WO2021177367A1 - 光導波路デバイスおよびそれを含む光通信システム - Google Patents

光導波路デバイスおよびそれを含む光通信システム Download PDF

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WO2021177367A1
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侑季 荒生
林　哲也
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住友電気工業株式会社
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    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical waveguide device and an optical communication system including the optical waveguide device.
  • This application claims the priority according to Japanese Patent Application No. 2020-03896 filed on March 6, 2020, which is incorporated herein by reference in its entirety.
  • FIFO Fast-in / Fan
  • SCF single-core optical fiber fibers
  • Patent Document 1 discloses a FIFO device having a three-dimensional waveguide structure and a mode field diameter (hereinafter referred to as "MFD") conversion function. Further, Patent Document 2 discloses a configuration in which a lens suppresses a connection loss between cores to be connected.
  • MFD mode field diameter
  • the optical waveguide device of the present disclosure includes a first device end face, a second device end face facing the first device end face, a waveguide, and a clad layer.
  • the waveguide has a first waveguide end face that matches the first device end face and a second waveguide end face that matches the second device end face, and waveguides light of a plurality of modes having different orders. Further, the waveguide has one or more bent portions on the optical path from the end surface of the first waveguide to the end face of the second waveguide.
  • the clad layer is provided with a waveguide inside or on the surface.
  • the clad layer has a refractive index lower than that of the waveguide.
  • the waveguide has a waveguide length L of 5 ⁇ 10 6 [nm] or more and 100 ⁇ 10 6 [nm] or less, and also has a group delay time difference (DMD: Differential Mode Delay) between a plurality of modes, hereinafter referred to as “mode”.
  • DMD Differential Mode Delay
  • the group delay time difference is expressed by the following equation:
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example (system configuration) of the optical communication system of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration example (device configuration) of the optical waveguide device of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a control operation of optical signal intensity fluctuation caused by MPI.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the group delay time difference ⁇ 1 (absolute value) between modes and the number of divisions N for each of various modulation rates.
  • the present disclosure is an unavoidable problem in the structure of a conventional FIFA device, that is, interference between a low-order mode and a high-order mode in a frequency band required for signal modulation in optical signal transmission (Multipass Interference, hereinafter, "MPI".
  • MPI Multipass Interference
  • each core In a FIFO device, since the pitches of a plurality of arranged cores (waveVs) are converted along the light propagation direction, each core usually has a bent structure. Therefore, bending loss occurs while the light propagates through the core in the FIFO device. Therefore, in order to connect a pair of optical fibers (substantially one-to-one corresponding cores) with low loss, it is necessary to suppress bending loss. Further, in the FIFO device, the minimum pitch between adjacent cores is 50 ⁇ m or less, and an increase in crosstalk between adjacent cores becomes a noise factor in optical signal transmission. Therefore, it is also necessary to suppress crosstalk.
  • the specific refractive index of the core based on the refractive index of the clad at the difference in the specific refractive index between the core and the clad in the FIFA device (for example, at a wavelength of 589 [nm]). It is effective to increase the difference) and strengthen the light confinement in the core.
  • an increase in the specific refractive index difference ⁇ of the core causes a decrease in the MFD (mode field diameter) of the FIFO device, and increases the coupling loss with the single mode optical fiber (SMF). Therefore, in the FIFO device, it is necessary to increase the core width (or core diameter) as the specific refractive index difference ⁇ of the core increases.
  • the waveguide device of the present disclosure does not positively eliminate the above-mentioned MPI, but controls so as to reduce the optical signal intensity fluctuation caused by the MPI in the frequency band required for signal modulation. , Ensure a single-mode connection between the pair of optical fibers to be connected.
  • the optical waveguide device of the present disclosure is a single for an optical signal having a wavelength of ⁇ 0, which is modulated at a modulation rate defined by any frequency of 25 ⁇ 10 9 [Hz] or more and 1000 ⁇ 10 9 [Hz] or less. It is an optical device for mode transmission.
  • the optical waveguide device includes, as one embodiment, a first device end face, a second device end face facing the first device end face, a waveguide, and a clad layer.
  • the waveguide has a first waveguide end face that matches the first device end face and a second waveguide end face that matches the second device end face, and waveguides light of a plurality of modes having different orders.
  • the waveguide has one or more bent portions on the optical path from the end surface of the first waveguide to the end face of the second waveguide.
  • the clad layer is provided with a waveguide inside or on the surface.
  • the clad layer has a refractive index lower than that of the waveguide.
  • the waveguide has a waveguide length L of 5 ⁇ 10 6 [nm] or more and 100 ⁇ 10 6 [nm] or less, and the following equation:
  • the waveguide length L is defined by the optical path length from the end surface of the first waveguide to the end face of the second waveguide.
  • the parameter “ ⁇ 1” is the group delay time difference between modes.
  • the parameter “N” is an integer value for dividing the vibration period Tf with respect to the optical frequency of the optical signal intensity fluctuation caused by MPI between a plurality of modes, and is the number of divisions defined by any integer of 10 or more and 100 or less. ..
  • the bent portion preferably has a radius of curvature r of 40 mm or less.
  • the optical waveguide device is applicable to a FIFO (Fun-In Fun-Out) device and enables optical connection between optical fibers having different core pitches.
  • the waveguide length L (as the radius of curvature r is not too small) as the bending loss does not become too large, is preferably at 5 ⁇ 10 6 [nm] or more.
  • the waveguide length L is preferably not 100 ⁇ 10 6 [nm] or less. stomach.
  • an optical waveguide device having at least a pair of optical fibers and a structure as described above provided between the pair of optical fibers (optical waveguide of the present disclosure). Waveguide device).
  • the cores of the pair of optical fibers can be connected in a single mode.
  • each of the pair of optical fibers arranged so as to sandwich the optical waveguide device is a single-core optical fiber (hereinafter referred to as "SCF") or a multi-core. It is preferable to include an optical fiber (hereinafter referred to as "MCF").
  • SCF single-core optical fiber
  • MCF optical fiber
  • one of the pair of optical fibers contains an MCF, the wiring space in a base station or the like can be efficiently used.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example (system configuration) of the optical communication system of the present disclosure.
  • the upper part of FIG. 1 shows a general configuration example of the optical communication system of the present disclosure.
  • the middle part of FIG. 1 shows a configuration example of a fusion-stretched optical waveguide device 50A that can be applied as a FIFO device of the optical communication system.
  • a configuration example of a PLC (Planar Lightwave Circuit) type optical waveguide device 50B applicable as a FIFO device of the optical communication system is shown.
  • the FIFO device of the optical communication system of the present disclosure may be an optical waveguide device in which an optical circuit is three-dimensionally arranged.
  • the optical communication system includes a pair of a plurality of optical transmitters (hereinafter referred to as "TX") 10, a plurality of optical receivers (hereinafter referred to as "RX") 20, and an MCF (multi-core optical fiber) 40.
  • FIFO device 50 The FIFO device located between the plurality of TX10s and the MCF40 is referred to as an "input side FIFO device", and the FIFO device located between the MCF40 and the plurality of RX20s is referred to as an "output side FIFO device").
  • the TX10 has a modulation rate ⁇ f (for example, 25 ⁇ 10 ) of 25 ⁇ 10 9 [Hz] or more and 1000 ⁇ 10 9 [Hz] or less with respect to an optical signal having a wavelength of, for example, 1310 [nm] or 1550 [nm]. Modulate at 9 [Hz], 50 ⁇ 10 9 [Hz], 100 ⁇ 10 9 [Hz], 200 ⁇ 10 9 [Hz], 500 ⁇ 10 9 [Hz], 1000 ⁇ 10 9 [Hz], etc.) ..
  • the SCF30 corresponding to each of the plurality of TX10s is arranged between the plurality of TX10s and the input side FIFO device, and the SCF30 corresponding to each of the plurality of RX20s is the SCF30 corresponding to the plurality of RX20s and the output side FIFO device. It is placed in between.
  • Optical signals are output from each of the plurality of TX10s, and the plurality of RX20s receive optical signals from the plurality of TX10s, respectively.
  • the plurality of SCF 30s are used as a waveguide for individually propagating the optical signals from the plurality of TX10s to the input side FIFO devices, or for individually propagating the optical signals from the output side FIFO devices to the plurality of RX20s. It functions as a waveguide for.
  • each of the plurality of SCF 30s has a single core extending along the central axis and a clad surrounding the single core.
  • the MCF 40 provided between the pair of FIFO devices 50 has a plurality of cores extending along the central axis and a common cladding surrounding each of the plurality of cores.
  • each of the pair of FIFO devices 50 is an optical device that connects a plurality of SCF 30 cores to the corresponding cores of the plurality of MCF 40 cores in a single mode, respectively, and has a waveguide pitch along the light propagation direction. Core pitch) has been converted.
  • the optical waveguide device 50A shown in the middle of FIG. 1 can be applied to the pair of FIFO devices 50.
  • the tip portions of a plurality of SCF 30s each having the core 31 and the clad 32 are fused in a bundled state, and the core arrangement (pitch) on the end face 300 of the fused tip portions is fused.
  • the MCF 40 also has a plurality of cores 41 and a common clad 42, and each core 41 of the MCF 40 and each core 31 of the plurality of SCF 30s optically at the end surface of the optical waveguide device 50A (substantially the end surface 300 of the SCF 30). It is connected (for example, fusion splicing).
  • the core 31 of the SCF 30 located at the periphery in the cross section of the fused portion has a bent portion provided in the core of the SCF 30 located at the center in the cross section of the fused portion. A bent portion having a radius of curvature r smaller than that is formed.
  • each core 31 is integrally surrounded by a clad 32 of the SCF 30.
  • the position where the pitch of the adjacent core 31 of the fused portion of the SCF 30 starts to change corresponds to the end face of the first device, and the position of the end face 300 of the SCF 30 corresponds to the end face of the second device. do.
  • the waveguide length L of the optical waveguide device 50A is preferably 10 to 100 mm in order to suppress excessive loss due to abrupt core diameter fluctuation of the stretched portion.
  • the upper limit of the waveguide length may be 80 ⁇ 10 6 [nm], 60 ⁇ 10 6 [nm], 40 ⁇ 10 6 [nm], or 20 ⁇ 10 6 [nm].
  • the PLC-type optical waveguide device 50B shown in the lower part of FIG. 1 is also applicable to the pair of FIFO devices 50.
  • the optical waveguide device 50B has a first device end face to which the end face 300 of each SCF 30 having a core 31 and a cladding 32 is fixed, and a second device end face to which the end face 400 of the MCF 40 is fixed.
  • an in-device core (a waveguide in the optical waveguide device 50B) for connecting the core 31 of each SCF 30 to the corresponding core 41 of the MCF 40 in a single mode is provided.
  • the cross-sectional shape of the core in the device may be circular, semi-circular, or rectangular.
  • the core in the device is a rectangular waveguide having a rectangular cross section, as an example, after the rectangular waveguide is formed on the base layer of the clad layer, the upper layer of the clad layer is provided so as to cover the rectangular waveguide. Be done.
  • the waveguide length L of the optical waveguide device 50B is preferably 5 to 20 mm from the viewpoint of ease of handling.
  • FIG. 2 is a diagram for detailing an example of a PLC-type optical waveguide device 50B as a configuration example (device configuration) of the optical waveguide device of the present disclosure.
  • the PLC-type optical waveguide device 50B shown in the upper part of FIG. 2 has a first device end face 50a to which an end face 300 (see the lower part of FIG. 1) of the SCF 30 having a core 31 and a cladding 32, respectively, is fixed, and an MCF 40. It has a second device end face 50b to which the end face 400 (see the lower part of FIG. 1) is fixed. Between the first device end face 50a and the second device end face 50b, a core (waveduct) 51 for connecting each core 31 of the SCF 30 to the corresponding core 41 of the MCF 40 in a single mode is provided on the surface of the clad layer 52. It is formed near or inside.
  • the first end face (first waveguide end face) 51a of the core 51 coincides with the first device end face 50a
  • the second end face (second waveguide end face) 51b of the core 51 is one with the second device end face 50b. I am doing it.
  • the core 51 has at least one bent portion 55 provided between the first end surface 51a and the second end surface 51b, and the bent portion 55 has a radius of curvature r of 40 mm or less.
  • the difference in the specific refractive index of the core 51 with respect to the clad layer 52 and the width of the core 51 are appropriately determined according to the SCF 30 and the MCF 40.
  • the lower limit of the difference in the specific refractive index of the core 51 with respect to the clad layer 52 is, for example, 0.25%, 0.30%, or 0.35%.
  • the upper limit is, for example, 0.6%, 0.7%, or 0.8%.
  • the lower limit of the width of the core 51 is, for example, 6.5 ⁇ m, 7.0 ⁇ m, or 7.5 ⁇ m.
  • the upper limit is, for example, 8.0 ⁇ m, 8.5 ⁇ m, or 9.0 ⁇ m.
  • Waveguide length L of core 51 (as the radius of curvature r is not too small) as the bending loss does not become too large, is preferably at 5 ⁇ 10 6 [nm] or more. Meanwhile, in order to ensure ease of handling of the device, the waveguide length L is preferably not 20 ⁇ 10 6 [nm] or less.
  • the core 51 When the core 51 is formed on the surface of the clad layer 52, the core 51 has a semicircular or rectangular cross section. Further, when the core 51 is formed in the clad layer 52, the core 51 has a circular shape or a rectangular cross section. In either case, the width of the core 51 is given by the maximum width along the direction orthogonal to the longitudinal direction of the core 51 in the plane figure obtained when the core 51 is projected onto the surface of the clad layer 52.
  • the core 51 and the over cladding may be stacked in order on the under cladding, and the clad layer 52 is irradiated with laser light. It may be drawn in the clad layer 52.
  • the optical waveguide device of the present disclosure (corresponding to a pair of FIFO devices 50) is designed to enable single-mode connection between a pair of optical fibers in which cores are optically connected to each other.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a control operation of optical signal intensity fluctuation caused by MPI.
  • the upper part of FIG. 3 shows the frequency dependence of the optical signal intensity due to MPI, and this frequency characteristic is characterized by the vibration period Tf with respect to the optical frequency of the optical signal intensity due to MPI.
  • the influence of the interference mode (MPI) of the low-order mode and the high-order mode on the optical communication (modulation) system is referred to as the "variation rate of optical signal intensity fluctuation" shown in the middle and lower stages of FIG. Quantify and define the condition that the "variation rate of optical signal intensity fluctuation" caused by MPI does not become a problem in the frequency band required for signal modulation as follows.
  • the group delay time ⁇ 1 of each mode is calculated by the following equation (1): ⁇ 0: Signal wavelength c: Given at the speed of light.
  • the group delay time given by the above equation (1) is the first derivative value of the propagation constant ⁇ at the center frequency ⁇ 0, and is the reciprocal of the group velocity Vg.
  • the vibration period Tf [Hz] with respect to the optical frequency of MPI needs to be sufficiently larger than the frequency band 2 ⁇ f required for signal modulation.
  • ⁇ f is the rate of modulation rate, which is 25 [GHz] or more.
  • the vibration period Tf [Hz] is modulated within the frequency range divided by an integer N (the frequency band 2 ⁇ f required for modulation is within Tf / N).
  • N the frequency band 2 ⁇ f required for modulation is within Tf / N.
  • the vertical axis shows the normalized intensity with the fluctuation range of the optical signal intensity set to 1 (the maximum intensity is set to 0.5 and the minimum intensity is set to ⁇ 0.5). That is, the modulation speed ⁇ f is the following second relational expression with respect to the vibration period Tf with respect to the optical frequency and the number of divisions N thereof. 2 ⁇ ⁇ f [Hz] ⁇ Tf [Hz] / N Is set to meet. This was mainly the frequency f 0 (f 0 - ⁇ f) [ Hz] or more (f 0 + ⁇ f) [Hz ] the range is meant to limit the influence on the optical signal intensity variations due to MPI. In other words, it means that the fluctuation of the optical signal intensity of the maximum fluctuation width A max is treated as the fluctuation of the optical signal intensity of the fluctuation width A min.
  • the maximum volatility of the optical signal intensity fluctuation caused by MPI is 31%.
  • the maximum volatility is 16%.
  • the maximum volatility is 6%.
  • the maximum volatility of the optical signal intensity fluctuation caused by MPI is 3%.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the group delay time difference ⁇ 1 (absolute value) between modes and the number of divisions N for each of the various modulation rates described above.
  • the prepared optical waveguide device is a FIFO device having an SI (Step Index) type refractive index profile and a core having a rectangular cross section, which allows a higher-order mode as a waveguide, and is shown in the upper part of FIG.
  • SI Step Index
  • the relationship with the number of divisions N is shown.
  • the specific refractive index difference ⁇ of the core with respect to the clad layer was 0.5% for sample 1 (FIFO device as the embodiment of the present disclosure) and comparative example 1, and sample 2 (this).
  • the FIFO device as the disclosed embodiment) and Comparative Example 2 are 0.7%.
  • the core width is 8 ⁇ m for Sample 1 and Comparative Example 1, and 8.5 ⁇ m for Sample 2 and Comparative Example 2.
  • the minimum core pitch is 35 ⁇ m
  • the radius of curvature r of the bent portion provided on the core is 20 mm.
  • the waveguide length L of the core is 10 mm for Sample 1 and Sample 2 (upper part of FIG. 4), and 40 mm for Comparative Example 1 and Comparative Example 2 (lower part of FIG. 4).
  • the theoretical bending loss is approximately 0 dB / mm in all the prepared FIFO devices.
  • the measured crosstalk is -40 dB or less for Sample 1 and Comparative Example 1, and -50 dB or less for Sample 2 and Comparative Example 2.
  • inter-mode differential group delay .DELTA..beta.1 group delay time ⁇ 1 lower order mode (fundamental mode)
  • the sample 1 and Comparative Example 1 is 4.904 ⁇ 10 -18 [s / nm ]
  • Sample 2 and Comparative Example 2 There is a 4.914 ⁇ 10 -18 [s / nm ].
  • the sample 1 and Comparative Example 1 is 4.905 ⁇ 10 -18 [s / nm ] ( primary)
  • Sample 2 and Comparative Example 2 is 4. 919 ⁇ 10-18 [s / nm] (secondary).
  • the graph G520A and the graph G520B show the modulation speed ⁇ f.
  • the graph G410 shows the relationship between the number of divisions N and ⁇ 1 (absolute value) for the FIFO device having the structure of sample 1, and in all cases where the modulation rate ⁇ f is from 25 [GHz] to 1 [THz].
  • ⁇ 1 / (N ⁇ 2 ⁇ f ⁇ L) can be confirmed to be satisfied.
  • Graph G420 shows the relationship between the number of divisions N and ⁇ 1 (absolute value) for the FIFO device having the structure of sample 2, and when the modulation rate ⁇ f is from 25 [GHz] to 100 [GHz], the equation:
  • the modulation rate ⁇ f is up to 200 [GHz]
  • the FIFO device having the structure of Comparative Example 2 graph G440. Then, the modulation rate ⁇ f is limited to 25 [GHz].
  • the theoretical coupling loss between the connected optical fiber and the FIFO device is less than 0.05 [dB] in Sample 1 and Comparative Example 1, and less than 0.08 [dB] in Sample 2 and Comparative Example 2. be.
  • the optical waveguide device of the present disclosure low bending loss, low crosstalk, and low coupling loss are achieved, and the inter-mode group delay time difference ⁇ 1 is expressed by the equation:
  • MPI interference

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Abstract

本開示は、ＭＰＩに起因する光信号強度変動を制御することにより接続されるべきコア同士のシングルモード接続を可能にする光導波路デバイスに関する。当該光導波路デバイスは、第一デバイス端面（５０ａ）と、第二デバイス端面（５０ｂ）と、導波路（５１）と、クラッド層（５２）と、を備える。導波路は、第一導波路端面（５１ａ）と、第二導波路端面（５１ｂ）とを有し、次数の異なる複数のモードの光が導波する。また、導波路は、１またはそれ以上の曲げ部（５５）を有する。クラッド層は、導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する。導波路は、５×１０６［ｎｍ］以上１００×１０６［ｎｍ］以下の導波路長Ｌを有し、モード間群遅延時間差Δβ１が｜Δβ１｜≦１／２×１０－１２[ｓ]／Ｌで与えられる条件を満たす構造を有する。

Description

光導波路デバイスおよびそれを含む光通信システム
　本開示は、光導波路デバイスおよびそれを含む光通信システムに関するものである。
  本願は、２０２０年３月６日に出願された日本特許出願第２０２０－０３８９０６号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
　光導波路デバイスの一つとして、例えば特許文献１および特許文献２に開示されたように、複数並んだ導波路（コア）のピッチを光の伝搬方向に沿って変換するＦＩＦＯ（Fan-in/Fan-out）デバイスが知られている。このようなＦＩＦＯデバイスを利用することにより、コアピッチが異なる組み合わせ、例えば、同一平面上に並列に配置された複数のシングルコア光ファイバファイバ（以下、「ＳＣＦ」と記す）の各コアと、マルチコア光ファイバ（以下、「ＭＣＦ」と記す）の対応するコアとを低損失に接続することが可能になる。
　なお、特許文献１には、三次元の導波路構造を有するとともにモードフィールド径（以下、「ＭＦＤ」と記す）の変換機能を有するＦＩＦＯデバイスが開示されている。また、特許文献２には、接続されるべきコア間の接続損失をレンズにより抑制する構成が開示されている。
国際公開ＷＯ２０１８－１３５４１１号 特開２０１４－１７８６２８号公報
　本開示の光導波路デバイスは、第一デバイス端面と、第一デバイス端面に対向する第二デバイス端面と、導波路と、クラッド層と、を備える。導波路は、第一デバイス端面に一致した第一導波路端面と、第二デバイス端面に一致した第二導波路端面とを有し、次数の異なる複数のモードの光を導波する。また、導波路は、第一導波路端面から第二導波路端面までの光路上に１またはそれ以上の曲げ部を有する。クラッド層には、導波路が内部または表面に設けられている。クラッド層は、導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する。特に、導波路は、５×１０６［ｎｍ］以上１００×１０６［ｎｍ］以下の導波路長Ｌを有するとともに、複数のモード間における群遅延時間差（ＤＭＤ：Differential Mode Delay、以下、「モード間群遅延時間差」と記す）Δβ１が、以下の式：
｜Δβ１｜≦１／２×１０－１２[ｓ]／Ｌ
で与えられる条件を満たす構造を有する。
図１は、本開示の光通信システムの構成例（システム構成）を説明するための図である。 図２は、本開示の光導波路デバイスの構成例（デバイス構成）を説明するための図である。 図３は、ＭＰＩに起因する光信号強度変動の制御動作を説明するための図である。 図４は、種々の変調速度ごとの、モード間群遅延時間差Δβ１（絶対値）と分割数Ｎと関係を示すグラフである。
　［本開示が解決しようとする課題］
  本開示は、従来のＦＩＦＯデバイスの構造上避けられない課題、すなわち、光信号伝送における信号変調時に必要な周波数帯域内での低次モードと高次モードとの干渉（Multipass Interference、以下、「ＭＰＩ」と記す）に起因する光信号強度変動を制御することにより、接続されるべき一対の光ファイバ間におけるコア同士のシングルモード接続を可能にする光導波路デバイスおよびそれを含む光通信システムを提供することを目的としている。
　［本開示の効果］
  本開示の光導波路デバイスによれば、光信号伝送における信号変調時に必要な周波数帯域内でのＭＰＩに起因する光信号強度変動が制御可能になり、その結果、接続されるべき一対の光ファイバ間におけるコア同士のシングルモード接続が可能になる。
　まず、ＦＩＦＯデバイス等の光導波路デバイスに要求される構造的特長について説明する。
　ＦＩＦＯデバイスでは、複数並んだコア（導波路）のピッチを光の伝搬方向に沿って変換するため、各コアは、通常、曲げ構造を有する。そのため、当該ＦＩＦＯデバイス内において光がコアを伝搬している間に曲げ損失が発生する。したがって、一対の光ファイバ間（実質的には一対一に対応するコア間）を低損失に接続するためには、曲げ損失の抑制が必要になる。また、ＦＩＦＯデバイス内において、隣接するコア間の最小ピッチは、５０μｍ以下となり、隣接するコア間でのクロストークの増加が光信号伝送におけるノイズ要素となる。そのため、クロストークの抑制も必要になる。
　上述の曲げ損失およびクロストークの抑制について検討すれば、当該ＦＩＦＯデバイス内におけるコア－クラッド間の比屈折率差（例えば波長５８９［ｎｍ］において、クラッドの屈折率を基準としたコアの比屈折率差）を増加させ、コア内への光閉じ込めを強化するのが効果的である。ただし、コアの比屈折率差Δの増加は、当該ＦＩＦＯデバイスのＭＦＤ（モードフィールド径）の減少を引き起こし、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）との結合損失を増加させる。そのため、当該ＦＩＦＯデバイスでは、コアの比屈折率差Δの増加に伴い、コア幅（またはコア直径）の拡大が必要になる。
　しかしながら、コアの比屈折率差Δを増加させるとともにコア幅を拡大した場合、導波させたい基底モードのみならず導波させたくない高次モードも導波可能になる。光信号伝送においては、この高次モードの光伝搬が一般的に問題になる。すなわち、シングルモード伝送用のＦＩＦＯデバイス等の光導波デバイスでは、高次モードが導波しうる構造の場合、基底モードと高次モードとの間の干渉（ＭＰＩ）の発生が問題になる。
　そこで、本開示の導波路デバイスは、上述のＭＰＩを積極的に排除するのではなく、信号変調に必要な周波数帯域内でのＭＰＩに起因する光信号強度変動を低減するように制御することで、接続されるべき一対の光ファイバ間のシングルモード接続を確保する。
　[本開示の実施形態の説明]
  最初に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）　本開示の光導波路デバイスは、２５×１０９［Ｈｚ］以上１０００×１０９［Ｈｚ］以下のいずれかの周波数で定義される変調速度で変調された、波長λ０の光信号に対するシングルモード伝送用の光学デバイスである。具体的に当該光導波路デバイスは、その一態様として、第一デバイス端面と、第一デバイス端面に対向する第二デバイス端面と、導波路と、クラッド層と、を備える。導波路は、第一デバイス端面に一致した第一導波路端面と、第二デバイス端面に一致した第二導波路端面とを有し、次数の異なる複数のモードの光を導波する。また、導波路は、第一導波路端面から第二導波路端面までの光路上に１またはそれ以上の曲げ部を有する。クラッド層には、導波路が内部または表面に設けられている。クラッド層は、導波路の屈折率よりも低い屈折率を有する。特に、導波路は、５×１０６［ｎｍ］以上１００×１０６［ｎｍ］以下の導波路長Ｌを有するとともに、以下の式：
｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）
で与えられる条件を満たす構造を有する。なお、導波路長Ｌは、第一導波路端面から第二導波路端面までの光路長で定義される。また、上記式中、パラメータ「Δβ１」はモード間群遅延時間差である。パラメータ「Ｎ」は複数のモード間のＭＰＩに起因した光信号強度変動の光周波数に対する振動周期Ｔｆを分割する整数値であって１０以上１００以下のいずれかの整数で定義される分割数である。パラメータ「Δｆ」は２５×１０９［Ｈｚ］以上１０００×１０９［Ｈｚ］以下のいずれかの周波数（例えば、Δｆ＝２５[ＧＨｚ］は２５［ＧＢａｕｄ］に相当）で定義される変調速度である。
　（２）　本開示の一態様として、曲げ部は、４０ｍｍ以下の曲率半径ｒを有するのが好ましい。当該光導波路デバイスはＦＩＦＯ（Fun-In Fun-Out）デバイスに適用可能であり、コアピッチの異なる光ファイバ間の光学的な接続を可能にする。ただし、導波路長Ｌは、曲げ損失が大きくなり過ぎないように（曲率半径ｒが小さくなりすぎないように）、５×１０６［ｎｍ］以上であるのが好ましい。一方、デバイスの取り扱いの容易さを確保するため、導波路長Ｌは、１００×１０６［ｎｍ］以下であるのが好ましい。
い。
　（３）　本開示の光通信システムは、その一態様として、少なくとも一対の光ファイバと、該一対の光ファイバの間に設けられた、上述のような構造を有する光導波路デバイス（本開示の光導波路デバイス）と、を備える。上述のような構造を有する光導波路デバイスが適用されることにより、一対の光ファイバは、コア同士がシングルモード接続され得る。
　（４）　本開示の一態様として、当該光通信システムにおいて、光導波路デバイスを挟むように配置される一対の光ファイバそれぞれは、シングルコア光ファイバ（以下、「ＳＣＦ」と記す）、または、マルチコア光ファイバ（以下、「ＭＣＦ」と記す）を含むのが好ましい。特に、一対の光ファイバの一方がＭＣＦを含む場合、基地局等における配線スペースの効率的な利用が可能になる。
　以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　［本開示の実施形態の詳細］
  以下、本開示の実施形態に係る光導波路デバイスおよび光通信システムの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図１は、本開示の光通信システムの構成例（システム構成）を説明するための図である。図１の上段には、本開示の光通信システムの一般的な構成例が示されている。図１の中段には、当該光通信システムのＦＩＦＯデバイスとして適用可能な、融着延伸型の光導波路デバイス５０Ａの構成例が示されている。また、図１の下段には、当該光通信システムのＦＩＦＯデバイスとして適用可能な、ＰＬＣ（平面光回路：Planar Lightwave Circuit）型の光導波路デバイス５０Ｂの構成例が示されている。なお、本開示の光通信システムのＦＩＦＯデバイスは、光回路が立体的に配置された光導波路デバイスであってもよい。
　当該光通信システムは、複数の光送信器（以下、「ＴＸ」と記す）１０と、複数の光受信器（以下、「ＲＸ」と記す）２０と、ＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）４０と、一対のＦＩＦＯデバイス５０（複数のＴＸ１０とＭＣＦ４０の間に位置するＦＩＦＯデバイスを「入力側ＦＩＦＯデバイス」と記し、ＭＣＦ４０と複数のＲＸ２０の間に位置するＦＩＦＯデバイスを「出力側ＦＩＦＯデバイス」と記す）と、複数のＴＸ１０と入力側ＦＩＦＯデバイスとの間、および、出力側ＦＩＦＯデバイスと複数のＲＸ２０との間の双方に配置された複数のＳＣＦ（シングルコア光ファイバ）３０と、を備える。ＴＸ１０は、例えば波長１３１０［ｎｍ］、１５５０［ｎｍ］等の光信号に対して２５×１０９［Ｈｚ］以上１０００×１０９［Ｈｚ］以下のいずれかの変調速度Δｆ（例えば、２５×１０９［Ｈｚ］、５０×１０９［Ｈｚ］、１００×１０９［Ｈｚ］、２００×１０９［Ｈｚ］、５００×１０９［Ｈｚ］、１０００×１０９［Ｈｚ］等）で変調を行う。
　複数のＳＣＦ３０のうち複数のＴＸ１０にそれぞれ対応したＳＣＦ３０は、複数のＴＸ１０と入力側ＦＩＦＯデバイスとの間に配置され、複数のＲＸ２０にそれぞれ対応したＳＣＦ３０は、複数のＲＸ２０と出力側ＦＩＦＯデバイスとの間に配置されている。複数のＴＸ１０から光信号がそれぞれ出力され、複数のＲＸ２０は複数のＴＸ１０からの光信号をそれぞれ受光する。したがって、複数のＳＣＦ３０は、複数のＴＸ１０からの光信号を入力側ＦＩＦＯデバイスへ個別に伝搬させるための導波路として、または、出力側ＦＩＦＯデバイスからの光信号を複数のＲＸ２０へ個別に伝搬させるための導波路として、機能する。また、複数のＳＣＦ３０それぞれは、中心軸に沿って伸びた単一コアと、該単一コアを取り囲むクラッドと、を有する。
　一対のＦＩＦＯデバイス５０（入力側ＦＩＦＯデバイスと出力側ＦＩＦＯデバイス）の間に設けられたＭＣＦ４０は、中心軸に沿って延びる複数のコアと、該複数のコアそれぞれを取り囲む共通クラッドと、を有する。また、該一対のＦＩＦＯデバイス５０それぞれは、複数のＳＣＦ３０のコアを、ＭＣＦ４０の複数のコアのうち対応するコアにそれぞれシングルモード接続させる光学デバイスであり、光の伝搬方向に沿って導波路ピッチ（コアピッチ）が変換されている。
　一対のＦＩＦＯデバイス５０には、例えば、図１の中段に示された光導波路デバイス５０Ａが適用可能である。光導波路デバイス５０Ａは、コア３１およびクラッド３２をそれぞれが有する複数のＳＣＦ３０の先端部分がバンドル化された状態で融着されるとともに、該融着された先端部分の端面３００におけるコアの配列（ピッチ）がＭＣＦ４０におけるコアの配列（ピッチ）に一致するよう延伸された構造を有する。ＭＣＦ４０も、複数のコア４１と共通クラッド４２を有し、光導波路デバイス５０Ａの端面（実質的にＳＣＦ３０の端面３００）において、ＭＣＦ４０の各コア４１と、複数のＳＣＦ３０の各コア３１が光学的に接続（例えば融着接続）される。光導波路デバイス５０Ａを構成する複数のＳＣＦ３０のうち融着部分の横断面で周辺に位置するＳＣＦ３０のコア３１には、融着部分の横断面で中央に位置するＳＣＦ３０のコアに設けられた曲げ部よりも、曲率半径ｒが小さい曲げ部が形成される。この光導波路デバイス５０Ａでは、各コア３１は、ＳＣＦ３０のクラッド３２により一体的に取り囲まれている。なお、この光導波路デバイス５０Ａの場合、ＳＣＦ３０の融着部分のうち隣接するコア３１のピッチが変化し始める位置が第一デバイス端面に相当し、ＳＣＦ３０の端面３００の位置が第二デバイス端面に相当する。この光導波路デバイス５０Ａの導波路長Ｌは、延伸部分の急激なコア径変動による過剰損失を抑制するために、１０～１００ｍｍが好適である。導波路長の上限は、８０×１０６［ｎｍ］、６０×１０６［ｎｍ］、４０×１０６［ｎｍ］、または２０×１０６［ｎｍ］であってもよい。
　また、図１の下段に示されたＰＬＣ型の光導波路デバイス５０Ｂも、一対のＦＩＦＯデバイス５０に適用可能である。光導波路デバイス５０Ｂは、それぞれがコア３１およびクラッド３２を有する各ＳＣＦ３０の端面３００が固定される第一デバイス端面と、ＭＣＦ４０の端面４００が固定される第二デバイス端面と、を有する。第一デバイス端面と第二デバイス端面との間には、各ＳＣＦ３０のコア３１を、ＭＣＦ４０の対応するコア４１にシングルモード接続するためのデバイス内コア（当該光導波路デバイス５０Ｂ内の導波路）が、クラッド層の表面付近、または内部に形成されている。デバイス内コアの断面形状は、円形、半円形、矩形のいずれであってもよい。特に、デバイス内コアが矩形断面を有する矩形導波路である場合、一例として、クラッド層の下地層上に矩形導波路が形成された後、該矩形導波路を覆うようにクラッド層の上層が設けられる。この光導波路デバイス５０Ｂの導波路長Ｌは、取り扱いやすさの観点から５～２０ｍｍが好適である。
　図２は、本開示の光導波路デバイスの構成例（デバイス構成）として、ＰＬＣ型の光導波路デバイス５０Ｂの例を詳述するための図である。
　図２の上段に示されたＰＬＣ型の光導波路デバイス５０Ｂは、それぞれがコア３１およびクラッド３２を有するＳＣＦ３０の端面３００（図１の下段参照）が固定される第一デバイス端面５０ａと、ＭＣＦ４０の端面４００（図１の下段参照）が固定される第二デバイス端面５０ｂと、を有する。第一デバイス端面５０ａと第二デバイス端面５０ｂとの間には、ＳＣＦ３０のコア３１それぞれを、ＭＣＦ４０の対応するコア４１にシングルモード接続するためのコア（導波路）５１が、クラッド層５２の表面付近、または内部に形成されている。コア５１の第一端面（第一導波路端面）５１ａは、第一デバイス端面５０ａに一致しており、コア５１の第二端面（第二導波路端面）５１ｂは、第二デバイス端面５０ｂに一致している。コア５１は、第一端面５１ａから第二端面５１ｂとの間に設けられた、少なくとも１つの曲げ部５５を有し、該曲げ部５５は、４０ｍｍ以下の曲率半径ｒを有する。クラッド層５２に対するコア５１の比屈折率差、および、コア５１の幅は、ＳＣＦ３０およびＭＣＦ４０に対応して、適宜決められる。クラッド層５２に対するコア５１の比屈折率差の下限は、例えば０．２５％、０．３０％、または０．３５％である。上限は、例えば０．６％、０．７％、または０．８％である。また、コア５１の幅の下限は、例えば６．５μｍ、７．０μｍ、または７．５μｍである。上限は、例えば８．０μｍ、８．５μｍ、または９．０μｍである。この構成により、コア５１を、次数の異なる複数のモードの光が導波する。コア５１の導波路長Ｌは、曲げ損失が大きくなり過ぎないように（曲率半径ｒが小さくなりすぎないように）、５×１０６［ｎｍ］以上であるのが好ましい。一方、デバイスの取り扱いの容易さを確保するため、導波路長Ｌは、２０×１０６［ｎｍ］以下であるのが好ましい。
　なお、クラッド層５２の表面にコア５１が形成される場合、コア５１は、半円形状または矩形の断面を有する。また、クラッド層５２内にコア５１が形成される場合、コア５１は、円形形状または矩形の断面を有する。いずれの場合も、コア５１の幅は、該コア５１をクラッド層５２の表面に投影したときに得られる平面図形において、該コア５１の長手方向に直交する方向に沿った最大幅で与えられる。また、コア５１がクラッド層５２内に設けられる場合、下地層（under cladding）の上にコア５１と上層（over cladding）とを順に積んでもよく、クラッド層５２に対してレーザ光を照射してクラッド層５２の中に描画してもよい。
　図２の下段に示されたように、一般に、曲率半径ｒの曲げ部５５０が設けられた導波路５１０の一方の端面５１０ａから所定波長の光が入力されると、該入力された光が他方の端面５１０ｂへ向かって導波路長Ｌだけ伝搬する過程で、低次モードと高次モードの光が発生する。このとき、コア５１内を伝搬する低次モードと高次モードとの間でＭＰＩが発生する。このＭＰＩの発生は、光信号伝送における信号変調時に問題となる（信号変調時に必要な周波数帯域内で、ＭＰＩに起因した光信号強度変動が発生する）。そのため、本開示の光導波路デバイス（一対のＦＩＦＯデバイス５０に相当）は、コア同士が光学的に接続される一対の光ファイバ間におけるシングルモード接続を可能にするよう設計されている。
　図３は、ＭＰＩに起因する光信号強度変動の制御動作を説明するための図である。図３の上段には、ＭＰＩに起因した光信号強度の周波数依存性が示されており、この周波数特性は、ＭＰＩに起因した光信号強度の光周波数に対する振動周期Ｔｆにより特徴付けられる。
　本開示では、低次モードと高次モードの干渉モード（ＭＰＩ）が当該光通信（変調）システムへ与える影響を、図３の中段および下段に示された「光信号強度変動の変動率」として定量化し、このＭＰＩ起因の「光信号強度変動の変動率」が信号変調時に必要な周波数帯域内で問題とならない条件を、以下のように定義する。
　導波路長Ｌ［ｍｍ］を有する光導波路デバイスにおいて、低次モードと高次モード間の群遅延時間差、すなわち、モード間群遅延時間差Δβ１［ｓ／ｎｍ］と、ＭＰＩに起因する光信号強度変動の周波数依存性が持つ光周波数に対する振動周期Ｔｆ［Ｈｚ］（図３の上段）との間には、以下の第一関係式：
Ｔｆ［Ｈｚ］＝１／（｜Δβ１｜・Ｌ）
が成立している。
　ここで、各モードの群遅延時間β１は、以下の式（１）：
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 λ０：信号波長
ｃ：光速
で与えられる。上記式（１）で与えられる群遅延時間は、中心周波数ω０における伝搬定数βの１階微分値であり、群速度Ｖｇの逆数である。
　このＭＰＩに起因した光信号強度変動が信号変調時のノイズとなることを防ぐため、ＭＰＩの光周波数に対する振動周期Ｔｆ［Ｈｚ］は、信号変調に必要な周波数帯域２Δｆより十分に大きくする必要がある（Δｆは変調速度のレートであって、２５[ＧＨｚ］以上）。具体的には、図３の中段に示されたように、振動周期Ｔｆ［Ｈｚ］を整数Ｎで分割した周波数範囲内で変調する（変調に必要な周波数帯域２ΔｆをＴｆ／Ｎ以内とする）こととし、図３の下段に示されたように分割する数Ｎを増加させることで、ＭＰＩに起因した光信号強度変動の変動率を任意に抑制することができる。なお、図３の中段において、縦軸は、光信号強度の変動幅を１（最大強度を０．５、最小強度を－０．５に設定）とした正規化強度を示す。つまり、変調速度Δｆは、光周波数に対する振動周期Ｔｆおよびその分割数Ｎに対して、以下の第二関係式：
２×Δｆ［Ｈｚ］≦Ｔｆ［Ｈｚ］／Ｎ
を満たすよう設定される。これは、周波数ｆ０を中心とした（ｆ０－Δｆ）［Ｈｚ］以上（ｆ０＋Δｆ）［Ｈｚ］以下の範囲に、ＭＰＩによる光信号強度変動への影響を限定することを意味する。換言すれば、最大変動幅Ａｍａｘの光信号強度変動を変動幅Ａｍｉｎの光信号強度変動として取り扱うことを意味する。
　例えば、図３の下段に示されたように、分割数Ｎが１０のときＭＰＩ起因の光信号強度変動の最大変動率は３１％である。分割数Ｎが２０のとき最大変動率は１６％である。分割数Ｎが５０のとき最大変動率は６％である。分割数Ｎが１００のときＭＰＩ起因の光信号強度変動の最大変動率は３％である。
　更に、上記第一関係式を上記第二関係式に代入することにより、以下の式：
｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）
が得られる。なお、「Ｌ」は導波路長、「Δβ１」はモード間群遅延時間差、「Ｎ」は光周波数に対する振動周期Ｔｆを分割する整数値であって１０以上１００以下のいずれかの整数で定義される分割数、「Δｆ」は２５×１０９［Ｈｚ］以上１０００×１０９［Ｈｚ］以下のいずれかの周波数（例えば、Δｆ＝２５[ＧＨｚ］は２５［ＧＢａｕｄ]に相当）で定義される変調速度である。｜Δβ１｜≦２×１０－１２[ｓ]／Ｌを満たす光導波路デバイスでは、変調速度Δｆ＝２５×１０９［Ｈｚ］の信号に対して分割数を１０以上にでき、変調信号の強度変動はＭＰＩ起因の最大光信号強度変動に対して３１％以下に抑えることができる。
　図４は、上述の種々の変調速度ごとの、モード間群遅延時間差Δβ１（絶対値）と分割数Ｎと関係を示すグラフである。用意された光導波路デバイスは、導波路として、高次モードを許容する、ＳＩ（Step Index）型の屈折率プロファイルを有するとともに矩形断面を有するコアを有するＦＩＦＯデバイスであり、図４の上段には、１０ｍｍの導波路長Ｌを有する光導波路デバイスにおけるΔβ１（絶対値）と分割数Ｎと関係、図４の下段には、４０ｍｍの導波路長Ｌを有する光導波路デバイスにおけるΔβ１（絶対値）と分割数Ｎと関係が示されている。
　具体的に、用意されたＦＩＦＯデバイスにおいて、クラッド層に対するコアの比屈折率差Δは、サンプル１（本開示の実施形態としてのＦＩＦＯデバイス）および比較例１が０．５％、サンプル２（本開示の実施形態としてのＦＩＦＯデバイス）および比較例２が０．７％である。コア幅は、サンプル１および比較例１が８μｍ、サンプル２および比較例２が８．５μｍである。用意された全てのＦＩＦＯデバイスにおいて、最小コアピッチは、３５μｍであり、コアに設けられた曲げ部の曲率半径ｒは、２０ｍｍである。また、コアの導波路長Ｌは、サンプル１およびサンプル２が１０ｍｍ（図４の上段）、比較例１および比較例２が４０ｍｍ（図４の下段）である。このＦＩＦＯデバイスに対して波長λ０＝１３１０［ｎｍ］の光信号が入力される。
　なお、上述の構造を有するＦＩＦＯデバイスにおいて、理論曲げ損失は、用意された全てのＦＩＦＯデバイスにおいて、ほぼ０ｄＢ／ｍｍである。実測クロストークは、サンプル１および比較例１が－４０ｄＢ以下、サンプル２および比較例２が－５０ｄＢ以下である。また、モード間群遅延時間差Δβ１に関し、低次モード（基底モード）の群遅延時間β１は、サンプル１および比較例１が４．９０４×１０－１８［ｓ／ｎｍ］、サンプル２および比較例２が４．９１４×１０－１８［ｓ／ｎｍ］である。導波路内を導波する最高次のモードの群遅延時間β１は、サンプル１および比較例１が４．９０５×１０－１８［ｓ／ｎｍ］（一次）、サンプル２および比較例２が４．９１９×１０－１８［ｓ／ｎｍ］（二次）である。このとき、モード間群遅延時間差Δβ１の絶対値は、サンプル１および比較例１が５．２１１×１０－２２［ｓ／ｎｍ］（＝｜（４．９０４―４．９０５）|×１０－１８）、サンプル２および比較例２が４．７１７×１０－２１［ｓ／ｎｍ］（＝｜（４．９１４―４．９１９）|×１０－１８）である。
　図４の上段および下段において、グラフＧ５１０ＡおよびグラフＧ５１０Ｂは、変調速度Δｆ＝２５[ＧＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示し、グラフＧ５２０ＡおよびグラフＧ５２０Ｂは、変調速度Δｆ＝５０[ＧＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示し、グラフＧ５３０ＡおよびグラフＧ５３０Ｂは、変調速度Δｆ＝１００[ＧＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示し、グラフＧ５４０ＡおよびグラフＧ５４０Ｂは、変調速度Δｆ＝２００[ＧＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示し、グラフＧ５５０ＡおよびグラフＧ５５０Ｂは、変調速度Δｆ＝５００[ＧＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示し、グラフＧ５６０ＡおよびグラフＧ５６０Ｂは、変調速度Δｆ＝１[ＴＨｚ］のときの分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示している。また、グラフＧ４１０は、サンプル１の構造を有するＦＩＦＯデバイスについて、分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示しており、変調速度Δｆが２５[ＧＨｚ］から１[ＴＨｚ］の全ての場合において、式：｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）が満たされていることが確認できる。グラフＧ４２０は、サンプル２の構造を有するＦＩＦＯデバイスについて、分割数ＮとΔβ１（絶対値）の関係を示しており、変調速度Δｆが２５[ＧＨｚ］から１００[ＧＨｚ］の場合において、式：｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）が満たされていることが確認できる。一方、導波路長Ｌが２０ｍｍを超えている比較例１の構造を有するＦＩＦＯデバイス（グラフＧ４３０）では、変調速度Δｆは２００[ＧＨｚ］まで、比較例２の構造を有するＦＩＦＯデバイス（グラフＧ４４０）では、変調速度Δｆは２５[ＧＨｚ」までに制限される。なお、接続された光ファイバと当該ＦＩＦＯデバイスとの間における理論結合損失は、サンプル１および比較例１が０．０５［ｄＢ］未満、サンプル２および比較例２が０．０８［ｄＢ］未満である。
　以上のように、本開示の光導波路デバイスによれば、低曲げ損失および低クロストーク、更には低結合損失を達成するとともに、モード間群遅延時間差Δβ１が式：｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）を満たしている。これは、低次モードと高次モードとの干渉（ＭＰＩ）に起因した光信号の劣化は顕著でないことを示している。したがって、本開示の光通信システム上では問題とならない。
　１０…ＴＸ（光送信器）、２０…ＲＸ（光受信器）、３０…ＳＣＦ（シングルコア光ファイバ）、３１…コア、３２…クラッド、３００…端面、４０…ＭＣＦ（マルチコア光ファイバ）、４１…コア、４２…共通クラッド、４００…端面、５０…ＦＩＦＯデバイス、５０Ａ、５０Ｂ…光導波路デバイス（ＦＩＦＯデバイス）、５０ａ…第一デバイス端面、５０ｂ…第二デバイス端面、５１…コア（導波路）、５１ａ…第一端面（第一導波路端面）、５１ｂ…第二端面（第二導波路端面）、５２…クラッド層、５５…曲げ部。

Claims (6)

  1. 　第一デバイス端面と、
    　前記第一デバイス端面に対向する第二デバイス端面と、
    　前記第一デバイス端面に一致した第一導波路端面と、前記第二デバイス端面に一致した第二導波路端面とを有し、次数の異なる複数のモードの光が導波する導波路であって、前記第一導波路端面から前記第二導波路端面までの光路上に１またはそれ以上の曲げ部が設けられた導波路と、
    　前記導波路が内部または表面に設けられたクラッド層であって、前記導波路の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、
    　を備え、
    　前記導波路は、
    　前記第一導波路端面から前記第二導波路端面までの光路長で定義される、５×１０６［ｎｍ］以上１００×１０６［ｎｍ］以下の導波路長Ｌを有するとともに、
    　前記複数のモード間における群遅延時間差Δβ１が、
    　｜Δβ１｜≦２×１０－１２[ｓ]／Ｌ
    で与えられる条件を満たす構造を有する、
    　光導波路デバイス。
  2. 　第一デバイス端面と、
    　前記第一デバイス端面に対向する第二デバイス端面と、
    　前記第一デバイス端面に一致した第一導波路端面と、前記第二デバイス端面に一致した第二導波路端面とを有し、次数の異なる複数のモードの光が導波する導波路であって、前記第一導波路端面から前記第二導波路端面までの光路上に１またはそれ以上の曲げ部が設けられた導波路と、
    　前記導波路が内部または表面に設けられたクラッド層であって、前記導波路の屈折率よりも低い屈折率を有するクラッド層と、
    　を備え、
    　前記導波路は、
    　前記第一導波路端面から前記第二導波路端面までの光路長で定義される、５×１０６［ｎｍ］以上１００×１０６［ｎｍ］以下の導波路長Ｌを有するとともに、
    　前記複数のモード間のＭＰＩに起因した光信号強度変動の光周波数に対する振動周期Ｔｆを分割する整数値であって１０以上１００以下のいずれかの整数で定義される分割数Ｎ、および、２５×１０９［Ｈｚ］以上１０００×１０９［Ｈｚ］以下のいずれかの周波数で定義される変調速度Δｆに対して前記複数のモード間における群遅延時間差Δβ１が、  ｜Δβ１｜≦１／（Ｎ・２Δｆ・Ｌ）
    で与えられる条件を満たす構造を有する、
    　光導波路デバイス。
  3. 　前記導波路長が２０×１０６［ｎｍ］以下である、
    　請求項２に記載の光導波路デバイス。
  4. 　前記曲げ部は、４０ｍｍ以下の曲率半径ｒを有する、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光導波路デバイス。
  5. 　コア同士がシングルモード接続される、少なくとも一対の光ファイバと、
    　前記一対の光ファイバの間に配置された、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光導波路デバイスと、
    　を備えた光通信システム。
  6. 　前記一対の光ファイバそれぞれは、シングルコア光ファイバ、または、マルチコア光ファイバを含む、
    　請求項５に記載の光通信システム。
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