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JP6529925B2 - Mode multiplexer / demultiplexer, optical transmission system and relay transmission system - Google Patents

Mode multiplexer / demultiplexer, optical transmission system and relay transmission system Download PDF

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JP6529925B2
JP6529925B2 JP2016079821A JP2016079821A JP6529925B2 JP 6529925 B2 JP6529925 B2 JP 6529925B2 JP 2016079821 A JP2016079821 A JP 2016079821A JP 2016079821 A JP2016079821 A JP 2016079821A JP 6529925 B2 JP6529925 B2 JP 6529925B2
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梓 漆原
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Description

本開示は、複数の伝搬モードが伝搬する数モード光ファイバを伝送路としたモード多重光伝送システムにおけるモード合分波器及びその光伝送システムに関する。   The present disclosure relates to a mode multiplexer / demultiplexer in a mode multiplexing optical transmission system using a several mode optical fiber in which a plurality of propagation modes propagate as a transmission line and the optical transmission system.

伝送容量を拡大する技術として複数の伝搬モードを用いる数モード光ファイバが提案されている。特に複数の伝搬モードを用いたモード多重伝送は、伝送容量をモード数倍に向上させられることから、新たな大容量伝送方式として注目されている。   Several mode optical fibers using a plurality of propagation modes have been proposed as a technique for increasing transmission capacity. In particular, mode multiplex transmission using a plurality of propagation modes has attracted attention as a new large-capacity transmission method because the transmission capacity can be improved by a factor of the number of modes.

この数モード光ファイバ用いた伝送においては、伝送路中でモード間クロストークが発生することから、その補償手段として、受信端においてMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)等化器が用いられる。しかしながら、モード間の損失差(Mode dependent Loss:以下、MDL)が存在する場合、MIMO等化器を利用したとしても伝送システムのパフォーマンス低下が課題となる。(例えば、非特許文献1を参照。)また、受信端においてモード間の群遅延差(Differential Mode Delay:以下、DMD)が大きいと、MIMOに関わるデジタル処理(DSP)の負荷が大きくなり、長距離伝送を実現する為にはDSP負荷の低減が課題となる。(例えば、非特許文献2を参照。)そこで、MDLやDMDの影響を緩和するために、モード間の結合を生じさせるモードスクランブラの利用が提案されている(例えば、非特許文献3を参照。)。また、モード間の結合を光ファイバ伝送路中で積極的に起こすために、リングコア光ファイバが提案されている(例えば、非特許文献4、5を参照。)。   In the transmission using this few mode optical fiber, since inter-mode crosstalk occurs in the transmission path, a Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) equalizer is used at the receiving end as a compensation means. However, if there is a mode dependent loss (hereinafter referred to as "MDL"), performance degradation of the transmission system becomes a problem even if the MIMO equalizer is used. (See, for example, Non-Patent Document 1.) Also, if the differential mode delay (hereinafter referred to as DMD) at the receiving end is large, the load on digital processing (DSP) related to MIMO increases and the length becomes long. In order to realize distance transmission, it is an issue to reduce DSP load. (For example, refer to Non-Patent Document 2.) In order to alleviate the influence of MDL and DMD, therefore, it has been proposed to use a mode scrambler that causes coupling between modes (for example, see Non-Patent Document 3) ). Also, ring core optical fibers have been proposed to positively cause coupling between modes in an optical fiber transmission line (see, for example, Non-Patent Documents 4 and 5).

なお、本明細書で記載される「シングルモード光ファイバ」及び「マルチモード(数モード)光ファイバ」とは、それぞれ、伝送する光信号の波長においてシングルモードで伝搬する光ファイバ及びマルチモードで伝搬する光ファイバを意味する。   The “single mode optical fiber” and the “multimode (several mode) optical fiber” described in the present specification respectively propagate in an optical fiber propagating in a single mode in the wavelength of an optical signal to be transmitted and in a multimode Means an optical fiber.

P. J. Winzer, et al., “Mode−dependent loss, gain, and noise in MIMO−SDM systems”, in Proc. ECOC 2014, paper Mo.3.3.2, 2014.P. J. Winzer, et al. , “Mode-dependent loss, gain, and noise in MIMO-SDM systems”, in Proc. ECOC 2014, paper Mo. 3.3.2, 2014. S.O. Arik, D. Askarov, J.M. Kahn, Effect of mode coupling on signal processing complexity in mode−division multiplexing, J. Lightwave Technol. 31 (3) (2013) 423−431.S. O. Arik, D. Askarov, J., et al. M. Kahn, Effect of mode coupling on signal processing complexity in mode-division multiplexing, J.P. Lightwave Technol. 31 (3) (2013) 423-431. Lobato, A.; Ferreira, F.; Rabe, J.; Kuschnerov, M.; Spinnler, B.; Lankl, B.,“Mode scramblers and reduced−search maximum−likelihood detection for mode−dependent−loss−impaired transmission”, in Optical Communication (ECOC 2013), 39th European Conference and Exhibition, pp.1−3, 22−26 Sept. 2013Lobato, A. Ferreira, F .; Rabe, J .; Kuschnerov, M .; Spinnler, B .; Lankl, B .; “Mode scrambles and reduced-search maximum-likelihood detection for mode-dependent-loss-impaired transmission”, in Optical Communication (ECOC 2013), 39th European Conference and Exhibition, pp. 1-3, 22-26 Sept. 2013 N. Fontaine, R. Ryf, M. Hirano, and T. Sasaki,“Experimental investigation of crosstalk accumulation in a ring−core fiber”, in Proc. IEEE Photon. Soc. Summer Top. Meeting Series, 2013, pp. 111−112.N. Fontaine, R. Ryf, M. Hirano, and T. Sasaki, "Experimental investigation of crosstalk accumulation in a ring-core fiber", in Proc. IEEE Photon. Soc. Summer Top. Meeting Series, 2013, pp. 111-112. F. Feng, G. S. Gordon, X. Q. Jin, D. C. O’Brien, F. P. Payne, Y. Jung, Q. Kang, J. K. Sahu, S. U. Alam, D. J. Richardson, and T. D. Wilkinson,“Experimental Characterization of a Graded−Index Ring−Core Fiber Supporting 7 LP Mode Groups”, in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper Tu2D.3.F. Feng, G. S. Gordon, X. Q. Jin, D .; C. O'Brien, F .; P. Payne, Y. Jung, Q. Kang, J. K. Sahu, S. U. Alam, D. J. Richardson, and T. D. Wilkinson, "Experimental Characterization of a Graded-Index Ring-Core Fiber Supporting 7 LP Mode Groups", at Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (online) (Optical Society of America, 2015), paper Tu2D. 3. T. Birks, I. Gris−Sanchez, S. Yerolatsitis, S. Leon−Saval, and R. Thomson,“The photonic lantern”, Adv. Opt. Photon. 7, 107−167 (2015).T. Birks, I. Gris-Sanchez, S. Yerolatsitis, S. Leon-Saval, and R.S. Thomson, “The photonic lantern”, Adv. Opt. Photon. 7, 107-167 (2015). 斎藤恒聡、渡辺健吾、今村勝徳、椎野雅人、マルチコアファイバ用ファイババンドルタイプファンアウト、電子情報通信学会総合大会、B−10−26、2012Tsutomu Saito, Kengo Watanabe, Katsunori Imamura, Masato Shiino, Fiber Bundle Type Fan-out for Multi-Core Fiber, The IEICE General Conference, B-10-26, 2012 渡辺健吾、斎藤恒聡、MCF用ファイババンドル型ファンアウトの損失改善、電子情報通信学会総合大会、B−10−6、2015Watanabe Kengo, Saito Kosuke, MCF fiber bundle type fanout loss improvement, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers General Conference, B-10-6, 2015

しかしながら、非特許文献4や非特許文献5においてはリングコア光ファイバのためのモード合分波器として、空間型である位相プレートや空間位相変調器を用いており、伝搬モード数の増加と共に損失や遅延のチャネル間差を低減することが課題であった。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器及びこれを備える光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することを目的とする。   However, in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5, as a mode multiplexer / demultiplexer for a ring core optical fiber, a phase plate or spatial phase modulator which is a spatial type is used, and loss or It was a challenge to reduce the inter-channel difference in delay. Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is provided with a mode multiplexer / demultiplexer capable of suppressing the difference between loss and delay between channels even if the number of propagation modes is increased in a transmission line using a ring core optical fiber An object of the present invention is to provide an optical transmission system and a relay transmission system.

上記目的を達成するために、本発明に係るモード合分波器は、複数のモードが伝搬するリングコア光ファイバの断面に対し、複数の光ファイバのコアあるいはプレーナ光波回路の複数のコアが当該リングコア光ファイバのリングコアに接するように配置される低損失なモード合分波器を用いることとした。   In order to achieve the above object, in the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention, the core of the plurality of optical fibers or the plurality of cores of the planar lightwave circuit is the ring core with respect to the cross section of the ring core optical fiber through which the plurality of modes propagate. We decided to use a low-loss mode multiplexer / demultiplexer placed in contact with the ring core of the optical fiber.

具体的には、本発明に係るモード合分波器は、シングルモード光ファイバと接続する複数の第1ポート、及びリングコア光ファイバと接続する1個の第2ポートを備えるモード合分波器であって、
前記第1ポートと前記第2ポートとを接続する前記第1ポートと同数のコアを有し、
前記コアは、
コア間隔が前記第1ポートから前記第2ポートへ短くなるテーパー状に配置され、且つ
前記第2ポートの面において前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように配置されていることを特徴とする。
Specifically, the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention is a mode multiplexer / demultiplexer including a plurality of first ports connected to a single mode optical fiber and one second port connected to a ring core optical fiber. There,
It has the same number of cores as the first port connecting the first port and the second port, and
The core is
It is characterized in that it is disposed in a tapered shape in which the core interval is shortened from the first port to the second port, and is disposed in contact with the ring core of the ring core optical fiber at the surface of the second port.

本モード合分波器の前記コアは、第1ポートに結合された基本モードを任意のモード(基本モード及び高次モード)へ変換して第2ポートに接続するリングコア光ファイバへ結合し、リングコア光ファイバから第2ポートに結合された任意のモードを(基本モード及び高次モード)を基本モードへ変換してそれぞれの第1ポートへ出力する。このため、本モード合分波器はモードスクランブラ機能も有している。つまり、リングコア光ファイバの伝送路と本モード合分波器がモードスクランブラ機能を有すことで、モード多重伝送における伝搬モードの損失差と伝搬モード遅延差による影響を緩和でき、伝送容量および伝送距離を拡大することが可能となる。   The core of the mode multiplexer / demultiplexer converts the fundamental mode coupled to the first port into an arbitrary mode (fundamental mode and higher-order mode) and couples it to a ring core optical fiber connected to the second port, Any mode (basic mode and higher order mode) coupled from the optical fiber to the second port is converted to the basic mode and output to the first port of each. Therefore, the mode multiplexer / demultiplexer also has a mode scrambler function. That is, when the transmission line of the ring core optical fiber and the mode multiplexer / demultiplexer have the mode scrambler function, the influence of the propagation mode loss difference and the propagation mode delay difference in mode multiplexing transmission can be mitigated, and the transmission capacity and transmission It is possible to increase the distance.

従って、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器を提供することができる。   Therefore, the present invention can provide a mode multiplexer / demultiplexer that can suppress the difference between loss and delay between channels even if the number of propagation modes increases in a transmission line using a ring core optical fiber.

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、前記第2ポートの面において円環状に配置されていることを特徴とする。リングコア光ファイバは円環状での電界分布を持ち、中心に電界拡がりが少ない。このため、本モード合分波器のコアをリングコア光ファイバの中心に配置する必要がなく、リングコア上に円環状に配置すればよい。   The core of the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention is characterized in that the core is disposed in an annular shape on the surface of the second port. A ring core optical fiber has a toroidal electric field distribution and a small electric field spread at the center. Therefore, the core of the mode multiplexer / demultiplexer does not need to be disposed at the center of the ring core optical fiber, and may be disposed in an annular shape on the ring core.

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、前記第2ポートの面において、それぞれのコア中心で形成される正N角形の重心とリングコア光ファイバの中心とが一致するように配置されていることを特徴とする。各コアの電界分布を均一にするためには、各コアの中心を頂点とする正N角形の重心がリングコア光ファイバの中心と一致するようにコアを配置する。   The cores of the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention are arranged in the plane of the second port so that the center of gravity of the regular N-shape formed at each core center coincides with the center of the ring core optical fiber It is characterized by In order to make the electric field distribution of each core uniform, the cores are arranged so that the center of gravity of a regular N-shape with the center of each core at the top coincides with the center of the ring core optical fiber.

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、
直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
前記第2ポートの面において、コア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることが好ましい。さらに低損失とすることができる。
The core of the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention is:
The diameter is equal to or greater than the core width of the ring core optical fiber,
Preferably, the core center is disposed at the center of the core width of the ring core optical fiber in the surface of the second port. In addition, the loss can be reduced.

前記コアは、前記第1ポートと前記第2ポートとを接続する細径光ファイバのコアとすることができる。   The core may be a core of a small diameter optical fiber that connects the first port and the second port.

前記コアは、3次元に形成されたプレーナ光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の光導波路とすることができる。   The core may be an optical waveguide of a three-dimensional planar lightwave circuit (PLC).

本発明に係る光伝送システムは、
N本のシングルモード光ファイバで信号光を送信するN個(Nは2以上の整数)の光送信機と、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバと、
前記モード合分波器であり、前記第1ポートで前記シングルモード光ファイバと接続し、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、N個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をM個(MはN以上の整数)の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器で分波された各信号光を受信するM個の光受信機と、
を備える。
The optical transmission system according to the present invention is
N (N is an integer of 2 or more) optical transmitters that transmit signal light in N single-mode optical fibers,
1 ring core optical fiber that propagates N modes in the ring core,
The mode multiplexer / demultiplexer connected to the single mode optical fiber at the first port, connected to the ring core optical fiber at the second port, and N signal light coupled to the first port A mode multiplexer coupled to the ring core optical fiber as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer is connected to the ring core optical fiber at the second port, and M (M is an integer greater than or equal to N) signal lights propagated in N modes in the ring core optical fiber A mode splitter that splits into the first port,
M optical receivers that receive the respective signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer;
Equipped with

本発明に係る光伝送システムは、
1つの中継単位が、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバと、
前記モード合分波器であり、前記第1ポートでシングルモード光ファイバと接続し、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、N個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をN個の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器が分波したN個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバに出力するN個の光増幅器と、
を備えており
前記中継単位が2つ以上連結されている。
The optical transmission system according to the present invention is
One relay unit is
1 ring core optical fiber that propagates N modes in the ring core,
The mode multiplexer / demultiplexer is connected to a single mode optical fiber at the first port, connected to the ring core optical fiber at the second port, and N signal lights coupled to the N first ports are N A mode multiplexer coupled to the ring core optical fiber as a plurality of modes;
The mode multiplexer / demultiplexer, wherein the second port is connected to the ring core optical fiber, and the signal light propagated in N modes in the ring core optical fiber is split into N first ports With a duplexer,
N optical amplifiers for amplifying the N signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer and outputting the amplified signal light to a single mode optical fiber;
And two or more of the relay units are connected.

本発明に係る光伝送システムは、
1つの中継単位が、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバと、
前記リングコア光ファイバに配置され、前記リングコア光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光増幅器と、
前記モード合分波器であり、前記第1ポートでシングルモード光ファイバと接続し、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、N個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第2ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をN個の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
を備えており
前記中継単位が2つ以上連結されている。
The optical transmission system according to the present invention is
One relay unit is
1 ring core optical fiber that propagates N modes in the ring core,
An optical amplifier disposed in the ring core optical fiber for amplifying signal light propagating through the ring core optical fiber;
The mode multiplexer / demultiplexer is connected to a single mode optical fiber at the first port, connected to the ring core optical fiber at the second port, and N signal lights coupled to the N first ports are N A mode multiplexer coupled to the ring core optical fiber as a plurality of modes;
The mode multiplexer / demultiplexer, wherein the second port is connected to the ring core optical fiber, and the signal light propagated in N modes in the ring core optical fiber is split into N first ports With a duplexer,
And two or more of the relay units are connected.

上記目的を達成するために、本発明に係る光伝送システム及び中継伝送システムでは、伝送路を複数のモードが伝搬するリングコア光ファイバとし、前記モード合分波器でリングコア光ファイバと増幅器、送信器、又は受信器とを接続するため、伝送路において伝搬モードの損失差がある場合においても各チャネルが同様の損失を受け、伝搬モードの遅延差がある場合においても各チャネルが同様の遅延を受ける。よって、各チャネルの損失や遅延は均等になり、DSPの負荷を低減することができる。   In order to achieve the above object, in the optical transmission system and the relay transmission system according to the present invention, the transmission path is a ring core optical fiber in which a plurality of modes propagate, and the mode multiplexer / demultiplexer comprises a ring core optical fiber, an amplifier and a transmitter. In order to connect with the receiver, or when there is a difference in propagation mode loss in the transmission path, each channel receives the same loss, and in the case where there is a difference in propagation mode delay, each channel receives the same delay . Therefore, the loss and delay of each channel become equal, and the load on the DSP can be reduced.

従って、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できる光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することができる。   Therefore, the present invention can provide an optical transmission system and a relay transmission system capable of suppressing the difference between loss and delay among channels even if the number of propagation modes increases in a transmission line using a ring core optical fiber.

本発明は、リングコア光ファイバを伝送路とした場合に、各ポートが様々なモードを同時に送受信できる複数のコアを有するモード合分波器を用いることで、伝送路とモード合分波器においてモードスクランブル機能を発揮し、マルチモード光ファイバ伝送における伝搬モードの損失差や遅延差の影響を緩和し、伝送容量および伝送距離を拡大することが可能な伝送システムを提供することができる。   The present invention uses a mode multiplexer / demultiplexer having a plurality of cores each of which can transmit and receive various modes simultaneously when the ring core optical fiber is used as a transmission channel, whereby the modes in the transmission channel and the mode multiplexer / demultiplexer It is possible to provide a transmission system capable of exhibiting the scramble function, alleviating the effects of loss difference and delay difference of propagation modes in multimode optical fiber transmission, and expanding transmission capacity and transmission distance.

つまり、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器及びこれを備える光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することができる。   That is, the present invention is a mode multiplexer / demultiplexer capable of suppressing the difference between loss and delay between channels even if the number of propagation modes increases in a transmission line using a ring core optical fiber, an optical transmission system including the same, and a relay transmission system. Can be provided.

本発明に係る光伝送システムの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the light transmission system concerning the present invention. 本発明に係る中継伝送システムの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the relay transmission system which concerns on this invention. 本発明に係る中継伝送システムの一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the relay transmission system which concerns on this invention. リングコア光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of a ring core optical fiber. Δが0.25[%]、リングコア幅a2−a1が1.8[μm]のリングコア型光ファイバの中心層半径aを変化させた場合の実効屈折率差Δneffと伝搬モード数を説明する図である。Delta 1 is 0.25 [%], describes a number of propagation modes and the effective refractive index difference Δneff in the case where the central layer radius a 1 of the ring core optical fiber is varied in the ring core width a2-a1 is 1.8 [[mu] m] It is a figure to do. 本発明に係るモード合分波器の第2ポートにおけるリングコア光ファイバと伝搬モード数に対するコア配置を説明する図である。It is a figure explaining the core arrangement | positioning with respect to the ring core optical fiber in the 2nd port of the mode multiplexer / demultiplexer based on this invention, and the number of propagation modes. 3モード単一コア合分波器と3モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。It is a figure explaining the calculation result of electric field distribution and coupling efficiency of 3 mode single core multiplexer / demultiplexer and 3 mode ring core optical fiber. 本発明に係るモード合分波器(3コア)と3モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。It is a figure explaining the calculation result of electric field distribution and coupling efficiency of a mode multiplexer / demultiplexer (3 cores) and 3 mode ring core optical fiber which concern on this invention. 本発明に係るモード合分波器(5コア)と5モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。It is a figure explaining the calculation result of electric field distribution and coupling efficiency of a mode multiplexer / demultiplexer (5 cores) and 5 mode ring core optical fiber which concern on this invention. 本発明に係るモード合分波器(3コア)の第2ポートにおけるリングコア光ファイバとコアの配置関係を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement relationship of the ring core optical fiber and the core in the 2nd port of the mode multiplexer / demultiplexer (3 cores) which concerns on this invention. 本発明に係るモード合分波器(3コア)において、コア配置の重心からの距離と損失との関係の計算結果を示す図である。In the mode multiplexer / demultiplexer (three cores) concerning the present invention, it is a figure showing the calculation result of the relation between the distance from the gravity center of core arrangement, and loss. 本発明に係るモード合分波器(3コア)において、コア半径と損失との関係の計算結果を示す図である。In the mode multiplexer / demultiplexer (three cores) concerning the present invention, it is a figure showing the calculation result of the relation between core radius and loss. 本発明に係るモード合分波器(3コア)の第2ポートにおけるリングコア光ファイバとコアの配置関係を説明する図である。It is a figure explaining the arrangement relationship of the ring core optical fiber and the core in the 2nd port of the mode multiplexer / demultiplexer (3 cores) which concerns on this invention. 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where the mode multiplexer / demultiplexer which concerns on this invention is the bundle structure which bundled the small diameter fiber. 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where the mode multiplexer / demultiplexer which concerns on this invention is the bundle structure which bundled the small diameter fiber. 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where the mode multiplexer / demultiplexer which concerns on this invention is the bundle structure which bundled the small diameter fiber. 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where the mode multiplexer / demultiplexer which concerns on this invention is the bundle structure which bundled the small diameter fiber. 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合においてリングコア光ファイバとの接続状態を説明する図である。When the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention has a bundle structure in which small diameter fibers are bundled, it is a diagram for explaining a connection state with a ring core optical fiber. 本発明に係るモード合分波器が3次元の導波路構造である場合を説明する図である。It is a figure explaining the case where the mode multiplexer / demultiplexer based on this invention is a three-dimensional waveguide structure. 本発明に係るモード合分波器が3次元の導波路構造である場合においてリングコア光ファイバとの接続状態を説明する図である。FIG. 7 is a diagram for explaining a connection state with a ring core optical fiber in the case where the mode multiplexer / demultiplexer according to the present invention has a three-dimensional waveguide structure. 本発明に係るモード合分波器を説明する図である。It is a figure explaining the mode multiplexer-demultiplexer based on this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below. These implementation examples are merely illustrative, and the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.

(実施形態1)
図21は、本実施形態のモード合分波器101を説明する図である。モード合分波器101は、シングルモード光ファイバ50と接続する複数の第1ポート11、及びリングコア光ファイバ55と接続する1個の第2ポート12を備えるモード合分波器であって、
第1ポート11と第2ポート12とを接続する第1ポートと同数のコア13を有し、
コア13は、
コア間隔が第1ポート11から第2ポート12へ短くなるテーパー状に配置され、且つ
第2ポート12の面においてリングコア光ファイバ55のリングコアに接するように配置されていることを特徴とする。
(Embodiment 1)
FIG. 21 is a diagram for explaining the mode multiplexer / demultiplexer 101 of the present embodiment. The mode multiplexer / demultiplexer 101 is a mode multiplexer / demultiplexer including a plurality of first ports 11 connected to a single mode optical fiber 50 and one second port 12 connected to a ring core optical fiber 55,
The core 13 has the same number of cores as the first port connecting the first port 11 and the second port 12;
The core 13 is
It is characterized in that it is disposed in a tapered shape in which the core interval is shortened from the first port 11 to the second port 12 and is in contact with the ring core of the ring core optical fiber 55 on the surface of the second port 12.

コア13は、第2ポート12の面において円環状に配置されていることを特徴とする。また、コア13は、第2ポート12の面において、それぞれのコア中心で形成される正N角形の重心とリングコア光ファイバ55の中心とが一致するように配置されていることを特徴とする。   The core 13 is characterized in that it is annularly arranged on the surface of the second port 12. The cores 13 are characterized in that, in the plane of the second port 12, the center of gravity of the regular N-shape formed at each core center coincides with the center of the ring core optical fiber 55.

図6は、モード合分波器101の第2ポート12におけるコアの配置例を説明する図である。リングコア光ファイバ55は円環状での電界分布を持ち、中心に電界拡がりが少ない。このため、コア13をリングコア光ファイバ55の中心に配置する必要がなく、リングコア13上に円環状に配置すればよい。また、各コア13の電界分布を均一にするためには、各コア13の中心を頂点とする正N角形の重心がリングコア光ファイバ55の中心(リングコア53の中心)と一致するようにコア13を配置する。   FIG. 6 is a view for explaining an arrangement example of cores in the second port 12 of the mode multiplexer / demultiplexer 101. As shown in FIG. The ring core optical fiber 55 has a toroidal electric field distribution and a small electric field spread at the center. Therefore, the core 13 need not be disposed at the center of the ring core optical fiber 55, and may be disposed on the ring core 13 in an annular shape. Further, in order to make the electric field distribution of each core 13 uniform, the core 13 is arranged such that the center of gravity of a regular N-gon having the center of each core 13 at the top coincides with the center of the ring core optical fiber 55 (the center of the ring core 53). Place.

図6(A)は、リングコア光ファイバ55の伝搬モードが3(LP01,LP11a,LP11bモード)の場合のコア13の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器101は少なくとも3つのコア13が必要である。図6(B)は、リングコア光ファイバの伝搬モードが5(LP01,LP11a,LP11b、LP21a、LP21bモード)の場合のコア13の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器101は少なくとも5つのコア13が必要である。また、図6(C)は、リングコア光ファイバの伝搬モードが7(LP01,LP11a,LP11b、LP21a、LP21b、LP31a、LP31bモード)の場合のコア13の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器101は少なくとも7つのコア13が必要である。そして、それぞれのコア13はリングコア光ファイバ55のリングコア53に接するように配置される。   FIG. 6A is a view for explaining the arrangement of the cores 13 when the propagation mode of the ring core optical fiber 55 is 3 (LP01, LP11a, LP11b mode). In this case, the mode multiplexer / demultiplexer 101 needs at least three cores 13. FIG. 6B is a view for explaining the arrangement of the core 13 when the propagation mode of the ring core optical fiber is 5 (LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b mode). In this case, the mode multiplexer / demultiplexer 101 needs at least five cores 13. FIG. 6C is a view for explaining the arrangement of the cores 13 when the propagation mode of the ring core optical fiber is 7 (LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b, LP31a, LP31b mode). In this case, the mode multiplexer / demultiplexer 101 needs at least seven cores 13. Each core 13 is disposed in contact with the ring core 53 of the ring core optical fiber 55.

モード合分波器101は、複数のコア13をテーパー状に配置しており、第1ポート11と第2ポート12との間で構造がゆるやかに変化するため断熱変換が起こる(例えば非特許文献6)。このため、モード合分波器101は、第1ポート11に結合された基本モードから第2ポート12においてそれぞれのコア13にN個のモードを形成する。   In the mode multiplexer / demultiplexer 101, a plurality of cores 13 are arranged in a tapered shape, and adiabatic conversion occurs because the structure changes gradually between the first port 11 and the second port 12 (for example, non-patent document) 6). For this reason, the mode multiplexer / demultiplexer 101 forms N modes in each core 13 at the second port 12 from the basic mode coupled to the first port 11.

図7は、3モード単一コア合分波器内のコアの電界分布(A)、3モードリングコア光ファイバの電界分布(B)、3モード単一コア合分波器と3モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果(C)を説明する図である。図7は比較例である。図7(B)のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。   FIG. 7 shows the electric field distribution of the core in the three mode single core multiplexer / demultiplexer (A), the electric field distribution of the three mode ring core optical fiber (B), the three mode single core multiplexer / demultiplexer and the three mode ring core optical fiber It is a figure explaining the calculation result (C) of the coupling efficiency with. FIG. 7 is a comparative example. As shown in FIG. 7B, the electric field distribution of the ring core optical fiber is annular in any mode.

単一コア合分波器のコア部の屈折率分布はステップインデックス形状である。本例では、コア半径が7[μm]、比屈折率差Δが0.4[%]とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は、図4の通りであり、伝搬モード間の実効屈折率差Δneffが0.0005以下となるよう、中心層半径aが7[μm]、外周半径aが11[μm]、コア部屈折率差Δが1.15[%]とした。上記構造の場合、伝搬モード数は5モードが見込め、外側に適切なトレンチ構造を設けることで実効屈折率差Δneffに影響なく伝搬モード数を制御することが可能である。 The refractive index distribution of the core portion of the single core multiplexer / demultiplexer is a step index shape. In this example, the core radius is 7 μm, and the relative refractive index difference Δ is 0.4%. Refractive index profile of the ring core optical fiber is as in Figure 4, so that the effective refractive index difference [Delta] n eff between propagation modes is 0.0005 or less, the center layer radius a 1 is 7 [[mu] m], the outer peripheral radius a 2 Is 11 μm, and the core portion refractive index difference Δ is 1.15%. In the above structure, the number of propagation modes expected 5 mode, without affecting the effective refractive index difference [Delta] n eff by providing a suitable trench structure on the outside, it is possible to control the number of propagation modes.

各モードの電界の重なり積分によりモード結合効率ηを算出した。このとき、波長は1550nmとした。
ここで、Eは入力するモード(単一コア)の電界、Eは出力するモード(リングコア)の電界である。
The mode coupling efficiency η was calculated by the overlap integration of the electric field of each mode. At this time, the wavelength was 1550 nm.
Here, E i is the electric field of the input mode (single core), and E o is the electric field of the output mode (ring core).

単一コアとリングコアを接続する場合、LP01モード同士で0.1程度、LP11モード同士で0.3程度の結合効率である。損失は、単一コアの各モードの損失はリングコアの全てのモード(LP01、LP11a,LP11bモード)への結合効率の和から算出できる。
例えば、単一コアのLP01モードからリングコアへの結合効率は0.12+1.2e−12+5.1e−13≒0.12であるので、10×log10(0.12)=−9.2dBとなり、損失はおよそ9dBである。
同様に、単一コアのLP11a,LP11bモードについては、リングコアへの全てのモードへの結合効率の和はおよそ0.30なので、10×log10(0.30)=−5.2dBと求まる。
よって3モード単一コア合分波器と3モードリングコア光ファイバとの接続損失は、おおよそ5〜10dBとなることが分かる。
When a single core and a ring core are connected, the coupling efficiency is about 0.1 in the LP01 mode, and about 0.3 in the LP11 mode. The loss can be calculated from the sum of the coupling efficiency for all modes (LP01, LP11a and LP11b modes) of the ring core in each mode of a single core.
For example, since the coupling efficiency from a single core LP01 mode to a ring core is 0.12 + 1.2e-12 + 5.1e-13 ≒ 0.12, it becomes 10 × log 10 (0.12) = − 9.2 dB, which is a loss. Is approximately 9 dB.
Similarly, for single-core LP11a and LP11b modes, the sum of the coupling efficiencies for all modes to the ring core is approximately 0.30, so 10 × log 10 (0.30) = − 5.2 dB is obtained.
Therefore, it is understood that the connection loss between the three-mode single-core multiplexer / demultiplexer and the three-mode ring core optical fiber is approximately 5 to 10 dB.

図8は、モード合分波器101(3コア)のコアの電界分布(A)、3モードリングコア光ファイバの電界分布(B)、モード合分波器101と3モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果(C)を説明する図である。図8(B)のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。   FIG. 8 shows the electric field distribution (A) of the core of the mode multiplexer / demultiplexer 101 (three cores), the electric field distribution (B) of the three mode ring core optical fiber, and the coupling between the mode multiplexer / demultiplexer 101 and the three mode ring core optical fiber It is a figure explaining the calculation result (C) of efficiency. As shown in FIG. 8B, the electric field distribution of the ring core optical fiber is annular in any mode.

本例では、モード合分波器101のコアは、コア半径が3.0[μm]、比屈折率差Δが0.35[%]、第2ポートの面において中心からの距離が8.5[μm]とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は図4のとおりである。   In this example, the core of the mode multiplexer / demultiplexer 101 has a core radius of 3.0 [μm], a relative refractive index difference Δ of 0.35 [%], and a distance of 8. It was 5 [μm]. The refractive index distribution of the ring core optical fiber is as shown in FIG.

図7の説明のように計算すると、モード合分波器101の3コアとリングコアを接続する場合、LP01モード同士で0.66程度、LP11モード同士で0.57程度の結合効率である。図7の説明と同様に、3コアの各モードについて、リングコアの全てのモード(LP01,LP11a,LP11bモード)への結合効率の和から損失を算出すると2〜3dB程度の損失となり、単一コアとの接続と比較して3〜6dB程度改善する。   Calculation as described in FIG. 7 shows that when the three cores of the mode multiplexer / demultiplexer 101 are connected to the ring core, the coupling efficiency is about 0.66 between LP01 modes and about 0.57 between LP11 modes. Similar to the description of FIG. 7, the loss is calculated as the sum of the coupling efficiency to all the ring core modes (LP01, LP11a and LP11b modes) for each mode of three cores, and the loss is about 2 to 3 dB, which is a single core It improves about 3 to 6 dB as compared with the connection with.

図9は、モード合分波器101(5コア)のコアの電界分布(A)、5モードリングコア光ファイバの電界分布(B)、モード合分波器101と5モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果(C)を説明する図である。図9(B)のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。   FIG. 9 shows the electric field distribution (A) of the core of the mode multiplexer / demultiplexer 101 (five cores), the electric field distribution (B) of the five mode ring core optical fiber, and the coupling between the mode multiplexer / demultiplexer 101 and the five mode ring core optical fiber It is a figure explaining the calculation result (C) of efficiency. As shown in FIG. 9B, the electric field distribution of the ring core optical fiber is annular in any mode.

本例では、モード合分波器101のコアは、コア半径が4.0[μm]、比屈折率差Δが0.35[%]、第2ポートの面において中心からの距離が8.5[μm]とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は図4のとおりである。   In this example, the core of the mode multiplexer / demultiplexer 101 has a core radius of 4.0 [μm], a relative refractive index difference Δ of 0.35 [%], and a distance of 8. It was 5 [μm]. The refractive index distribution of the ring core optical fiber is as shown in FIG.

図7の説明のように計算すると、モード合分波器101の5コアとリングコアを接続する場合、LP01モード同士で0.80程度、LP11モード同士で0.78程度、LP21モード同士で0.64程度の結合効率である。図7の説明と同様に、5コアの各モードについて、リングコアの全てのモード(LP01,LP11a,LP11b,LP21a,LP21bモード)への結合効率の和から損失を算出すると1〜2dB程度の損失となる。図8と図9を比較すれば、モード数が増えるほど損失改善が見込める。これは、第2ポートの面においてリングコア上にモード合分波器101のコアが配置され、コア数が増えることで、電界の重なる面積が増えるからである。   When calculation is made as described in FIG. 7, when connecting the five cores of the mode multiplexer / demultiplexer 101 and the ring core, approximately 0.80 between LP01 modes, approximately 0.78 between LP11 modes, 0. 0 between LP21 modes. The coupling efficiency is about 64. Similar to the explanation of FIG. 7, the loss can be calculated as a sum of coupling efficiency of about 1 to 2 dB for each of the five core modes from the sum of coupling efficiency to all modes (LP01, LP11a, LP11b, LP21a, LP21b modes) of the ring core Become. If FIG. 8 and FIG. 9 are compared, loss improvement can be anticipated, so that the number of modes increases. This is because the core of the mode multiplexer / demultiplexer 101 is disposed on the ring core in the plane of the second port, and the number of cores increases, so that the overlapping area of the electric field increases.

次に、モード合分波器101の第2ポートの面におけるコアの配置について述べる。図10は、モード合分波器101(3コア)の第2ポートにおけるリングコア光ファイバのリングコアとモード合分波器101の各コアの配置関係を説明する図である。3つのコア中心を結んだ三角形の重心からの距離dと各コア半径aが重要なパラメータとなる。   Next, the arrangement of cores in the plane of the second port of the mode multiplexer / demultiplexer 101 will be described. FIG. 10 is a view for explaining the arrangement relationship between the ring core of the ring core optical fiber and the cores of the mode multiplexer / demultiplexer 101 at the second port of the mode multiplexer / demultiplexer 101 (three cores). The distance d from the center of gravity of the triangle connecting the three core centers and the core radius a are important parameters.

図13のように距離dを変化させたときにモード合分波器101で発生する損失(モード合分波器101とリングコア光ファイバ55との接続損失)の計算結果を図11に示す。コア半径aは3.0[μm]としている。例えば損失を3dB以下にしたい場合、重心からの距離dは6.5〜10[μm]の範囲にする必要がある。   The calculation result of the loss (connection loss between the mode multiplexer / demultiplexer 101 and the ring core optical fiber 55) generated in the mode multiplexer / demultiplexer 101 when the distance d is changed as shown in FIG. 13 is shown in FIG. The core radius a is 3.0 μm. For example, when the loss is to be 3 dB or less, the distance d from the center of gravity needs to be in the range of 6.5 to 10 [μm].

図12は、重心からの距離dが8.5[μm]のモード合分波器101について、コア半径aを変化させた場合の損失(モード合分波器101とリングコア光ファイバ55との接続損失)の計算結果を示す。例えば損失を3dB以下にしたい場合、コア半径aは2.0〜7.5[μm]の範囲にする必要がある。   FIG. 12 shows the loss when the core radius a of the mode multiplexer / demultiplexer 101 whose distance d from the center of gravity is 8.5 [μm] (the connection between the mode multiplexer / demultiplexer 101 and the ring core optical fiber 55 Calculation results of loss). For example, when it is desired to reduce the loss to 3 dB or less, the core radius a needs to be in the range of 2.0 to 7.5 μm.

図11と図12の計算結果より、モード合分波器101(3コア)のコア直径はリングコア幅以上であり、コア中心がリングコアの内径から外周半径までにあれば3dB以下の損失を実現できる。3コアのモード合分波器だけでなく、Nコアのモード合分波器においても、コア直径をリングコア幅以上とし、コア中心をリングコアの内径から外周半径までに配置することで、低損失な合分波器を実現できる。
なお、モード合分波器のコア直径がリングコア光ファイバのコア幅以上であり、第2ポートの面において、コア中心がリングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されることが望ましい。
From the calculation results in FIG. 11 and FIG. 12, the core diameter of mode multiplexer / demultiplexer 101 (3 cores) is equal to or larger than the ring core width, and a loss of 3 dB or less can be realized if the core center is from the inner diameter to the outer peripheral radius . Not only in the 3-core mode multiplexer / demultiplexer, but also in the N-core mode multiplexer / demultiplexer, the core diameter is equal to or greater than the ring core width, and the core center is arranged from the inner diameter to the outer peripheral radius of the ring core. A coupler can be realized.
Preferably, the core diameter of the mode multiplexer / demultiplexer is equal to or greater than the core width of the ring core optical fiber, and the core center is disposed at the center of the core width of the ring core optical fiber in the surface of the second port.

以上説明したように、本実施形態のモード合分波器は、
(1)第1ポートから第2ポートへコア間隔が狭まるようにコアを配置することで第1ポートから第2ポートへは単一モードから複数のモードを形成し、第2ポートから第1ポートへは複数モードから単一モードを形成し、
(2)第2ポートで複数のコアを円環状に配置して伝送路のリングコア光ファイバのリングコアに接触させることでコアとリングコアとの接続損失を低減する
ことができる。
As described above, the mode multiplexer / demultiplexer of this embodiment
(1) By arranging the cores so that the core interval is narrowed from the first port to the second port, the first port to the second port form a plurality of modes from a single mode, and the second port to the first port Form a single mode from multiple modes,
(2) The connection loss between the core and the ring core can be reduced by arranging a plurality of cores in an annular shape at the second port and contacting the ring core of the ring core optical fiber of the transmission path.

(実施形態2)
図14は、図21で説明したモード合分波器101のコア13を説明する図である。本実施形態のモード合分波器101のコア13は、第1ポート11と第2ポート12とを接続する細径光ファイバ21のコアである。つまり、本実施形態のモード合分波器101は、細径光ファイバ21が被覆23により束ねられるバンドル型の構造である。ガラス棒22を細径光ファイバ21間の適切な箇所に入れてコア13の位置を固定してもよい(たとえば非特許文献7)。図15から図17は、モード合分波器101の細径光ファイバ21の配置例を説明する図である。図15と図16は3コアの例、図17は5コアの例である。
Second Embodiment
FIG. 14 is a diagram for explaining the core 13 of the mode multiplexer / demultiplexer 101 described with reference to FIG. The core 13 of the mode multiplexer / demultiplexer 101 of the present embodiment is a core of the small diameter optical fiber 21 that connects the first port 11 and the second port 12. That is, the mode multiplexer / demultiplexer 101 of this embodiment is a bundle type structure in which the small diameter optical fibers 21 are bundled by the coating 23. The position of the core 13 may be fixed by placing the glass rod 22 at an appropriate position between the small diameter optical fibers 21 (for example, Non-Patent Document 7). FIGS. 15 to 17 are diagrams for explaining an arrangement example of the small diameter optical fiber 21 of the mode multiplexer / demultiplexer 101. FIG. FIGS. 15 and 16 show an example of three cores, and FIG. 17 shows an example of five cores.

図18は、細径光ファイバで構成されるモード合分波器の具体例である。図18のモード合分波器101は、第1ポート11にシングルモード光ファイバ50、第2ポート12にリングコア光ファイバ55を接続している。モード合分波器101内で束ねられた細径光ファイバ21はテーパ状になり、モード合分波器内において複数のモードが形成される。   FIG. 18 shows a specific example of a mode multiplexer / demultiplexer composed of small diameter optical fibers. In the mode multiplexer / demultiplexer 101 of FIG. 18, a single mode optical fiber 50 is connected to the first port 11, and a ring core optical fiber 55 is connected to the second port 12. The small diameter optical fiber 21 bundled in the mode multiplexer / demultiplexer 101 is tapered, and a plurality of modes are formed in the mode multiplexer / demultiplexer.

モード合分波器101は、合波器として用いた場合は、複数のシングルモード光ファイバ50の信号をリングコア光ファイバ55へ、分波器として用いた場合はリングコア光ファイバ55の信号を複数のシングルモード光ファイバ50へ送ることが可能である。   When the mode multiplexer / demultiplexer 101 is used as a multiplexer, the signals of a plurality of single mode optical fibers 50 are sent to the ring core optical fiber 55, and when it is used as a demultiplexer, the signals of the ring core optical fiber 55 are made plural. It is possible to send to a single mode optical fiber 50.

例えば、モード合分波器101が6コアの場合、細径光ファイバ21のクラッド径は45μm程度であり、トレンチ構造にすることで、過剰損失を低減することが可能である(たとえば非特許文献8)。非特許文献8は7コアだが、モード合分波器101は、中心部の細径光ファイバは不要である。   For example, when the mode multiplexer / demultiplexer 101 has six cores, the cladding diameter of the small diameter optical fiber 21 is about 45 μm, and it is possible to reduce excess loss by using a trench structure (for example, non-patent literature 8). Although the non-patent document 8 has seven cores, the mode multiplexer / demultiplexer 101 does not require a small diameter optical fiber at the center.

(実施形態3)
図19は、図21で説明したモード合分波器101のコア13を説明する図である。本実施形態のモード合分波器101のコア13は、3次元に形成されたプレーナ光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の光導波路である。本実施形態のコア13は断面において四角形でも良く、正方形でも長方形でも良い。PLCの積層構造により、比較的コア位置を定めやすいことが特徴である。
(Embodiment 3)
FIG. 19 is a view for explaining the core 13 of the mode multiplexer / demultiplexer 101 described with reference to FIG. The core 13 of the mode multiplexer / demultiplexer 101 of the present embodiment is an optical waveguide of a three-dimensional planar lightwave circuit (PLC). The core 13 of the present embodiment may be rectangular in cross section, and may be square or rectangular. The laminated structure of the PLC is characterized in that the core position can be relatively easily determined.

図20は、コア13がPLCで構成されるモード合分波器の具体例である。PLCのコア13は、シングルモードであり第1ポート11から第2ポート12へ向けてコア間隔が狭まるテーパ状になっており、第1ポート11から第2ポート12へ伝搬する光に複数のモードが形成される。図20のモード合分波器101は、第1ポート11にシングルモード光ファイバ50、第2ポート12にリングコア光ファイバ55を接続している。   FIG. 20 shows a specific example of a mode multiplexer / demultiplexer in which the core 13 is formed of PLC. The core 13 of the PLC has a single mode and is tapered such that the core spacing narrows from the first port 11 to the second port 12, and a plurality of modes for light propagating from the first port 11 to the second port 12 Is formed. In the mode multiplexer / demultiplexer 101 of FIG. 20, a single mode optical fiber 50 is connected to the first port 11, and a ring core optical fiber 55 is connected to the second port 12.

モード合分波器101は、合波器として用いた場合は、複数のシングルモード光ファイバ50の信号をリングコア光ファイバ55へ、分波器として用いた場合はリングコア光ファイバ55の信号を複数のシングルモード光ファイバ50へ送ることが可能である。   When the mode multiplexer / demultiplexer 101 is used as a multiplexer, the signals of a plurality of single mode optical fibers 50 are sent to the ring core optical fiber 55, and when it is used as a demultiplexer, the signals of the ring core optical fiber 55 are made plural. It is possible to send to a single mode optical fiber 50.

(実施形態4)
図1は、本実施形態の光伝送システム301を説明する図である。光伝送システム301は、
N本のシングルモード光ファイバ50で信号光を送信するN個(Nは2以上の整数)の光送信機31と、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバ55と、
図21で説明したモード合分波器101であり、第1ポート11でシングルモード光ファイバ50と接続し、第2ポート12でリングコア光ファイバ50と接続し、N個の第1ポート11に結合された信号光をN個のモードとしてリングコア光ファイバ50に結合するモード合波器101Aと、
図21で説明したモード合分波器101であり、第2ポート12でリングコア光ファイバ55と接続し、リングコア光ファイバ55でN個のモードで伝搬された信号光をM個(MはN以上の整数)の第1ポート11に分波するモード分波器101Bと、
モード分波器101Bで分波された各信号光を受信するM個の光受信機32と、
デジタル信号処理器(DSP:Digital Signal Processor)34と、MIMO信号処理器(MIMO−DSP:Multiple−Input and Multiple−Output−Digital Signal Processor)35と、
を備える。
なお、図1では、N=3を説明している。
(Embodiment 4)
FIG. 1 is a diagram for explaining an optical transmission system 301 according to the present embodiment. The optical transmission system 301 is
N (N is an integer of 2 or more) optical transmitters 31 for transmitting signal light through N single mode optical fibers 50;
One ring core optical fiber 55 that propagates N modes in the ring core,
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described in FIG. 21 is connected to the single mode optical fiber 50 at the first port 11, connected to the ring core optical fiber 50 at the second port 12, and coupled to the N first ports 11. A mode multiplexer 101A that couples the received signal light to the ring core optical fiber 50 as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described with reference to FIG. 21 is connected to the ring core optical fiber 55 at the second port 12 and M signal lights propagated in N modes by the ring core optical fiber 55 (M is N or more) Mode splitter 101 B for demultiplexing to the first port 11 of
M optical receivers 32 for receiving the respective signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer 101 B,
A digital signal processor (DSP) 34 and a MIMO signal processor (MIMO-DSP: multiple-input and multiple-output-digital signal processor) 35;
Equipped with
In FIG. 1, N = 3 is described.

光送信機31は、それぞれコヒーレント送信回路(Tx:Transmitter)を備え、信号光をシングルモード光ファイバ50を介してモード合波器101Aに送信する。モード合波器101Aは、リングコア光ファイバ55とモード分波器101Bを介して信号光を光受信機32に送出する。   The optical transmitters 31 each include a coherent transmitter circuit (Tx: Transmitter), and transmit signal light to the mode multiplexer 101A via the single mode optical fiber 50. The mode multiplexer 101A sends out the signal light to the optical receiver 32 via the ring core optical fiber 55 and the mode splitter 101B.

光受信機32は、それぞれコヒーレント受信回路(Rx:Receiver)を備え、局部発振回路(LO:Local Oscillator)33からの局発光を用いて信号光を受信する。光受信機32は、受信した信号光の周波数を一定の周波数に変換し、DSP34に当該信号光を送出する。   The optical receivers 32 each include a coherent receiver circuit (Rx: Receiver), and receive signal light using local light from a local oscillator circuit (LO: Local Oscillator) 33. The optical receiver 32 converts the frequency of the received signal light to a constant frequency, and sends the signal light to the DSP 34.

DSP34は、信号光を演算処理し、演算処理した信号光をMIMO信号処理器35に送出する。MIMO信号処理器35は、乗算回路と、加算回路と、を備え、乗算回路及び加算回路によりDSP34で演算処理した信号光をそれぞれ乗算処理及び加算処理する。   The DSP 34 performs arithmetic processing of the signal light, and sends the signal light subjected to the arithmetic processing to the MIMO signal processor 35. The MIMO signal processor 35 includes a multiplication circuit and an addition circuit, and performs multiplication processing and addition processing on the signal light processed by the DSP 34 by the multiplication circuit and the addition circuit.

以下に本実施形態の光伝送システム301の具体例を用いて以下に説明する。
[リングコア光ファイバ]
まず、リングコア光ファイバ55について説明する。図4は、リングコア光ファイバ55の屈折率分布を説明する図である。横軸はリングコア光ファイバの半径、縦軸は屈折率である。
The following description will be made using a specific example of the optical transmission system 301 of the present embodiment.
Ring core optical fiber
First, the ring core optical fiber 55 will be described. FIG. 4 is a view for explaining the refractive index distribution of the ring core optical fiber 55. As shown in FIG. The horizontal axis is the radius of the ring core optical fiber, and the vertical axis is the refractive index.

例えば、非特許文献4におけるリングコア型ファイバは中心層半径aが3.6μm、リングコア部の外周半径aが5.4μm、リングコアの比屈折率差Δが0.25%であり、伝搬モード数は波長1550nmにおいて3(LP01,LP11a、bモード)である。伝搬モード数を制限するためには、中心層半径aやリングコア部の外周半径a、比屈折率差Δを調整する必要がある。本明細書では、簡単のため伝搬モード数は弱導波近似によるLPモードにて換算する。 For example, a ring core type fibers in Non-Patent Document 4 is a central layer radius a 1 is 3.6 [mu] m, the outer peripheral radius a 2 is 5.4μm ring core portion relative refractive index difference Δ of the ring core is 0.25%, propagation mode The number is 3 (LP01, LP11a, b mode) at a wavelength of 1550 nm. In order to limit the number of propagation modes, it is necessary to adjust the central layer radius a 1 , the outer circumferential radius a 2 of the ring core portion, and the relative refractive index difference Δ. In the present specification, for the sake of simplicity, the number of propagation modes is converted to the LP mode by the weak waveguide approximation.

図5は、リングコア型ファイバの中心層半径a、実効屈折率差Δneff、及び伝搬モード数の関係を説明する図である。この時、リングコア幅a−aが1.8μm、比屈折率差Δが0.25%、波長は1550nmである。中心層半径aを変えた場合、有限要素法に基づいて実効屈折率差Δneffおよび群遅延差DMDを計算した。このとき、実効屈折率差Δneffは基本モードの実効屈折率から高次モードの実効屈折率を引いた値であり、実波長1550nmにおいて算出している。 FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the central layer radius a 1 of the ring core type fiber, the effective refractive index difference Δneff, and the number of propagation modes. At this time, the ring core width a 2 -a 1 is 1.8 μm, the relative refractive index difference Δ 1 is 0.25%, and the wavelength is 1550 nm. When the central layer radius a 1 was changed, the effective refractive index difference Δneff and the group delay difference DMD were calculated based on the finite element method. At this time, the effective refractive index difference Δneff is a value obtained by subtracting the effective refractive index of the high-order mode from the effective refractive index of the basic mode, and is calculated at an actual wavelength of 1550 nm.

図5より、例えば、
2.0[μm]<中心層半径a<4.0[μm]:伝搬モード数3、
4.0[μm]<中心層半径a1<7.4[μm]:伝搬モード数が5、
7.4[μm]<中心層半径a1:伝搬モード数が7以上
の光ファイバが実現可能である。
From FIG. 5, for example,
2.0 [μm] <center layer radius a 1 <4.0 [μm]: propagation mode number 3,
4.0 [μm] <central layer radius a1 <7.4 [μm]: the number of propagation modes is 5,
7.4 [μm] <central layer radius a1: It is possible to realize an optical fiber in which the number of propagation modes is 7 or more.

また、図5より、Δneffを小さくするためには、中心層半径a1を大きくする必要があるが、LP11モードに注目した場合、中心層半径a1が5.0[μm]のとき、0.0005のΔneffを実現可能であることが分かる。   Further, from FIG. 5, in order to reduce Δneff, it is necessary to increase the central layer radius a1, but when focusing on the LP11 mode, when the central layer radius a1 is 5.0 [μm], 0.0005 It can be seen that the Δneff of can be realized.

非特許文献4では、結合型数モード光ファイバの検討がなされており、設計指針として、伝搬モード間の実効屈折率差Δneffが0.0005以下であることとしている。よって、本実施形態のリングコア光ファイバ55については、実効屈折率差Δneffが0.0005以下であるリングコア光ファイバを用いることとする。   In Non-Patent Document 4, a coupled number mode optical fiber is studied, and as a design guideline, it is assumed that an effective refractive index difference Δneff between propagation modes is 0.0005 or less. Therefore, as the ring core optical fiber 55 of the present embodiment, a ring core optical fiber having an effective refractive index difference Δneff of 0.0005 or less is used.

[モード合波器、モード分波器]
モード合波器101Aとモード分波器101Bは、実施形態1〜3で説明したモード合分波器101である。このため、モード合波器101Aは、第1ポート11から第2ポート12へ単一モードから複数のモードを形成でき、リングコア光ファイバ55との接続損失を低減することができる。モード分波器101Bは、第2ポート12から第1ポート11へ複数モードから単一モードを形成でき、リングコア光ファイバ55との接続損失を低減することができる。
[Mode multiplexer, mode splitter]
The mode multiplexer 101A and the mode demultiplexer 101B are the mode multiplexer / demultiplexer 101 described in the first to third embodiments. Therefore, the mode multiplexer 101A can form a plurality of modes from a single mode from the first port 11 to the second port 12, and can reduce connection loss with the ring core optical fiber 55. The mode demultiplexer 101 B can form a single mode from a plurality of modes from the second port 12 to the first port 11, and can reduce connection loss with the ring core optical fiber 55.

[光伝送システムの動作]
本実施形態では図1のように3つのモードの信号光を用いて3つのチャネルの信号を伝送させる例を示している。モード合波器101Aにおいて3つのチャネルの信号(x,x,x)は3つのモード(基本モードLP01と高次モードLP11a、LP11b)に分配され、3モード光ファイバとして機能するリングコア光ファイバ55に入射される。
[Operation of optical transmission system]
In this embodiment, as shown in FIG. 1, an example in which signals of three channels are transmitted using signal light of three modes is shown. Signals of the three channels in the mode multiplexer 101A (x 1, x 2, x 3) is distributed to the three modes (fundamental mode LP 01 and the high-order mode LP 11a, LP 11b), functions as a three-mode optical fiber To the ring core optical fiber 55.

リングコア光ファイバ55中のモード結合やモード損失差によって、各チャネルの信号が含むモードの比率は伝送前後で変化し得る。伝送後の信号光はモード分波器101Bによって分離され、光受信機32が備えるデジタルコヒーレント受信器として機能するコヒーレント受信回路で受信される。受信された信号はDPS34で3つの受信信号(y,y,y)の振幅・位相情報が求められる。さらに、MIMO信号処理器35は、この(y,y,y)をMIMO処理することによって復元信号(xc1,xc2,xc3)を得る。 Due to mode coupling and mode loss differences in the ring core optical fiber 55, the ratio of modes included in each channel signal may change before and after transmission. The signal light after transmission is separated by the mode demultiplexer 101 B, and is received by the coherent receiving circuit functioning as a digital coherent receiver included in the optical receiver 32. The received signal is subjected to DPS 34 to obtain amplitude / phase information of three received signals (y 1 , y 2 , y 3 ). Furthermore, the MIMO signal processor 35 obtains the restored signal (x c1 , x c2 , x c3 ) by performing MIMO processing on this (y 1 , y 2 , y 3 ).

ここで、MIMO信号処理器35は、乗算回路及び加算回路により、DSP34で演算処理した受信信号(y,y,y)を以下の数式の乗算処理及び加算処理を行い、復元信号(xc1,xc2,xc3)を得る。
(演算A) xc1=y1・w11+y2・w12+y3・w13
(演算B) xc2=y1・w21+y2・w22+y3・w23
(演算C) xc3=y1・w31+y2・w32+y3・w33
Here, the MIMO signal processor 35 performs multiplication processing and addition processing of the received signal (y 1 , y 2 , y 3 ) processed by the DSP 34 by the multiplication circuit and the addition circuit to obtain a restored signal ( Obtain x c1 , x c2 , x c3 ).
(Operation A) xc1 = y1 · w11 + y2 · w12 + y3 · w13
(Operation B) xc2 = y1 · w21 + y2 · w22 + y3 · w23
(Operation C) xc3 = y1 · w31 + y2 · w32 + y3 · w33

MIMO信号処理部器35は、有限インパルス応答(FIR:Finite Impulse Response)フィルタで構成される。FIRフィルタは遅延器、乗算器、加算器からなる複数のタップにより構成されており、リングコア光ファイバのモード遅延差、DMD(Differential Mode Delay)によるインパルス応答の広がりやモード結合によるクロストークを補償し信号を復元する。ここで乗算器の係数(タップ係数;w11,w12,w13,w21,w22,w23,w31,w32,w33)は、信号パターンが既知であるトレーニング信号列を用いてxc1=x,xc2=x,xc3=xとなるように設定しておく。 The MIMO signal processing unit 35 is configured by a finite impulse response (FIR) filter. The FIR filter is composed of a plurality of taps consisting of a delay unit, a multiplier and an adder, and compensates for the mode delay difference of the ring core optical fiber, the spread of impulse response due to differential mode delay (DMD) and crosstalk due to mode coupling. Restore the signal. Here, the multiplier coefficients (tap coefficients; w 11 , w 12 , w 13 , w 21 , w 22 , w 23 , w 31 , w 32 , w 33 ) use a training signal sequence whose signal pattern is known. It is set so that x c1 = x 1 , x c2 = x 2 , x c3 = x 3 .

従来のモード合波器ではCh1がLP01、Ch2がLP11a、Ch3がLP11bモードとして伝送ファイバに入力される。しかし、光伝送システム301は、モード合分波器101をモード合波器101Aとして用いており、Ch1、Ch2、Ch3それぞれがLP01、LP11a、LP11bモード全てを含み伝送されることが特徴である。結果として、モード合波器101Aにおいて各チャネルが全てのモードを含み、伝送路において長手方向でモード間の結合が発生することにより、モードスクランブルが起こり、モードに依存する損失、遅延の影響を緩和することができる。   In the conventional mode multiplexer, Ch1 is input to the transmission fiber as LP01, Ch2 to LP11a, and Ch3 to LP11b mode. However, the optical transmission system 301 is characterized in that the mode multiplexer / demultiplexer 101 is used as the mode multiplexer 101A, and each of Ch1, Ch2 and Ch3 is transmitted including all the LP01, LP11a and LP11b modes. As a result, in the mode multiplexer 101A, each channel includes all modes, and coupling between modes occurs longitudinally in the transmission line, thereby mode scrambling occurs and mode-dependent loss and delay effects are mitigated. can do.

また、図1では、モード合波器101A及びモード分波器101Bの双方にモード合分波器101を使用しているが、モード合波器101A又はモード分波器101Bにモード合分波器101を使用しても同様の効果を得られる。   Further, in FIG. 1, the mode multiplexer / demultiplexer 101 is used for both of the mode multiplexer 101A and the mode demultiplexer 101B, but the mode multiplexer / demultiplexer is used for the mode multiplexer 101A or the mode demultiplexer 101B. The same effect can be obtained by using 101.

(実施形態5)
図2は、モード多重伝送中継システム302を説明する図である。モード多重伝送中継システム302は、
1つの中継単位αが、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバ55と、
図21で説明したモード合分波器101であり、第1ポート11でシングルモード光ファイバ50と接続し、第2ポート12でリングコア光ファイバ55と接続し、N個の第1ポート11に結合された信号光をN個のモードとしてリングコア光ファイバ55に結合するモード合波器101Aと、
図21で説明したモード合分波器101であり、第2ポート12でリングコア光ファイバ55と接続し、リングコア光ファイバ55でN個のモードで伝搬された信号光をN個の第1ポート11に分波するモード分波器101Bと、
モード分波器101Bが分波したN個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバ50に出力するN個の光増幅器41と、
を備えており
中継単位αが2つ以上連結されている。
Embodiment 5
FIG. 2 is a diagram for explaining the mode multiplex transmission relay system 302. As shown in FIG. The mode multiplex transmission relay system 302
One relay unit α is
One ring core optical fiber 55 that propagates N modes in the ring core,
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described in FIG. 21 is connected to the single mode optical fiber 50 at the first port 11, connected to the ring core optical fiber 55 at the second port 12, and coupled to the N first ports 11. A mode multiplexer 101A that couples the received signal light to the ring core optical fiber 55 as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described with reference to FIG. 21 is connected to the ring core optical fiber 55 at the second port 12, and the signal light propagated in N modes at the ring core optical fiber 55 is N first ports 11. Mode splitter 101B for demultiplexing into
N optical amplifiers 41 for amplifying the N signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer 101 B and outputting the amplified signal light to a single mode optical fiber 50;
And two or more relay units α are connected.

モード多重伝送中継システム302は、N個(Nは2以上)の信号(x,x,x,,,,x)を伝送するために、Nポートのモード合波器101A、Nモード以上伝搬するリングコア光ファイバ55、Nポートのモード分波器101B、N個の光増幅器41を1つの中継単位αとし、ある中継単位のモード分波器101Bとその次の中継単位のモード合波器101Aの間に光増幅器41を設置することを特徴とする。 The mode multiplexing transmission relay system 302 has N port mode multiplexers 101 A, N for transmitting N (N is 2 or more) signals (x 1 , x 2 , x 3 ,,, x N ). A ring core optical fiber 55 that propagates more than modes, an N port mode splitter 101B, and N optical amplifiers 41 are one relay unit α, and a mode splitter 101B of one relay unit and mode combination of the next relay unit It is characterized in that an optical amplifier 41 is installed between the wavers 101A.

モード分波器101Aの後段ではシングルモードであるので、光増幅器41としてシングルモード対応の光増幅器を用いることが可能である。また、中継単位間のモード分波器101Bからモード合波器101Aのポートをランダムに接続することで、モードスクランブル効果も得られる。   Since a single mode is provided downstream of the mode demultiplexer 101A, it is possible to use an optical amplifier compatible with a single mode as the optical amplifier 41. Also, by randomly connecting the ports of the mode multiplexer 101B between the relay units to the mode multiplexer 101A, a mode scramble effect can be obtained.

最後の中継単位のモード分波器101Bの第1ポート11には、N個の光受信機32が接続される。光受信機32により光信号(y,y,y,,,,y)を受信し、DSP34により信号処理を行い、N個の復元信号を得る。 N optical receivers 32 are connected to the first port 11 of the mode branching filter 101B of the last relay unit. The optical receiver 32 receives the optical signals (y 1 , y 2 , y 3 ,..., Y N ), and the DSP 34 performs signal processing to obtain N restored signals.

(実施形態6)
図3は、モード多重伝送中継システム303を説明する図である。モード多重伝送中継システム303は、
1つの中継単位βが、
リングコアでN個のモードを伝搬する1本のリングコア光ファイバ55と、
リングコア光ファイバ55に配置され、リングコア光ファイバ55を伝搬する信号光を増幅する光増幅器42と、
図21で説明したモード合分波器101であり、第1ポート11でシングルモード光ファイバ50と接続し、第2ポート12でリングコア光ファイバ55と接続し、N個の第1ポート11に結合された信号光をN個のモードとしてリングコア光ファイバ55に結合するモード合波器101Aと、
図21で説明したモード合分波器101であり、第2ポート12でリングコア光ファイバ55と接続し、リングコア光ファイバ55でN個のモードで伝搬された信号光をN個の第1ポート11に分波するモード分波器101Bと、
を備えており
中継単位βが2つ以上連結されている。
Embodiment 6
FIG. 3 is a diagram for explaining the mode multiplex transmission relay system 303. As shown in FIG. The mode multiplex transmission relay system 303
One relay unit β is
One ring core optical fiber 55 that propagates N modes in the ring core,
An optical amplifier 42 disposed in the ring core optical fiber 55 for amplifying the signal light propagating through the ring core optical fiber 55;
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described in FIG. 21 is connected to the single mode optical fiber 50 at the first port 11, connected to the ring core optical fiber 55 at the second port 12, and coupled to the N first ports 11. A mode multiplexer 101A that couples the received signal light to the ring core optical fiber 55 as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer 101 described with reference to FIG. 21 is connected to the ring core optical fiber 55 at the second port 12, and the signal light propagated in N modes at the ring core optical fiber 55 is N first ports 11. Mode splitter 101B for demultiplexing into
And two or more relay units β are connected.

モード多重伝送中継システム303は、N個(Nは2以上)の信号(x1,x2,x3,,,,xN)を伝送するために、Nポートのモード合波器101A、Nモード以上伝搬するリングコア光ファイバ55、1つの光増幅器42、Nポートのモード分波器101Bを1つの中継単位βとし、リングコア光ファイバ55とモード分波器101Bの間に光増幅器42を設置することを特徴とする。   The mode multiplexing transmission relay system 303 propagates N port mode multiplexer 101A, N modes or more, in order to transmit N (N is 2 or more) signals (x1, x2, x3,..., XN). A ring core optical fiber 55, one optical amplifier 42, an N-port mode splitter 101B as one relay unit β, and an optical amplifier 42 installed between the ring core optical fiber 55 and the mode splitter 101B Do.

リングコア光ファイバ55の後段はマルチモードであるので、光増幅器41としてマルチモード対応の光増幅器を用いる。図2のモード多重伝送中継システム302と比較して、モード多重伝送中継システム303は光増幅器をモード数分設置する必要がなく、1つで済む。また、中継単位間のモード分波器101Bからモード合波器101Aのポートをランダムに接続することで、モードスクランブル効果も得られる。   Since the subsequent stage of the ring core optical fiber 55 is multimode, an optical amplifier compatible with multimode is used as the optical amplifier 41. As compared with the mode multiplexing transmission relay system 302 of FIG. 2, the mode multiplexing transmission relay system 303 does not have to install optical amplifiers for the number of modes, and only one optical amplifier is required. Also, by randomly connecting the ports of the mode multiplexer 101B between the relay units to the mode multiplexer 101A, a mode scramble effect can be obtained.

(他の実施形態)
図2で説明した中継単位αと図3で説明した中継単位βを組合せてモード多重伝送中継システムを構成してもよい。
(Other embodiments)
The mode multiplex transmission relay system may be configured by combining the relay unit α described in FIG. 2 and the relay unit β described in FIG.

(発明の効果)
以上説明したように、本実施形態に係る伝送システムは、伝送路をリングコア光ファイバ、複数のコアを円環状に配置したモード合分波器を用いることで、モードに載せた信号の低損失な入出力および各チャネルが全モードに割り当てられるモードスクランブル機能を有し、モードに依存した損失や遅延差を緩和し、長距離・大容量伝送を実現することができる。
(Effect of the invention)
As described above, the transmission system according to the present embodiment uses the mode multiplexer / demultiplexer in which the transmission path is a ring core optical fiber and a plurality of cores are annularly arranged, thereby reducing the loss of the signal placed in the mode. It has mode scrambling function in which input / output and each channel are assigned to all modes, mode-dependent loss and delay difference can be mitigated, and long distance and large capacity transmission can be realized.

本発明は、ファイバ中の高次モードの利用により光ファイバ伝送の大容量化及び長距離化を実現することができる。   The present invention can realize an increase in capacity and an increase in distance of optical fiber transmission by using high-order modes in the fiber.

11:第1ポート
12:第2ポート
13:コア
21:細径光ファイバ
22:ガラス棒
23:被覆
31:光送信機
32:光受信機
33:局部発振回路(LO:Local Oscillator)
34:デジタル信号処理器(DSP:Digital Signal Processor)
35:MIMO信号処理器(MIMO−DSP:Multiple−Input and Multiple−Output−Digital Signal Processor)
41、42:光増幅器
50:シングルモード光ファイバ
53:リングコア
55:リングコア光ファイバ
101:モード合分波器
101A:モード合波器
101B:モード分波器
301:光伝送システム
11: first port 12: second port 13: core 21: small diameter optical fiber 22: glass rod 23: coating 31: light transmitter 32: light receiver 33: local oscillator circuit (LO: Local Oscillator)
34: Digital signal processor (DSP: Digital Signal Processor)
35: MIMO signal processor (MIMO-DSP: Multiple-Input and Multiple-Output-Digital Signal Processor)
41, 42: optical amplifier 50: single mode optical fiber 53: ring core 55: ring core optical fiber 101: mode multiplexer / demultiplexer 101A: mode multiplexer 101B: mode demultiplexer 301: optical transmission system

Claims (7)

リングコア光ファイバと、
シングルモード光ファイバと接続する複数の第1ポート
前記リングコア光ファイバと接続する1個の第2ポートと、
前記第1ポートと前記第2ポートとを接続する前記第1ポートと同数のコアと、
を備えるモード合分波器であって
前記コアは、
直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
コア間隔が前記第1ポートから前記第2ポートへ短くなるテーパー状に配置され
前記第2ポートの面において前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように円環状に、且つそれぞれのコア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることを特徴とするモード合分波器。
Ring core optical fiber,
A plurality of first port that is connected to the single-mode optical fiber,
And one second port connected to the ring core optical fiber,
The same number of cores as the first port connecting the first port and the second port;
A mode demultiplexer comprising,
The core is
The diameter is equal to or greater than the core width of the ring core optical fiber,
Core spacings are arranged in a tapered manner such that the spacing between the first port and the second port is short ,
Mode aggregation , wherein in the surface of the second port, each core center is arranged at the center of the core width of the ring core optical fiber in an annular shape so as to contact the ring core of the ring core optical fiber Wave.
リングコア光ファイバと、
シングルモード光ファイバと接続する複数の第1ポート
前記リングコア光ファイバと接続する1個の第2ポートと、
前記第1ポートと前記第2ポートとを接続する前記第1ポートと同数のコアと、
を備えるモード合分波器であって
前記コアは、
直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
コア間隔が前記第1ポートから前記第2ポートへ短くなるテーパー状に配置され
前記第2ポートの面において前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように、それぞれのコア中心で形成される正N角形の重心と前記リングコア光ファイバの中心とが一致するように、且つそれぞれのコア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることを特徴とするモード合分波器。
Ring core optical fiber,
A plurality of first port that is connected to the single-mode optical fiber,
And one second port connected to the ring core optical fiber,
The same number of cores as the first port connecting the first port and the second port;
A mode demultiplexer comprising,
The core is
The diameter is equal to or greater than the core width of the ring core optical fiber,
Core spacings are arranged in a tapered manner such that the spacing between the first port and the second port is short ,
In the plane of the second port so as to be in contact with the ring core of the ring core optical fiber, as the positive N prismatic centroids are formed in the respective core center and the center of the ring core optical fiber match, and each core A mode multiplexer / demultiplexer characterized in that the center is located at the center of the core width of the ring core optical fiber .
前記コアは、前記第1ポートと前記第2ポートとを接続する細径光ファイバのコアであることを特徴とする請求項1又は2に記載のモード合分波器。 3. The mode multiplexer / demultiplexer according to claim 1, wherein the core is a core of a small diameter optical fiber connecting the first port and the second port. 前記コアは、3次元に形成されたプレーナ光波回路(PLC:Planar Lightwave Circuit)の光導波路であることを特徴とする請求項1又は2に記載のモード合分波器。 The mode multiplexer / demultiplexer according to claim 1 or 2 , wherein the core is an optical waveguide of a planar lightwave circuit (PLC) formed in three dimensions. N本のシングルモード光ファイバで信号光を送信するN個(Nは2以上の整数)の光送信機と
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでN個のモードを伝搬可能であり、前記第1ポートで前記シングルモード光ファイバと接続しN個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をM個(MはN以上の整数)の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器で分波された各信号光を受信するM個の光受信機と、
を備える光伝送システム。
N (N is an integer of 2 or more) optical transmitters that transmit signal light in N single-mode optical fibers ,
The mode multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 4 , wherein N modes can be propagated by the ring core of the ring core optical fiber, and the first port is connected to the single mode optical fiber , A mode multiplexer for coupling signal light coupled to the N first ports to the ring core optical fiber as N modes;
A mode demultiplexer according to any one of claims 1 to 4, and ring core optical fiber of the mode multiplexer to the ring core optical fiber is common in front Symbol ring core optical fiber at the N mode A mode splitter that splits the propagated signal light into M (M is an integer greater than or equal to N) first ports;
M optical receivers that receive the respective signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer;
Optical transmission system comprising:
1つの中継単位が
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでN個のモードを伝搬可能であり、前記第1ポートで前記シングルモード光ファイバと接続しN個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をN個の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器が分波したN個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバに出力するN個の光増幅器と、
を備えており
前記中継単位が2つ以上連結されている中継伝送システム。
One of the relay unit,
A mode demultiplexer according to any one of claims 1 to 4, it is possible propagation of N modes in the ring core of the ring core optical fiber, connected to the single mode optical fiber at the first port, A mode multiplexer for coupling signal light coupled to the N first ports to the ring core optical fiber as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ring core optical fiber and the ring core optical fiber of the mode multiplexer are common, and the ring core optical fiber propagates in N modes. A mode splitter that splits the received signal light into N first ports;
N optical amplifiers for amplifying the N signal lights demultiplexed by the mode demultiplexer and outputting the amplified signal light to a single mode optical fiber;
A relay transmission system, comprising: two or more relay units connected to each other.
1つの中継単位が
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでN個のモードを伝搬可能であり、前記第1ポートで前記シングルモード光ファイバと接続しN個の前記第1ポートに結合された信号光をN個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
請求項1からのいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでN個のモードで伝搬された信号光をN個の前記第1ポートに分波するモード分波器と、
前記リングコア光ファイバに配置され、前記リングコア光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光増幅器と、
を備えており
前記中継単位が2つ以上連結されている中継伝送システム。
One of the relay unit,
A mode demultiplexer according to any one of claims 1 to 4, it is possible propagation of N modes in the ring core of the ring core optical fiber, connected to the single mode optical fiber at the first port, A mode multiplexer for coupling signal light coupled to the N first ports to the ring core optical fiber as N modes;
The mode multiplexer / demultiplexer according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ring core optical fiber and the ring core optical fiber of the mode multiplexer are common, and the ring core optical fiber propagates in N modes. A mode splitter that splits the received signal light into N first ports;
An optical amplifier disposed in the ring core optical fiber for amplifying signal light propagating through the ring core optical fiber;
A relay transmission system, comprising: two or more relay units connected to each other.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4404481A4 (en) * 2021-09-16 2025-07-30 Nippon Telegraph & Telephone SIGNAL DETECTION DEVICE, SIGNAL DETECTION METHOD AND PROGRAM

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7064139B2 (en) * 2018-07-12 2022-05-10 日本電信電話株式会社 Optical amplification relay system
WO2020027297A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 株式会社フジクラ Bridge fiber, multicore fiber unit, multiple-core bridge fiber, and multiple-core multicore fiber unit
JP7181458B2 (en) 2018-12-17 2022-12-01 日本電信電話株式会社 optical repeater
CN113466993B (en) * 2021-07-07 2022-12-02 天津大学 Polarization-maintaining mode group selection type photon lantern and manufacturing and application thereof
JP7542808B2 (en) * 2021-08-16 2024-09-02 日本電信電話株式会社 Multimode Transmission System

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009003484A2 (en) * 2007-07-05 2009-01-08 Crystal Fibre A/S A tapered fibre optical coupler comprising an annular guiding region
US9162404B2 (en) * 2011-03-05 2015-10-20 Alcatel Lucent Radial optical coupler
US8509581B2 (en) * 2011-03-05 2013-08-13 Alcatel Lucent Optical fibers with tubular optical cores
US8822905B2 (en) * 2011-09-16 2014-09-02 Alcatel Lucent Optical mode couplers for multi-mode optical fibers
JP5984967B2 (en) * 2012-03-08 2016-09-06 アルカテル−ルーセント Multi-mode optical communication by mode mixing
EP2665212B1 (en) * 2012-05-16 2016-11-30 Alcatel Lucent Optical data transmission system
JP5584280B2 (en) * 2012-12-21 2014-09-03 株式会社フジクラ Bridge fiber, combiner and fiber laser device
US9411100B2 (en) * 2013-09-20 2016-08-09 Alcatel Lucent Photonic lantern spatial multiplexers with mode selectivity
JP6339894B2 (en) * 2014-08-29 2018-06-06 日本電信電話株式会社 Optical transmission system and mode multiplexer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4404481A4 (en) * 2021-09-16 2025-07-30 Nippon Telegraph & Telephone SIGNAL DETECTION DEVICE, SIGNAL DETECTION METHOD AND PROGRAM

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