a is arranged so that its lens surface faces the end of the FMF 1a.
  • the collimating lens 2a condenses the signal light output from the end of the FMF 1a, collimates the signal light, and transmits the optical signal.
  • the partial ND filter 3 has a flat plate shape and is arranged such that the normal to the plane is parallel to the optical axis 101.
  • the signal light transmitted through the collimating lens 2a is arranged so as to pass through a part of the small point 4 provided on the partial ND filter 3 and having a small transmittance. That is, of the signal light transmitted through the collimating lens 2a, a part of a cross section parallel to the plane of the partial ND filter 3 and a part of the small point 4 provided on the partial ND filter 3 and having a small transmittance overlap.
  • the partial ND filter 3 and the small point 4 having a small transmittance are arranged.
  • the signal light passing through a part of the small point 4 having the small transmittance is compared with the signal light passing through the part of the partial ND filter 3 where the small point 4 having the small transmittance is not provided. And the optical power is reduced.
  • the condenser lens 2b is disposed so that one lens surface thereof faces the partial ND filter 3 and the small point 4 having a small transmittance, and the other lens surface is disposed so as to face the end of the FMF 1b. I have. Of the signal light transmitted through the partial ND filter 3 and the small point 4 having a small transmittance, the signal light in the direction parallel to the optical axis 101 is focused on the end of the FMF 1b by the focusing lens 2b.
  • the material of the partial ND filter 3 is not particularly limited as long as the signal light passes through the partial ND filter 3 as long as the optical power of the signal is not reduced. 2 ) Other materials that do not lower the optical power when the signal light passes can be adopted.
  • the small point 4 having a small transmittance provided on the partial ND filter 3 is preferably provided flat and smooth on the partial ND filter 3, for example, provided on the partial ND filter 3 by a known thin film manufacturing method. be able to.
  • the shape of the small point 4 having a small transmittance is particularly limited as long as it overlaps with a part of the cross section of the collimated signal light and the optical power becomes smaller than before the optical signal passes after passing through that part. However, a circle, an ellipse, a polygon and other shapes can be freely adopted.
  • FIG. 2 is an optical power distribution diagram in a section of the optical fiber in a mode propagating through the 6-LP mode fiber.
  • (A) to (j) in FIG. 2 show optical power distribution diagrams of ten propagation modes propagating inside the cores of the FMFs 1a and 1b, respectively, and FIGS. each, LP 01, LP 11o, LP 11e, LP 21o, LP 21e, LP 02, LP 31o, LP 31e, correspond to the modes LP 12o, and LP 12e.
  • numerals indicate the mode of the propagation mode
  • o indicates the odd mode
  • e indicates the even mode.
  • LP 11O mode and LP 11e mode, LP 21o mode and LP 21e mode, LP 31o mode and LP 31e mode, and LP 12o mode and LP 12e mode respectively by the mode conversion during propagation in each 6-LP mode
  • the odd mode o and the even mode e are degenerated, and LP 11 , LP 21 , LP 31 , and LP 12 are degenerated respectively.
  • FIG. 3 is an optical power distribution diagram showing a state of degeneration in the LP 31o mode and the LP 31e mode.
  • 3 (a) is for the odd mode LP 31o mode
  • FIG. 3 (b) for even mode LP 31e mode
  • FIG. 3 (c) is a light power distribution diagram for LP 31 mode to which they are degenerated.
  • LP 21 and LP 02 modes and LP 31 and LP 12 mode results in frequent mode conversion FMF1a for the value of each propagation constant is very close, within 1b core during the propagation.
  • each between two modes i.e., the distinction between the optical properties between the between, and the LP 31 and LP 12 modes of LP 21 and LP 02 mode will not stick. Therefore, in the evaluation of the optical characteristics such as the loss of the filter and the gain of the optical amplifier, each of them is treated as one propagation mode such as LP 21 + LP 02 and LP 31 + LP 12 .
  • the transmission loss of the signal light for each propagation mode to the partial ND filter 3 is determined by the radius of the small point 4 having a small transmittance provided on the partial ND filter 3 and the small transmittance. It depends on the transmittance of the small point 4 having the small point 4 and the shift amount from the optical axis 101 of the small point 4 having the small transmittance.
  • FIGS. 4 to 6 show the transmission loss with respect to light having a wavelength of 1550 nm when used as signal light.
  • FIG. 4 is a graph showing the dependence of the transmission loss provided by the partial ND filter 3 on the radius of the small point 4 having a small transmittance.
  • the transmittance of the small point 4 having a small transmittance of the signal light is 0.5, and the shift amount is 0 ⁇ m.
  • the horizontal axis represents the radius of the small point 4 having a small transmittance, and the vertical axis represents the transmission loss of the signal light.
  • FIG. 5 is a graph showing the dependence of the transmission point provided by the partial ND filter 3 on the transmittance of the small point 4 having a small transmittance.
  • the radius of the small point is 500 ⁇ m
  • the shift amount is 0 ⁇ m.
  • the horizontal axis shows the transmittance of the signal light with respect to the small point 4 having a small transmittance
  • the vertical axis shows the transmission loss of the signal light with respect to the small point 4.
  • FIG. 6 is a graph showing the dependence of the small point 4 having a small transmittance of the transmission loss provided by the partial ND filter 3 on the shift amount from the optical axis 101.
  • the radius of the small point 4 having the small transmittance is 500 ⁇ m
  • the transmittance of the small point 4 having the small transmittance of the signal light is 0.5.
  • the horizontal axis shows the shift amount of the small point 4 having a small transmittance from the optical axis 101
  • the vertical axis shows the transmission loss of the signal light corresponding thereto.
  • the shift amount of the small point 4 having a small transmittance from the optical axis 101 is such that the partial ND filter 3 is arranged such that the optical axis passes through the center of the small point 4 having the small transmittance on the partial ND filter 3.
  • the transmission loss provided by the partial ND filter 3 is a radius of the small point 4 having a small transmittance, a transmittance of the small point 4 having a small transmittance of the signal light, a small transmission. It is shown that the degree of the dependence of the transmission loss depends on each of the shift amounts of the small point 4 having the ratio from the optical axis 101, and the degree of the transmission loss depends on each propagation mode. Accordingly, the radius of the small point 4 having a small transmittance, the transmittance of the signal point with respect to the small point 4 having a small transmittance, and the shift amount of the small point 4 having a small transmittance from the optical axis 101 are set to predetermined values. By doing so, a predetermined transmission loss can be obtained for each propagation mode of the signal light.
  • the radius of the small point 4 having a small transmittance is 650 ⁇ m
  • the transmittance of the small point 4 having a small transmittance of the signal light is 0.11
  • the small point 4 having a small transmittance is small.
  • the shift amount of the optical axis 101 of the point 4 to 300 [mu] m, by setting respectively, each transmission loss of the respective propagation modes, the LP 01 7.0 dB, the LP 11 4.6, the LP 21 + LP 02 3. It can be set to 2.3 dB for 1 dB, LP 31 + LP 12 .
  • gain difference between propagation modes of the optical signal is between the LP 01 and LP 21 + LP 02 4 .1dB, LP 01 and LP 31 + 5.1 dB in between the LP 12, LP 11 and LP 21 + 1.5 dB in between the LP 02, 2.5 dB in between the LP 11 and LP 31 + LP 12, LP 21 It is 1.0 dB between + LP 02 and LP 31 + LP 12, and a gain difference occurs between the propagation modes of the optical signal mainly due to a difference in transmission loss depending on each propagation mode of the optical signal.
  • the gain differences between the propagation modes of the optical signal are 0.2 dB, 0.2 dB, 0.4 dB, and 0 dB, respectively. 0.0 dB, 0.2 dB, and 0.2 dB.
  • the mode equalizing filter of the present embodiment to the configuration of the optical amplifier using the FMF, it is also possible to reduce the gain difference between the propagation modes of the optical signal.
  • the mode equalizing filter of the present embodiment can also connect the slide mechanism 5 (not shown) to the partial ND filter 3 to displace the partial ND filter 3 along the direction of the axis 102 perpendicular to the optical axis.
  • the slide mechanism 5 can be constituted by, for example, a guide member parallel to the axis 102 perpendicular to the optical axis.
  • the partial ND filter 3 is fixed to a locking member that is slipped on the guide member, one of the partial ND filters 3 is elastically provided with an elastic member such as a spring, and the other of the partial ND filter 3 is attached to a micrometer head.
  • the configuration and mechanism of the slide mechanism 5 allow the light collimated by the collimating lens 2a to reach the partial ND filter 3 without blocking, and the displacement of the partial ND filter 3 causes the partial ND filter 3 to move.
  • the position and the position where the part of the cross section of the collimated light parallel to the plane of the collimated light and the part of the small point 4 having the small transmittance provided on the partial ND filter 3 overlap change, the structure and the mechanism are changed. It is possible to adopt without restriction.
  • the mode equalizing filter of the present embodiment further includes the slide mechanism 5 and displaces the partial ND filter 3
  • the shift amount of the small point 4 having a small transmittance from the optical axis 101 is set to 0 ⁇ m. Is 8.9 dB for LP 01 , 6.8 dB for LP 11 , 4.4 dB for LP 21 + LP 02 , and 2.4 dB for LP 31 + LP 12 . That is, as compared with the case where the shift amount of the small point 4 having the small transmittance from the optical axis 101 is 300 ⁇ m, different transmission loss can be obtained in each propagation mode.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing the configuration of the mode equalizing filter according to the second embodiment of the present invention.
  • the mode equalization filter of the present embodiment has the same configuration and the same arrangement of each element as the mode equalization filter of the first embodiment.
  • the partial ND filter 3 is connected to the partial ND filter 3 and, in addition to the axis 102 perpendicular to the optical axis, the axis 103 perpendicular to the optical axis and orthogonal to the axis 102 perpendicular to the optical axis and the optical axis 101 are orthogonal to each other.
  • a three-axis slide mechanism 6 (not shown) is provided so as to be movable in three directions.
  • the FMFs 1a and 1b, the collimator lens 2a, the condenser lens 2b, the partial ND filter 3, and the small point 4 having a small transmittance are formed in a plane perpendicular to the optical axis direction and the optical axis. Margin in the arrangement of those elements in the space. According to the mode equalizing filter of this embodiment, even if the relative positions of these elements fluctuate during the operation of the mode equivalent filter, the position of the partial ND filter 3 is appropriately displaced using the three-axis slide mechanism 6. And desired loss characteristics can be obtained.
  • the three-axis slide mechanism 6 is used.
  • the position of the partial ND filter 3 By displacing the position of the partial ND filter 3 by about 1 ⁇ m along the direction of the optical axis 101 in the direction of the FMF 1a, the same transmission loss between signal light propagation modes as in the first embodiment can be obtained.
  • the radius of the small point 4 having a small transmittance, the transmittance of the signal light with respect to the small point 4 having a small transmittance, and the shift amount of the small point 4 having a small transmittance from the optical axis 101 are set to predetermined values. As a result, an effect (mode equalization characteristic) of reducing the degree of transmission loss that differs for each propagation mode of the signal light can be obtained.

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Abstract

フューモードファイバのコアを伝搬した信号光の複数のモード間の光強度差を低減させるモード等価フィルタを提供する。本発明によるモード等価フィルタは、フューモードファイバから出射した信号光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートした信号光に対して小さな透過率を有する小点を有する部分ＮＤフィルタと、部分ＮＤフィルタを透過した信号光をフューモードファイバに集光する集光レンズと、を含み、小さな透過率を有する小点は、部分ＮＤフィルタの一部に配置され、部分ＮＤフィルタは、コリメートした信号光が透過する際に、コリメートした信号光の一部が小さな透過率を有する小点と重なるように配置されている。

Description

モード等化フィルタ
　本発明は、モード等化フィルタに関し、より詳細には、マルチモード光ファイバにおけるモード間における伝送損失差を低減させるモード等価フィルタに関する。
　通信サービスの高速化・大容量化と共に、幹線系光伝送システムで伝送されるトラフィックが爆発的に増大している。基幹系システムにおけるトラフィック増大ヘ対処するために、光伝送システムの伝送容量を飛躍的に増大する技術検討が進められている。様々な伝送方式の中で、モード分割多重（Ｍｏｄｅ－Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下ＭＤＭという）光伝送に関する技術開発が近年急速に進んでいる。このＭＤＭ光伝送方式は、光信号の複数の異なるモードに対してそれぞれ異なる信号を重畳させることができ、なおかつ重畳された信号を長距離伝送できることが知られている（非特許文献１）。また、ＭＤＭ伝送方式において、光信号が光ファイバ内を伝搬する際にモード変換が発生しても元の信号は保持されるため、受信機においてｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｉｎｐｕｔ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）技術を用いた信号処理により複数の異なるモードの信号を識別受信できることも知られている。
　このＭＤＭ光伝送方式において、光信号を伝送させるために使用される光ファイバは、光信号の所定のモードだけが伝搬を許容されるモードとなるように設計されたフューモードファイバ（Ｆｅｗ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ、以下ＦＭＦという）である。
K. Shibahara et al.， "Dense SDM (12-core × 3-mode) transmission over 527 km with 33.2-ns mode-dispersion employing low-complexity parallel MIMO frequency-domain equalization"， Journal of Lightwave Technology， January 1， 2016， vol. 34， No. 1， p.196-204
　ＦＭＦの内部を伝搬する光信号の伝送距離に対する伝送損失は、光信号のモード毎に異なる（モード依存損失）。また、ＭＤＭ光伝送において使用される光増幅器は、ＦＭＦが伝搬を許容するモードと同じであるかそれよりも高次のモードを光増幅できる光増幅器であって、モード毎に利得値が異なる。そのため、長距離ＭＤＭ光伝送方式により、光信号を長距離伝送させると光信号の各モード間における光パワー差が伝送距離と共に増大して、さらにそれら光パワーを光増幅した場合には光信号の各モード間において更に大きな光パワーの差を生じ、ひいては光信号の伝送特性においてモード間におけるばらつきが生じてしまう。その結果、光信号の伝送距離が制限されてしまう（非特許文献1）という課題があった。
　本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＦＭＦの内部を伝搬する光信号の各モード間における光パワー差を低減させるためのモード等化フィルタを提供することにある。
　本発明の一実施形態は、フューモードファイバのコアを伝搬した信号光の複数のモード間の光強度差を低減させるモード等価フィルタであって、フューモードファイバから出射した信号光をコリメートするコリメートレンズと、コリメートした信号光に対して小さな透過率を有する小点を有する部分ＮＤフィルタと、部分ＮＤフィルタを透過した信号光をフューモードファイバに集光する集光レンズと、を含み、小さな透過率を有する小点は、部分ＮＤフィルタの一部に配置され、部分ＮＤフィルタは、コリメートした信号光が透過する際に、コリメートした信号光の一部が小さな透過率を有する小点と重なるように配置されている、モード等価フィルタを提供する。
　本発明は、ＭＤＭ光伝送方式において伝搬モード間に生じる光パワーの差を低減させることにより、伝搬モード間の光パワーの差に起因して光信号の伝送距離が制限されなくなる効果を奏する。
本願発明の第１の実施形態のモード等化フィルタの構成を示す模式図の斜視図である。 ６－ＬＰモードファイバを伝搬するモードのＦＭＦコア断面内における光パワー分布図である。（ａ）乃至（ｊ）は、それぞれ、ＬＰ01、ＬＰ11o、ＬＰ11e、ＬＰ21o、ＬＰ21e、ＬＰ02、ＬＰ31o、ＬＰ31e、ＬＰ12o、およびＬＰ12eの各モードに対応している。 ＬＰ31oモードとＬＰ31eモードの縮退の様子を示すＦＭＦコア断面内における光パワー分布図である。（ａ）は奇モードＬＰ31oモードについて、（ｂ）は偶モードＬＰ31eモードについて、（ｃ）はそれらが縮退したＬＰ31モードについての光パワー分布図である。 モード等化フィルタにより与えられる伝送損失の小点半径依存性を表すグラフである（小点の透過率を０．５、シフト量を０μｍとしたとき）。 モード等化フィルタにより与えられる伝送損失の小点透過率依存性を表すグラフである（小点の半径を５００μｍ、シフト量を０μｍとしたとき）。 モード等化フィルタにより与えられる伝送損失の小点シフト量依存性を表すグラフである（小点の半径を５００μｍ、透過率を０．５としたとき）。 本願発明の第２の実施形態のモード等化フィルタの構成を示す模式図の斜視図である。
　以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。また、本発明の実施形態は、本発明の要旨の範囲を逸脱しない限り、以下の例示に何ら限定されることはない。
　以下の実施形態では、伝搬モード数が６個のモード（以下、６－ＬＰモード（１０モード）という）の場合について説明しているが、本発明の実施形態は、伝搬モード数に制限をされることなく適用可能であり、６－ＬＰモード（１０モード）と異なる数の伝搬モード数の場合にも適用可能である。
（第１の実施形態）
　図１は、本願発明の第１の実施形態のモード等化フィルタの構成を示す模式図の斜視図である。本実施形態のモード等化フィルタは、コリメートレンズ２ａ、集光レンズ２ｂ、部分ＮＤフィルタ３、部分ＮＤフィルタ３上に設けられた小さな透過率を有する小点４を含んで構成されている。
　ここで、小さな透過率を有する小点４における「小点」は、「小さな部分」または「小部分」を意味するものであって、その形状が円形や丸形であることを特定するものではない。
　このモード等化フィルタに含まれる各要素の配置について説明する。図１において、一点鎖線は信号光の進行方向を示す光軸１０１である。また、二点鎖線は光軸に垂直な軸１０２である。ＦＭＦ１ａ，１ｂ、コリメートレンズ２ａ、集光レンズ２ｂ、部分ＮＤフィルタ３、および小さな透過率を有する小点４は、それぞれ、光軸１０１上に沿って配置している。そして、ＦＭＦ１ａと１ｂとの間にコリメートレンズ２ａおよび集光レンズ２ｂが位置し、コリメートレンズ２ａと集光レンズ２ｂとの間に部分ＮＤフィルタ３および小さな透過率を有する小点４が位置するように並んでいる。
　ＦＭＦ１ａ，１ｂは、それら各コアの主軸と光軸とが一致するように配置されている。ＦＭＦ１ａ，１ｂは、コアとコアよりも屈折率の低いクラッドから構成されており、信号光はコアの内部を伝搬する。本実施形態では、ＦＭＦ１ａ，１ｂとして、伝搬モード数が６個となる光ファイバ（以下、６－ＬＰモード（１０モード）ファイバという）を用いるため、ＦＭＦ１ａ，１ｂのコアの内部を伝搬する伝搬モードは、６個（偶モードと奇モードとを区別すると１０個）である。すなわち、ＦＭＦ１ａ，１ｂの一方の端部より入力された光信号は、６個の伝搬モードで伝搬し、それら伝搬モードを維持しながら他方の端部より出力される。
　コリメートレンズ２ａは、そのレンズ面がＦＭＦ１ａの端部に対向するように配置されている。コリメートレンズ２ａは、ＦＭＦ１ａの端部から出力された信号光を集光しコリメートし光信号を透過させる。
　部分ＮＤフィルタ３は、平板形状でありその平面の法線が光軸１０１と平行となるように配置している。そして、コリメートレンズ２ａを透過した信号光が、部分ＮＤフィルタ３上に設けられた小さな透過率を有する小点４の一部を通過するように配置している。すなわち、コリメートレンズ２ａを透過した信号光の内、部分ＮＤフィルタ３の平面と平行な断面の一部と部分ＮＤフィルタ３上に設けられた小さな透過率を有する小点４の一部とが重なるように、部分ＮＤフィルタ３および小さな透過率を有する小点４が配置されている。信号光のうち、小さな透過率を有する小点４の一部を通過する信号光は、部分ＮＤフィルタ３のうち小さな透過率を有する小点４が設けられていない部分を通過する信号光と比較して光パワーが小さくなる。
　集光レンズ２ｂは、その一方のレンズ面が部分ＮＤフィルタ３および小さな透過率を有する小点４に対向するように配置され、他方のレンズ面がＦＭＦ１ｂの端部に対向するように配置している。部分ＮＤフィルタ３および小さな透過率を有する小点４を透過した信号光のうち、光軸１０１に平行な方向の信号光が集光レンズ２ｂによりＦＭＦ１ｂの端部に集光する。
　ここで、部分ＮＤフィルタ３は、信号光が部分ＮＤフィルタ３を通過するときに、その信号の光パワーが低下しない限り、部分ＮＤフィルタ３の材質は特に制限が無く、例えば、石英ガラス（ＳｉＯ2）その他の信号光が通過する際にその光パワーを低下させない材質を採用することができる。部分ＮＤフィルタ３上に設けられる小さな透過率を有する小点４は、部分ＮＤフィルタ３上に平面的かつ平滑に設けられることが好ましく、例えば、公知の薄膜製造方法により部分ＮＤフィルタ３上に設けることができる。また、小さな透過率を有する小点４の形状は、コリメートされた信号光の断面の一部と重なって光信号がその部分を通過した後に通過する前よりも光パワーが小さくなる限り、特に制限は無く、円形、楕円形、多角形その他の形状を自由に採用することができる。
　図２は、６－ＬＰモードファイバを伝搬するモードの光ファイバ断面内における光パワー分布図である。図２において、黒色が濃い程光パワーが大きく、黒色から白色（または紙面の色）に近づくに従って光パワーは小さくなることを意味している。図２中の（ａ）乃至（ｊ）は、それぞれ、ＦＭＦ１ａ，１ｂのコア内部を伝搬する１０個の伝搬モードの光パワー分布図を示しており、図２（ａ）乃至（ｊ）は、それぞれ、ＬＰ01、ＬＰ11o、ＬＰ11e、ＬＰ21o、ＬＰ21e、ＬＰ02、ＬＰ31o、ＬＰ31e、ＬＰ12o、およびＬＰ12eの各モードに対応している。ここで、ＬＰの添え字のうち数字は伝搬モードの態様を示すものであり、ｏは奇モードを、およびｅは偶モードを示すものである。
　ここで、ＬＰ11OモードとＬＰ11eモード、ＬＰ21oモードとＬＰ21eモード、ＬＰ31oモードとＬＰ31eモード、およびＬＰ12oモードとＬＰ12eモードは、それぞれ６－ＬＰモードで伝搬中にモード変換によりそれぞれの奇モードｏと偶モードｅとが縮退し、それぞれ縮退したモードとしてＬＰ11、ＬＰ21、ＬＰ31、ＬＰ12となる。
　図３は、ＬＰ31oモードとＬＰ31eモードの縮退の様子を示す光パワー分布図である。図３（ａ）は奇モードＬＰ31oモードについて、図３（ｂ）は偶モードＬＰ31eモードについて、図３（ｃ）はそれらが縮退したＬＰ31モードについての光パワー分布図である。
　さらに、ＬＰ21とＬＰ02モード、およびＬＰ31とＬＰ12モードは、それぞれ伝搬定数の値が非常に近いためにＦＭＦ１ａ，１ｂのコア内を伝搬中に頻繁にモード変換を生じる。その結果、それぞれ２つのモード間、すなわちＬＰ21とＬＰ02モードとの間、およびＬＰ31とＬＰ12モードとの間において光学特性上の区別がつかなくなる。したがって、フィルタの損失や光増幅器の利得などの光学特性の評価では、ＬＰ21＋ＬＰ02、ＬＰ31＋ＬＰ12のように、それぞれ１つの伝搬モードとして扱うこととする。
　本実施形態のモード等化フィルタにおいて、信号光の各伝搬モードの部分ＮＤフィルタ３に対する伝送損失は、部分ＮＤフィルタ３上に設けられた小さな透過率を有する小点４の半径、小さな透過率を有する小点４に対する透過率、および小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量に依存する。
　信号光として、波長１５５０ｎｍの光を用いた場合のそれらに対する伝送損失について図４乃至図６に示す。
　図４は、部分ＮＤフィルタ３により与えられる伝送損失の小さな透過率を有する小点４の半径に対する依存性を表すグラフである。このとき、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率は０．５、シフト量は０μｍである。横軸は小さな透過率を有する小点４の半径であり、縦軸はそれに対する信号光の伝送損失を示す。
　図５は、部分ＮＤフィルタ３により与えられる伝送損失の小さな透過率を有する小点４の透過率に対する依存性を表すグラフである。このとき、小点の半径を５００μｍ、シフト量は０μｍである。横軸は信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率であり、縦軸はそれに対する信号光の伝送損失を示す。
　図６は、部分ＮＤフィルタ３により与えられる伝送損失の小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量に対する依存性を表すグラフである。このとき、小さな透過率を有する小点４の半径は５００μｍ、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率は０．５である。横軸は小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量であり、縦軸はそれに対する信号光の伝送損失を示す。ここで、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量は、部分ＮＤフィルタ３上の小さな透過率を有する小点４の中心を光軸が通るように部分ＮＤフィルタ３を配置した位置を基準として、部分ＮＤフィルタ３を光軸に垂直な軸１０２に沿って移動させたときの部分ＮＤフィルタ３の移動距離を指す。
　これらの図４乃至図６から分かるとおり、部分ＮＤフィルタ３により与えられる伝送損失は、小さな透過率を有する小点４の半径、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量のそれぞれに依存し、さらに伝送損失の依存の度合いは、各伝搬モードにより異なることが示されている。したがって、小さな透過率を有する小点４の半径、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量のそれぞれを所定に設定することにより、信号光の伝搬モード毎に所定の伝送損失を得ることができる。
　すなわち、これらを所定の設定とすることにより、信号光の伝搬モード毎に異なる伝送損失の程度を低減させる効果を得ることが可能である。
　本実施形態による、さらに具体的な例を示す。本実施形態のモード等化フィルタでは、小さな透過率を有する小点４の半径を６５０μｍに、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率を０．１１に、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量を３００μｍに、それぞれ設定することにより、各伝搬モードの伝送損失をそれぞれ、ＬＰ01について７．０ｄＢ、ＬＰ11について４．６、ＬＰ21＋ＬＰ02について３．１ｄＢ、ＬＰ31＋ＬＰ12について２．３ｄＢに設定することができる。
　従来のＦＭＦを用いた光増幅器の構成によれば、光信号の伝搬モード間の利得差は、ＬＰ01とＬＰ11との間では２．６ｄＢ、ＬＰ01とＬＰ21＋ＬＰ02との間では４．１ｄＢ、ＬＰ01とＬＰ31＋ＬＰ12との間では５．１ｄＢ、ＬＰ11とＬＰ21＋ＬＰ02との間では１．５ｄＢ、ＬＰ11とＬＰ31＋ＬＰ12との間では２．５ｄＢ、ＬＰ21＋ＬＰ02とＬＰ31＋ＬＰ12との間では１．０ｄＢであり、主に光信号の各伝搬モードにより異なる伝送損失の差に起因して、光信号の伝搬モード間の利得差が生じる。そこで、上記ＦＭＦを用いた光増幅器の構成に本実施形態によるモード等価フィルタを適用することにより、光信号の伝搬モード間の利得差は、それぞれ０．２ｄＢ、０．２ｄＢ、０．４ｄＢ、０．０ｄＢ、０．２ｄＢ、および０．２ｄＢヘと低減する。
　つまり、本実施形態のモード等化フィルタは、ＦＭＦを用いた光増幅器の構成に適用することにより、光信号の伝搬モード間の利得差を低減させることも可能である。
　またさらに、本実施形態のモード等化フィルタは、部分ＮＤフィルタ３にスライド機構５（図示せず）接続して部分ＮＤフィルタ３を光軸に垂直な軸１０２の方向に沿って変位させることも可能である。このスライド機構５は、例えば、光軸に垂直な軸１０２に平行なガイド部材により構成することができる。例えば、ガイド部材に滑合されている係止部材に部分ＮＤフィルタ３を固定し、部分ＮＤフィルタ３の一方をバネなどの弾性部材で弾設し、部分ＮＤフィルタ３の他方をマイクロメータヘッドに当設し押止する機構とし、マイクロメータヘッドを変位させることにより部分ＮＤフィルタの位置を変位させる機構が好ましい。また、スライド機構５の構成および機構は、コリメートレンズ２ａでコリメートされた光を遮らずに部分ＮＤフィルタ３へと到達させることが可能であって、部分ＮＤフィルタ３の変位により、部分ＮＤフィルタ３の平面と平行なコリメートされた光の断面の一部と部分ＮＤフィルタ３上に設けられた小さな透過率を有する小点４の一部とが重なる位置が変化する構成および機構であれば、特に制限がなく採用をすることが可能である。
　例えば、本実施形態のモード等化フィルタにおいて、上記スライド機構５をさらに備えて、部分ＮＤフィルタ３を変位させ、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量を０μｍとしたときは、各伝搬モードの伝送損失がＬＰ01では、８．９ｄＢ、ＬＰ11では、６．８ｄＢ、ＬＰ21＋ＬＰ02では、４．４ｄＢ、およびＬＰ31＋ＬＰ12では２．４ｄＢとなる。すなわち、上記の小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量が３００μｍのときと比較すると、各伝搬モードにおいて異なる伝送損失を得ることができる。
（第２の実施形態）
　図７は、本願発明の第２の実施形態のモード等化フィルタの構成を示す模式図の斜視図である。本実施形態のモード等化フィルタは、第１の実施形態のモード等化フィルタと、構成および各要素の配置は同じである。部分ＮＤフィルタ３に接続され、部分ＮＤフィルタ３を光軸に垂直な軸１０２に加え、光軸に垂直で且つ光軸に垂直な軸１０２と直交する軸１０３および光軸１０１の、互いに直交する３方向に移動可能なように、３軸スライド機構６（図示せず）を設置した点が異なっている。
　３軸スライド機構５をさらに備えることにより、ＦＭＦ１ａ，１ｂ、コリメートレンズ２ａ、集光レンズ２ｂ、部分ＮＤフィルタ３、および小さな透過率を有する小点４は、光軸方向および光軸に垂直な面内におけるそれら要素の配置におけるマージン確保することができる。本実施形態のモード等化フィルタによれば、モード等価フィルタの動作中にこれら要素の相対位置が変動を生じても３軸スライド機構６を用いて部分ＮＤフィルタ３の位置を適宜変位することにより、所望の損失特性が得られる。
　例えば、コリメートレンズ２ａの設置位置が第１の実施形態のモード等化フィルタの配置よりも、光軸１０１方向に沿ってＦＭＦ１ａの方向へ１．５μｍ変動した場合に、３軸スライド機構６を用いて部分ＮＤフィルタ３の位置をＦＭＦ１ａの方向へ光軸１０１方向に沿って約１μｍ変位させることにより、第１の実施形態と同様の信号光の伝搬モード間における伝送損失を得ることができ、さらに、小さな透過率を有する小点４の半径、信号光の小さな透過率を有する小点４に対する透過率、小さな透過率を有する小点４の光軸１０１からのシフト量のそれぞれを所定に設定することにより、信号光の伝搬モード毎に異なる伝送損失の程度を低減させる効果（モード等化特性）を得ることができた。
１ａ，１ｂ　ＦＭＦ
２ａ　　　　コリメートレンズ
２ｂ　　　　集光レンズ
３　　　　　部分ＮＤフィルタ
４　　　　　小さな透過率を有する小点
５　　　　　スライド機構
６　　　　　３軸スライド機構　

Claims (3)

  1. 　フューモードファイバのコアを伝搬した信号光の複数のモード間の光強度差を低減させるモード等価フィルタであって、
    　フューモードファイバから出射した信号光をコリメートするコリメートレンズと、
    　前記コリメートした信号光に対して小さな透過率を有する小点を有する部分ＮＤフィルタと、
    　前記部分ＮＤフィルタを透過した信号光をフューモードファイバに集光する集光レンズと、を含み、
    　前記小さな透過率を有する小点は、前記部分ＮＤフィルタの一部に配置され、
    　前記部分ＮＤフィルタは、前記コリメートした信号光が透過する際に、前記コリメートした信号光の一部が前記小さな透過率を有する小点と重なるように配置されている、
    　モード等価フィルタ。
  2. 　前記小さな透過率を有する小点を通過した前記部分ＮＤフィルタを透過した信号光の強度は、前記部分ＮＤフィルタを通過した前記部分ＮＤフィルタを透過した信号光の強度よりも小さい、
    　請求項１に記載のモード等価フィルタ。
  3. 　前記部分ＮＤフィルタを、前記コリメートした信号光が進行する光軸に平行な第一の方向、前記光軸に垂直な第二の方向、および前記第一の方向と第二の方向と直交する第三の方向の内、少なくともいずれか１つの方向に変位させるスライド機構であって、
    　前記変位により、前記部分ＮＤフィルタの平面と平行な前記コリメートした信号光の断面の一部と前記小さな透過率を有する小点の一部とが重なる位置が変位する、
    スライド機構をさらに備える、
    　請求項２に記載のモード等価フィルタ。
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