(57)【要約】モード空間多次元変調において、受信信号の同時性を確保し、モード間の群速度差による受信信号の遅延差を処理するデジタル信号処理の負荷を大幅に低減する。多次元変調において、変調空間内でシンボル間の間隔を大幅に狭めることなく１シンボル当たりのビット数を増加させ、信号強度に対する雑音の比率（Ｓ／Ｎ比）を向上させる。変調を行う多次元の変調空間として、従来用いていなかったモード間の位相、及び偏光間の位相を用いることによって変調空間の次元を高めるものであり、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの複数の振幅及び位相を多次元の変調空間として用いる。モード間の位相、及び偏光間の位相を変調空間として用いて、多次元変調の変調の次元数を高め、１シンボル当たりの伝送情報量を高める。
2017030137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
数モードファイバを伝送路とし、前記数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送を行う伝送装置において、
送信部のモード変調、伝送路のモード伝搬、及び受信部のモード復調において、多値の伝送情報を、前記数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの複数の振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行うことを特徴とする、伝送装置。
【請求項２】
前記数モードファイバの高次モードにおいて縮退モードのＬＰモードと直交偏光成分とを用い、前記各縮退モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多値の伝送情報を前記多次元の変調空間の各座標に対応付ける多次元多値モード変調を行った信号光を送信する送信部と、
前記信号光を受信し、前記多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光をコヒーレント検出によって検出し、
前記検出した干渉光から偏波分離によって直交偏光成分を分離し、
前記縮退直交偏光成分から縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調する多次元多値モード復調を行って前記伝送情報を出力する受信部とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の伝送装置。
【請求項３】
数モードファイバを伝送路とし、前記数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送を行う伝送方法において、
モード変調、モード伝搬、及びモード復調において、多値の伝送情報を、前記数モードファイバの高次モードの複数の縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行うことを特徴とする、伝送方法。
【請求項４】
送信側において、前記数モードファイバの高次モードにおいて縮退モードのＬＰモードと直交偏光成分とを用い、前記各縮退モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多値の伝送情報を前記多次元の変調空間の各座標に対応付ける多次元多値モード変調を行い、多次元多値モード変調で得られた信号光を送信し、
受信側において、前記信号光を受信し、前記多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光をコヒーレント検出によって検出し、
前記検出した干渉光から偏波分離によって直交偏光成分を分離し、
前記直交偏光成分から縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調する多次元多値モード復調を行って前記伝送情報を出力することを特徴とする、請求項３に記載の伝送方法。
【請求項５】
数モードファイバを伝送路とし、前記数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送情報を送信する送信機において、
搬送光の光源、前記搬送光を複数の分岐光に分岐する光分岐器、及び、前記複数の分岐光に多次元多値モード変調を施す多次元多値モード変調器を備え、
前記多次元多値モード変調器は、複数の多値変調器及びモード合波器を備え、
前記多値変調器は、前記伝送情報に基づいて、前記搬送光について前記数モードファイバの高次モードの各縮退直交偏光モードの振幅及び位相を変調し、
前記モード合波器は、前記各多値変調器で変調した複数の縮退直交偏光モードの成分を合波し、
送信機のモード変調において、多値の伝送情報を、前記数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行うことを特徴とする、送信機。
【請求項６】
前記多値変調器は、縮退直交偏光モードのｘ偏光成分及びｙ偏光成分について、ｘ偏光成分の振幅を変調するＸ側振幅変調器、及びｘ偏光成分の位相を変調するＸ側位相変調器と、ｙ偏光成分の振幅を変調するＹ側振幅変調器、及びｙ偏光成分の位相を変調するＹ側位相変調器と、
ｘ偏光成分を変調したｘ偏波とｙ偏光成分を変調したｙ偏波とを偏波合波する偏光ビームスプリッタとを備えることを特徴とする、請求項５に記載の送信機。
【請求項７】
数モードファイバを伝送路とし、前記数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送情報を受信する受信機において、
多次元多値モード復調によって、前記縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調し伝送情報を出力する多次元多値モード復調器を備え、
前記多次元多値モード復調器は、
前記伝送路の出射端の信号光と局部発振光とを混合して干渉光を生成して、前記多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光を出力する混合器と、
前記干渉光を偏波分離して、直交偏光成分のｘ偏光成分及びｙ偏光成分を分離する偏波分離器と、
各偏光成分に分離した干渉光を検出する光検出器と、
前記光検出器で検出した交流成分の加減算によって、前記直交偏光成分から各縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を得る演算器を備え、
受信機のモード復調において、多値の伝送情報を、前記数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行うことを特徴とする、受信機。
【請求項８】
前記混合器は、局部発振光を発する局部発振器と半透明鏡とを備え、
前記半透明鏡の一方の入射端に前記伝送路の出射端の信号光を入射させ、前記半透明鏡の他方の入射端に前記局部発振器が発する局部発振光を入射させ、出射端から信号光と局部発振光とを混合して得られる干渉光を出射し、
前記光検出器は、前記偏波分離器が分離したｘ偏光成分の出射光を入射させるＸ側４象限分割光検出器と、前記偏波分離器が分離したｙ偏光成分の出射光を入射させるＹ側４象限分割光検出器とを備え、Ｘ側４象限分割光検出器及びＹ側４象限分割光検出器はそれぞれ４つの各象限から位相を異にする出力信号を出力し、
前記演算器は、Ｘ側４象限分割光検出器の４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｘ偏光成分の振幅及び位相を演算するＸ偏光成分演算器と、Ｙ側４象限分割光検出器の４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｙ偏光成分の振幅及び位相を演算するＹ偏光成分演算器とを備えることを特徴とする、請求項７に記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光ファイバ通信による伝送技術に関し、多次元多値モード変調による伝送装置、及び伝送方法、並びに伝送装置を構成する送信機並びに受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量光通信技術において、伝送媒体として単一モードファイバの他、より大きな通信容量を有したモード多重用数モードファイバが用いられようとしている。複数モードの伝送を可能とするファイバとして、コア径が太いマルチモードファイバや、コア径を単一モードファイバと多モードファイバとの中間とする数モードファイバがある。数モードファイバでは１０個程度以下の複数の伝搬モードに異なる情報を載せてモード多重伝送を行う。モード多重伝送では、伝送時に複数の単一モード信号をモード多重信号に合波して多モード伝送路で送信し、受信側において受信したモード多重信号を複数の単一モード信号に分波した後に復号する。【０００３】
光ファイバ通信では大容量化のために多値変調技術に加えて多次元変調技術が提案されている。多次元変調空間としてストークス空間内での偏波変調を用いる３次元多値変調（非特許文献１）や、高次モードを変調空間に用いる多次元変調（非特許文献２，３）が提案されている。【０００４】
なお、ここで、モード多重は複数の信号光を光ファイバの複数の異なる伝搬モードで伝送する多重伝送であり、多値変調は複数の光の状態に複数の伝送情報を対応付ける変調であり、変調空間は多次元変調を行う符号空間の数学的な次元をもつ空間である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Kikuchi. And S.Kawakami. Optics Express. Vol.22.  no.7 pp.7374-7387. Apr.2014
【非特許文献２】L.B.Djordjevic, T. Liu,I..Xu. and T. Wang, Photonics J., vol.4.no.5. pp.1325-1332, Oct.2012
【非特許文献３】S.O.Arik, D.S. Millar, T. Koike-Akino, K. Kojima, and K. Parsons, OFC2014, San Francisco. W4J.I.March 2014.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した非特許文献１に記載の偏波変調は，単一モードファイバにおいて基本モードのｘ偏光とｙ偏光の振幅のほかに、ｘ偏光とｙ偏光間の位相差を変調の次元に用いる３次元変調空間における多値変調であるが、高次モードを用いるモード変調ではない。また，上記した非特許文献２と非特許文献３の多値変調技術は、モード空間多次元変調において、多値変調を行う変調次元として全てのモード空間を平等に扱っている。同時に伝送される複数の伝搬モードは、モード間で群速度に差異があるため、全てのモード空間を用いて伝送を行うと、モード間の群速度差によって受信信号に遅延差が生じる。そのため、受信端において到達時間が異なる複数の受信信号を処理するために、ＭＩＭＯ処理等のデジタル信号処理が必要となる。このＭＩＭＯ処理は受信信号の遅延差が大きいとデジタル信号処理の大きな処理量が必要であるため、受信端側の負荷が大きくなるという問題がある。【０００７】
また、多値変調において、ＩＱ面上の信号点を増やすＱＡＭ変調によって１シンボル当たりのビット数を増やすことができる。例えば１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調によれば、１シンボルで４ビットを伝送できる。しかしながら、ＩＱ面上の２次元の面内で信号点を増やすことでビット数を増やすことができるが、ＩＱ面内でのシンボル間の間隔（符号間距離）が狭くなり、信号強度に対する雑音の比率であるＳ／Ｎ比が犠牲になるという問題がある。したがって，長距離伝送して雑音が累積しているような場合には、多値変調信号は符号誤りを起こし易くなるという問題がある。【０００８】
そこで、本願発明は、前記した従来の問題点を解決し、モード空間多次元変調において、受信信号の同時性を確保し、モード間の群速度差による受信信号の遅延差を処理するデジタル信号処理の負荷を大幅に低減することを目的とする。【０００９】
また、多次元変調において、変調空間内でシンボル間の符号間隔を大幅に狭めることなく１シンボル当たりのビット数を増加させ、信号強度に対する雑音の比率（Ｓ／Ｎ比）を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の伝送装置及び伝送方法は、多次元多値モード変調によって情報伝送を行うものである。多次元多値モード変調において、「多次元」は変調を加える変数（あるいはパラメータ）の数が３つ以上の複数あることを表し、「多値」はその変調に用いる変数に０または１のみではなく多段階の変調を加えることを表し、「モード変調」は光ファイバ内を伝播する複数の固有モードの振幅と位相を多次元変調の変数に利用することを表している。【００１１】
本願発明は、空間変調を行う多次元の変調空間として、従来用いていなかったモード間の位相、及び偏光間の位相を用いることによって変調空間の次元を高めるものであり、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの複数の振幅及び位相を多次元の変調空間として用いる。【００１２】
送信側においてモード間の変調を行う変調器や、受信側においてモード間の復調を行う復調器は、通常、モード合分波器で構成されており、モード間の位相については考慮されていない。また、複数の伝搬モードはモード間に群速度差があるため、各モードの信号伝搬時間に同時性がなく、偏光間の位相についても考慮されていない。従来の多次元変調では、モード間の位相、及び偏光間の位相を変調空間として用いられていない。【００１３】
本願発明は、モード間の位相、及び偏光間の位相を変調空間として用いて、多次元変調の変調の次元数を高め、１シンボル当たりの伝送情報量を高めることができる。【００１４】
本願発明の伝送装置及び伝送方法は、数モードファイバを伝送路とし、この数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送を行う。【００１５】
送信側ではモード変調を行い、伝送路ではモード伝搬を行い、受信側ではモード復調を行う。モード変調、モード伝搬、及びモード復調は、多次元多値モード変調による時間領域の変調を用いた伝送である。多次元多値モード変調では、多値の伝送情報を、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの複数の振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付ける。【００１６】
（多次元多値モード変調）
光ファイバを伝搬する導波モードにおいて、伝搬定数がほぼ等しく、重ね合わせによって直線偏波を構成できるモード群はＬＰモードと呼ばれる。ＬＰモードは基本モード（ＬＰ０１モード）及び高次モードを備える。単一モードファイバはＬＰ０１モードのみが伝搬し、数モードファイバはＬＰ０１モードに加えてＬＰ１１モード等の高次モードが伝搬する。【００１７】
ＬＰ１１モードには、電磁界強度分布において、ｘ方向にモード関数の節を持つＬＰ１１ｅｖｅｎモードと、ｙ方向にモード関数の節を持つＬＰ１１ｏｄｄモードがあり、ＬＰ１１ｅｖｅｎモードとＬＰ１１ｏｄｄモードは伝搬定数が等しく縮退している。ＬＰ１１ｅｖｅｎモードとＬＰ１１ｏｄｄモードは、それぞれ偏光方向を９０度異にする２つの電磁界分布が存在するため、ｘ偏光及びｙ偏光を合わせて同じ伝搬定数を持つ４つの異なる電磁界分布によって４重縮退の状態となっている。【００１８】
したがって、ＬＰμｍ（μ＞０）モードのモード群は、モード関数において回転対称な２つのモード電磁界分布を有すると共に、偏光方向が直交する２つのモードの全４つの電磁界分布が４重縮退している。なお、ＬＰ０ｍモードは電磁界分布が中心軸対称なので、直交する偏光の２つのモードが縮退している。【００１９】
ＬＰモードの各電磁界分布は以下の式で表すことができる。
光角周波数をωとし振幅をＡｘとすると、ＬＰ０１モードのｘ偏光成分の電界分布（電界ベクトル）をＥ０１（ｘ）(x,y,z;t)は、
【数１】
2017030137.tif 000003
で表され、ＬＰ０１モードのy偏光成分Ｅ０１（ｙ）(x,y,z;t)は、
【数２】
2017030137.tif 000004
で表される。ここで ｆ０１（x,y）は電界振幅関数であり、この関数はx偏光でもy偏光でも同じである。【００２０】
ＬＰ１１モードの場合も同様であり、ＬＰ１１モードは偏光方向がx偏光とy偏光の２種類に加えて、さらにモード関数がx方向に節をもつか（evenモード（偶モード））、y方向に節をもつか（oddモード（奇モード））の区別があるため、全部で４通りの縮退したモードが存在する。縮退モードでは、伝搬定数は同じで電界分布が異なる。これら４通りの縮退したモードは以下の式で表される。
【数３】
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2017030137.tif 000007
2017030137.tif 000008
【００２１】
なお、ここでは、θ1,θ2,θ3,θ4を全てＬＰ０１モードのx偏光成分を基準とした相対位相で表している。【００２２】
図１は、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ｅｖｅｎモード、及びＬＰ１１ｏｄｄモードの電磁界分布と振幅及び位相を表している。図１において、モード電磁界分布は，強度分布と電界の向きを同時に表現している。また、ＬＰ１１モードにおいて，節の上下（あるいは左右）で電界振幅の符号が逆であり、図では逆方向の電界ベクトルで表している。【００２３】
ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの伝搬定数が異なっているため、入射端においてこれらのＬＰモードを全て含めた変調空間（モード空間）で多次元変調を行うと、信号が到達する時間がモードごとに大幅に異なるため、受信端でのデジタル信号処理に多大な負荷がかかるという問題が発生する。【００２４】
これに対して、本願発明の多次元多値モード変調では、ＬＰ１１ｅｖｅｎモードとＬＰ１１ｏｄｄモードのx偏光およびy偏光の各成分Ｂｘｅ，Ｂｙｅ，Ｂｘｏ，Ｂｙｏと、これらの間の位相差θ１−θ２，θ１−θ３，θ１−θ４ のみを多次元変調のパラメータ（変数）として用い、これによって信号伝搬速度の相違による問題を解消する。なお、各位相θ１〜θ４は伝搬に伴って変化するが、位相差は一定であるため、位相差を用いることで伝搬に伴う変調符号の変化を防いでいる。【００２５】
振幅Ｂｘｅ，Ｂｙｅ，Ｂｘｏ，Ｂｙｏと、位相差θ１−θ２，θ１−θ３，θ１−θ４の７つのパラメータ（変数）を用いることによって、７次元の多次元モード変調が可能となり、１シンボルで７ビットの伝送が可能となる。さらに、信号振幅および位相差に対する変調で多値化を行うことで１シンボル当たりのビット数を増加させることができる。【００２６】
伝搬に伴って座標軸そのものが回転座標変換を受け、また、偏光の基準となる座標軸の回転や偏光間位相差の変化も発生するが、これらは座標変換であるため、逆変換して戻すことが可能である。【００２７】
多値変調における送信側での振幅と位相は多次元の変調空間で１つの点に対応するが、伝搬中に座標軸の方向などが変化するため、受信側では同じ変調空間の点とならない。しかしながら、変調空間における送信側の点（座標）と受信側の点（座標）は１対１に対応するため、その対応関係をあらかじめパイロット信号によって把握することによって、座標変換を逆変換することで信号を複号することができる。【００２８】
本願発明による多次元多値モード変調による伝送は、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードが備える複数の振幅及び位相を多次元の変調空間におけるパラメータとし、このパラメータで定まる各座標に対して伝送情報を対応付ける。【００２９】
図２は本願発明による多次元多値モード変調を説明するための図である。
本願発明の伝送装置は、モード変調を行う送信部Ａ、モード搬送を行う伝送部Ｂ、及びモード復調を行う受信部Ｃを備える。送信部Ａは、数モードファイバの高次モードにおいて縮退モードのＬＰモードと直交偏光成分とを用い、各縮退モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間Ａ１に対して、多値の伝送情報を多次元の変調空間の各座標に対応付ける多次元多値モード変調を行い、得られた信号光を送信する。【００３０】
受信部Ｃは、信号光を受信し、多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光をコヒーレント検出光学系Ｃ１によって局部発振光と合波させ、合波された干渉光から偏波分離Ｃ２によって直交偏光成分を分離し、直交偏光成分から縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調する多次元多値モード復調を行って伝送情報を出力する。【００３１】
伝送部Ｂの入射端で多次元多値モード変調を加えた信号を入射したとき、ＬＰ１１ｅｖｅｎモードやＬＰ１１ｏｄｄモードの電磁界分布の基準になる座標軸（ｘ軸、ｙ軸）が伝搬に伴って回転するため、出射端ではその基準になる座標軸が回転する。【００３２】
また、ｘ軸方向の偏光やｙ軸方向の偏光に合わせて入射させた場合であっても、出射端ではその偏光の座標軸も回転する。したがって、入射端で多次元多値モード変調を加えたときの符号は出射端では座標変換を受けているため、座標逆変換を加える必要がある。【００３３】
受信部Ｃでは、Ｘ側偏光成分差分演算器からのｘ偏光成分とＹ側偏光成分差分演算器からのｙ偏光成分を後段の復号器で座標逆変換を行い、座標変換された符号を戻す。【００３４】
また、本願発明の伝送方法は、送信部Ａ側において、数モードファイバの高次モードにおいて縮退モードのＬＰモードと直交偏光成分とを用い、各縮退モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間Ａ１に対して、多値の伝送情報を多次元の変調空間の各座標に対応付ける多次元多値モード変調を行い、多次元多値モード変調で得られた信号光を送信し、受信部Ｃ側において信号光を受信し、多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光をコヒーレント検出光学系Ｃ１によって局部発振光と合波させ、合波された干渉光から偏波分離器Ｃ２によって直交偏光成分を分離し、直交偏光成分から縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調する多次元多値モード復調を行って伝送情報を出力する。【００３５】
（送信機）
本願発明の送信部を構成する送信機は、伝送路の数モードファイバの高次モードの振幅と位相差を変調空間の変数に用いて伝送情報を送信する送信機であり、図４に示すように、搬送光の光源、搬送光を複数の分岐光に分岐する光分岐器、及び、複数の分岐光に多次元多値モード変調を施す多次元多値モード変調器を備える。【００３６】
多次元多値モード変調器は、複数の多値変調器及びモード合波器を備える。多値変調器は、伝送情報に基づいて、搬送光について数モードファイバの高次モードの各縮退直交偏光モードの振幅及び位相を変調する。【００３７】
多値変調器は、図５に示すように、縮退直交偏光モードのｘ偏光成分及びｙ偏光成分について、ｘ偏光成分の振幅を変調するＸ側振幅変調器、及びｘ偏光成分の位相を変調するＸ側位相変調器と、ｙ偏光成分の振幅を変調するＹ側振幅変調器、及びｙ偏光成分の位相を変調するＹ側位相変調器と、ｘ偏光成分を変調したｘ偏波とｙ偏光成分を変調したｙ偏波とを偏波合波する偏光ビームスプリッタとを備える。【００３８】
モード合波器は、各多値変調器で変調した複数の縮退直交偏光モードを合波し、送信機のモード変調において、多値の伝送情報を、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行う。【００３９】
（受信機）
本願発明の受信部を構成する受信機は、数モードファイバを伝送路とし、前記数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送情報を受信する受信機であり、多次元多値モード復調によって、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復調し伝送情報を出力する多次元多値モード復調器を備える。【００４０】
受信機の多次元多値モード復調器は２つの形態とすることができる。第１の形態は、偏波分離器と領域分割光検出器でコヒーレント検出して得た偏光成分を差分演算することによって位相及び振幅を求め、第２の形態は、モード分波器を用いることによって位相及び振幅を求める。【００４１】
（第１の形態）
第１の形態の多次元多値モード復調器は、混合器と偏波分離器と光検出器と演算器を備える。混合器は、伝送路の出射端の信号光と局部発振光とを混合して干渉光を生成して、多次元多値モード変調された多次元の変調空間の各座標に対応する干渉光を出射する。【００４２】
混合器は、図６に示す様に、局部発振光を発する局部発振器と半透明鏡とを備える構成とすることができる。【００４３】
半透明鏡の一方の入射端に伝送路の出射端の信号光を入射させ、半透明鏡の他方の入射端に局部発振器が発する局部発振光を入射させ、出射端から信号光と局部発振光とを混合して得られる干渉光を出射する。【００４４】
偏波分離器は、干渉光を偏波分離して、縮退直交偏光モードのｘ偏光成分及びｙ偏光成分を分離する。【００４５】
光検出器は、各偏光成分に分離した干渉光を検出する。光検出器は、偏波分離器が分離したｘ偏光成分の出射光を入射させるＸ側４象限分割光検出器と、偏波分離器が分離したｙ偏光成分の出射光を入射させるＹ側４象限分割光検出器とを備え、Ｘ側４象限分割光検出器及びＹ側４象限分割光検出器はそれぞれ４つの各象限から位相を異にする交流出力信号を出力する。【００４６】
演算器は、光検出器で検出した交流成分の加減算によって、縮退直交偏光成分から各縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を得る。演算器は、Ｘ側４象限分割光検出器の４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｘ偏光成分の振幅及び位相を演算するＸ偏光成分演算器と、Ｙ側４象限分割光検出器の４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｙ偏光成分の振幅及び位相を演算するＹ偏光成分演算器とを備える。【００４７】
受信機のモード復調において、多値の伝送情報は、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行う。【００４８】
コヒーレント検出はヘテロダイン検出回路で構成することができる。コヒーレント検出では、信号光の光角周波数ω０と局部発振器が発する局部発振光の角周波数ω１との差の角周波数Δωが電気信号の角周波数として検出される。なお、位相は周期２π／Δωの数サイクル分の検出時間内の交流信号に基づいて検出される。【００４９】
（第２の形態）
第２の形態の多次元多値モード復調器はモード分波器を用いる形態であり、モード分波器で分波したモード成分を偏波分離器で分離した後、光検出器でコヒーレント検出を行う形態である。【００５０】
第２の形態では、モード分波器で分波したモード成分を混合器で局部発振光と混合した後、偏波分離器でｘ偏光とｙ偏光に分離する第１の構成と、混合器で局部発振光と混合した後にモード分波器でモード成分に分波する第２の構成とすることができる。【００５１】
（多次元変調による効果）
本願発明の多次元多値モード変調は、変調空間を多次元とすることによって、シンボル間の距離（符号間距離）を大きくすることができるため、Ｓ／Ｎ比を大きくすることができる。したがって、多値度を上げて１シンボルで多くのビット数を送ることができる。【００５２】
例えば、従来の２次元変調空間で３ビット（８値ＱＡＭ）変調をする場合において、電力一定（Ｐ∝|Ｅ|２）の条件では、符号間距離は約０．７６５Ｅ（＝（２−√２）・Ｅ）となる。一方、図３に示すように３次元変調空間での３ビット変調（８値の偏波変調）では符号間距離は１．１５４７Ｅ（＝（２・Ｅ）／√３））となり，２次元変調に比べて符号間距離を約１．５倍大きくすることができる。【００５３】
なお、図３は３次元変調空間による多値偏波変調の例を示し、図３（ａ）はＱＰＳＫ変調を、図３（ｂ）は４値偏波変調を示している。図３（ｂ）の４値偏波変調の信号点間距離は、図３（ａ）のＱＰＳＫ変調の信号点間距離よりも大きい。図３（ｃ）は８値偏波変調を示している。
【発明の効果】
【００５４】
以上説明したように、本願発明によれば、モード空間多次元変調において、受信信号の同時性を確保し、モード間の群速度差による受信信号の遅延差を処理するデジタル信号処理の負荷を大幅に低減することができる。【００５５】
本願発明によれば、多次元変調において、変調空間内でシンボル間の間隔を大幅に狭めることなく１シンボル当たりのビット数を増加させ、信号強度に対する雑音の比率（Ｓ／Ｎ比）を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ｅｖｅｎモード、及びＬＰ１１ｏｄｄモードの電磁界分布と振幅及び位相を表す図である。
【図２】本願発明による多次元多値モード変調を説明するための図である。
【図３】３次元変調空間による多値偏波変調の例を示す図である。
【図４】本願発明の伝送装置を説明するための図である。
【図５】本願発明の送信器を説明するための図である。
【図６】本願発明の受信器を説明するための図である。
【図７】Ｘ偏光成分演算器とＹ偏光成分演算器の構成例を説明するための図である。
【図８】本願発明の受信機が備える多次元多値モード復調器の他の構成例を説明するための図である。
【図９】本願発明の受信機の第１の構成において、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ｅｖｅｎモード、及びＬＰ１１ｏｄｄモードの各モードの構成例を説明するための図であ。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図４を用いて本願発明の伝送装置を説明し、図５を用いて本願発明の送信器を説明し、図６〜９を用いて本願発明の受信器を説明する。
【００５８】
（伝送装置）
図４において、本願発明の伝送装置１０は、送信部として送信機２０、伝送路として数モードファイバ３０、及び受信部として受信機４０を備える。
【００５９】
送信部を構成する送信機２０は、数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送情報を送信する送信機であり、搬送光の光源２１、搬送光を複数の分岐光に分岐する光分岐器２２、複数の分岐光に対して多次元多値モード変調を施す多次元多値モード変調器２３を備える。
【００６０】
多次元多値モード変調器２３は、複数の多値変調器２３Ａ〜２３Ｄと、多値変調器２３Ａ〜２３Ｄで多値変調された複数のモード信号を合波するモード合波器２３Ｉを備える。なお、多値変調器２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄは図５に示されている。多値変調器２３Ａは、伝送情報に基づいて、搬送光を分岐した分岐光について数モードファイバの高次モードの各縮退直交偏光モードの振幅及び位相を変調する。多値変調器２３Ａにおいて、縮退直交偏光モードの振幅及び位相を変調する変調信号は伝送情報に基づいて符号器２４で得ることができる。符号器２４における伝送情報と変調信号との関係は、変調によって得られる振幅及び位相との対応関係を予め求めておくことで取得することができる。
【００６１】
モード合波器２３Ｉは、各多値変調器２３Ａ〜２３Ｄで変調した複数の縮退直交偏光モードを合波する。これによって、送信機２０のモード変調において、多値の伝送情報を、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けする。
【００６２】
数モードファイバ３０は、多次元多値モード変調された光信号を伝送する。受信部を構成する受信機４０は、数モードファイバ３０で伝送された光信号を受信し、数モードファイバの高次モードを変調空間に用いて伝送情報を取得する受信機であり、多次元多値モード復調器４１と、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復号して伝送情報を求める復号器４２を備える。
【００６３】
多次元多値モード復調器４１は、混合器４１Ａと偏波分離器４１Ｂと光検出器４１Ｃと演算器４１Ｄを備え、多次元多値モード変調された光信号を多次元多値モード復調し、復調した縮退直交偏光モードの振幅及び位相差の電気信号を出力する。
【００６４】
混合器４１Ａは、伝送路の出射端の信号光と局部発振光とを混合して干渉光を出力する。偏波分離器４１Ｂは、混合器４１Ａから出力された干渉光を偏波分離して、ｘ偏光成分及びｙ偏光成分を分離する。光検出器４１Ｃは、各偏光成分に分離した干渉光を検出して電気信号を出力する。演算器４１Ｄは、光検出器４１Ｃで検出した交流成分を加減算することによって、各縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を演算によって取得する。
【００６５】
復号器４２は、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復号して伝送情報を求める。振幅及び位相差と伝送情報との対応関係は、符号器２４において求めておいた伝送情報と変調信号との対応関係から得ることができる。
【００６６】
（送信機の多次元多値モード変調器）
図５は本願発明の送信機が備える多次元多値モード変調器の一構成例を説明するための図である。
【００６７】
多次元多値モード変調器２３は、縮退直交偏光モードに応じて複数の多値変調器２３Ａ〜２３Ｄ、及びモード合波器２３Ｉを備える。図５では、ＬＰ１１ｅｖｅｎモード、ＬＰ１１ｏｄｄモード、ＬＰ０１モードの各変調モードを多値変調する多値変調器２３Ａ、２３Ｂ、及び２３Ｃを示している。多値変調器２３Ｄは他のＬＰμｍモードを多値変調する多値変調器を表している。
【００６８】
以下では、ＬＰ１１モードの内のＬＰ１１ｅｖｅｎモードにおいて多値変調を行う多値変調器２３Ａについて説明するが、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ｏｄｄモード、ＬＰμｍモードにおいて多値変調を行う多値変調器についても同様の構成とすることができる。
【００６９】
符号器２４は伝送情報を変換して制御器２５を駆動する制御信号を生成する。制御器２５は多値変調器２３Ａが備えるＸ側駆動回路２３Ａａ及びＹ側駆動回路２３Ａｂを駆動する。
【００７０】
Ｘ側駆動回路２３Ａａは、分岐光の縮退直交偏光モードのｘ偏光成分について、Ｘ側振幅変調器２３Ａｃを駆動してｘ偏光成分の振幅を振幅Ｂｘｅに変調し、Ｘ側位相変調器２３Ａｅを駆動してｘ偏光成分の位相を位相θ１に変調する。
【００７１】
一方、Ｙ側駆動回路２３Ａｂは、分岐光の縮退直交偏光モードのｙ偏光成分について、Ｙ側振幅変調器２３Ａｄを駆動してｙ偏光成分の振幅を振幅Ｂｙｅに変調し、Ｙ側位相変調器２３Ａｆを駆動してｙ偏光成分の位相を位相θ２に変調する。
【００７２】
多値変調器２３Ａは、ｘ偏光成分の振幅と位相を多値変調したＸ偏波と、ｙ偏光成分の振幅と位相を多値変調したＹ偏波とを偏波合成する偏波合成器を備える。偏波合成器は偏光ビームスプリッタ２３Ａｇで構成することができる。
【００７３】
制御器２５は、複数の多値変調器２３Ａ〜２３Ｄの中から多値変調を行う多値変調器を選択する。
【００７４】
数モードファイバの伝搬光の群速度は異なるモード間で差異があるため、群速度差によって受信側に到達する時間差を避けるには、群速度差を有するモードを多次元多値モード変調の変数（変調空間）に使用しないことが必要である。このことから、制御器２５は、複数のモードの内、伝搬定数がほぼ等しい縮退している高次モードを選択し、選択した高次モードで多値変調を行う。例えば、ＬＰ１１モードのみを多値変調する。ここで、ＬＰ１１ｅｖｅｎモードとＬＰ１１ｏｄｄモードとはモード電磁界分布が相互に９０度回転対称であって伝搬定数が等しく群速度が同じであるため、ｘ偏波及びｙ偏波について多値変調した後、偏波合成する。
【００７５】
上記構成によって、多値変調器２３Ａからは、振幅及び位相を変調したｘ偏波及びｙ偏波が偏波合成された光信号が出力される。
【００７６】
各多値変調器２３Ａ〜２３Ｄの光信号は数モードファイバ２３Ｅ〜２３Ｈを介してモード合成器２３Ｉに送られる。単一モードファイバ２３Ｅ〜２３Ｈは、各多値変調器２３Ａ〜２３Ｄで変調した信号光を伝送する。
【００７７】
モード合波器２３Ｉは、各多値変調器２３Ａ〜２３Ｄで変調した複数の縮退直交偏光モード成分の内、制御器２５で選択され多値変調された、伝搬定数がほぼ等しい高次モードをモード合波する。
【００７８】
上記した送信機の構成によって、送信機のモード変調において、多値の伝送情報を、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けし、多次元多値モード変調による伝送を行う。
【００７９】
（受信機の多次元多値モード復調器）
受信機の多次元多値モード復調器は２つの形態とすることができる。第１の形態は、偏波分離器と領域分割光検出器でコヒーレント検出して得た偏光成分を差分演算することによって位相及び振幅を求める。また、第２の形態は、モード分波器を用いることによって差分演算を行うこと無く位相及び振幅を求める。
【００８０】
（多次元多値モード復調器の第１の形態）
図６は本願発明の受信機が備える多次元多値モード復調器の一構成例を説明するための図であり、光検出器で検出して得た偏光成分を差分演算することによって位相及び振幅を求める第１の形態の構成例である。
【００８１】
多次元多値モード復調器４１は、混合器４１Ａと偏波分離器４１Ｂと光検出器４１Ｃと演算器４１Ｄを備える。
【００８２】
混合器４１Ａは、信号光の光角周波数ω０と局部発振器が発する局部発振光の角周波数ω１との差の角周波数Δωの成分を含む干渉光を生成する機構であり、局部発振光を発する局部発振器４１Ａａと、λ／４波長板４１Ａｂと、半透明鏡４１Ａｃとを備える。
【００８３】
局部発振器４１Ａａから発せられた局部発振光は、偏波面保持ファイバ４５を介してレンズ４６及びλ／４波長板４１Ａｂに導かれる。なお、通常の単一モードファイバでは出射端での偏光状態が楕円偏光でありその偏光状態は不安定であるため、ここでは、局部発振光の偏光状態を保持したままλ／４波長板４１Ａｂに導くために偏波面保持ファイバ４５を用いている。また、レンズ４６は、局部発振光を平行光にしてλ／４波長板４Ａｂに入射させるレンズである。
【００８４】
λ／４波長板４１Ａｂの主軸を局部発振光の直線偏光の偏光方向に対して４５°回転させた状態で設置して、局部発振光を円偏光として混合器４１Ａに入射させて、信号光の如何なる偏光成分にも干渉させる。なお、λ／４波長板に代えて、λ／２波長板を，その主軸が局部発振光の直線偏光の偏光方向とモード分析装置の座標系におけるｘ軸との中間の角度をなすように回転させた状態で設置して，局部発振光の偏光方向がモード分析装置の座標系のｘ軸に対して４５°傾いた角度で混合器４１Ａに入射させても良い。さらには、局部発振光からの光をレンズに導く偏波面保持ファイバ４５の偏光主軸をモード分析装置の座標系のｘ軸に対して４５°傾けて配置して、局部発振光の偏光方向がモード分析装置の座標系のｘ軸に対して４５°傾いた角度で混合器４１Ａに入射させても良い。
【００８５】
半透明鏡４１Ａｃの一方の入射端に伝送路（数モードファイバ３０）の出射端の信号光をレンズ４４を介して入射させ、半透明鏡４１Ａcの他方の入射端に局部発振器４１Ａａが発する局部発振光を入射させ、出射端から信号光と局部発振光とを混合して得られる干渉光を出射する。
【００８６】
なお、数モードファイバ３０と半透明鏡４１Ａｃの一方の入射端との間に設けるレンズ４４は平行光を生成するためである。
【００８７】
偏波分離器４１Ｂは偏光ビームスプリッタで構成することができ、混合器４１Ａで生成した干渉光を偏波分離して、縮退直交偏光モードのｘ偏光成分及びｙ偏光成分を分離する。
【００８８】
光検出器４１Ｃは、偏波分離器４１Ｂで各偏光成分に分離した干渉光を検出する。光検出器４１Ｃは、偏波分離器４１Ｂが分離したｘ偏光成分の干渉光を入射させるＸ側４象限分割光検出器４１Ｃｘと、偏波分離器４１Ｂが分離したｙ偏光成分の干渉光を入射させるＹ側４象限分割光検出器４１Ｃｙとを備え、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｘ及びＹ側４象限分割光検出器４１Ｃｙはそれぞれ４つの各象限から位相を異にする出力信号Ｉx１，Ｉx２，Ｉx３，Ｉx４、出力信号Ｉy１，Ｉy２，Ｉy３，Ｉy４を出力する。
【００８９】
演算器４１Ｄは、光検出器４１Ｃで検出した交流成分の電気信号の加減算によって、縮退直交偏光成分から各縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を得る。演算器４１Ｄは、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｘの４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｘ偏光成分の振幅及び位相を演算するＸ偏光成分演算器４１Ｄｘと、Ｙ側４象限分割光検出器４１Ｃｙの４つの出力信号を入力し、各出力信号を加減算してｙ偏光成分の振幅及び位相を演算するＹ偏光成分演算器４１Ｄｙとを備える。
【００９０】
モード分離について、ＬＰ０１、ＬＰ１１ｅｖｅｎ、ＬＰ１１ｏｄｄの３つのモードを例にして説明する。
【００９１】
数モードファイバの出射端での信号光のＬＰ０１、ＬＰ１１ｅｖｅｎ、ＬＰ１１ｏｄｄの３つのモードのｘ偏光とｙ偏光成分をすべて含む混合状態の電界振幅（Ａｘ，Ａｙ，Ｂｘｅ，Ｂｙｅ，Ｂｘｏ，Ｂｙｏ）と、ＬＰ０１モードのｘ偏光を基準とする各モードの位相差（θ0−４）を以下の式（７）で定義する。
【数４】
2017030137.tif 000009
【００９２】
局部発振光（電界をＥＬＯとする）と干渉し、偏光ビームスプリッタ（通過する偏光方向の単位ベクトルをｅｐｏｌとする）を通過した後の信号光の光電力は式（８）で表される。
【数５】
2017030137.tif 000010
【００９３】
ここで、干渉光の交流成分について、４象限分割光検出器の第ν象限で生じる電流ＩνＡＣは以下の式（９）で表される。
【数６】
2017030137.tif 000011
ただし，係数ξとηは
【数７】
2017030137.tif 000012
で表され、ｗ０は基本モードのＬＰ０１モード電磁界分布をガウス関数で近似した場合のスポットサイズであり、Ｄは局部発振光を平面波近似した場合の電界振幅、Ｎ０とＮ１はそれぞれＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの電磁界分布関数の規格化定数である。
【００９４】
また、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差は、以下の表１で表されるように各象限の交流電流の加減算で求めることができる。
【表１】
2017030137.tif 000013
【００９５】
図７はＸ偏光成分演算器とＹ偏光成分演算器の構成例を説明するための図である。
表１で示したように、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差は、各象限の交流電流ＩνＡＣの加減算で求めることができる。ここで、νは象限１〜４に対応している。
【００９６】
図７（ａ）は、縮退直交偏光モードのｘ偏光成分の振幅Ａｘ，Ｂｘｅ，Ｂｘｏ、及びｘ偏光成分の位相θ１、θ３を演算する構成例を示している。
【００９７】
ＬＰ０１モードのｘ偏光成分の振幅Ａｘ及びｘ偏光成分の位相は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｘの出力信号Ｉx１，Ｉx２，Ｉx３，Ｉx４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後に加算器で加算し、振幅及び位相検波器を通すことで得ることができる。なお、ここでは、ＬＰ０１モードのｘ偏光成分の位相を位相基準とするために“０”としている。
【００９８】
ＬＰ１１ｅｖｅｎモードのｘ偏光成分の振幅Ｂｘｅ及びｘ偏光成分の位相θ１は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｘの出力信号Ｉx１，Ｉx２，Ｉx３，Ｉx４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後、減算器で求めた出力信号Ｉx１とＩx２との差分（Ｉx１−Ｉx２）と、減算器で求めた出力信号Ｉx４とＩx３との差分（Ｉx４−Ｉx３）とを加算器で加算し、振幅及び位相検波器を通すことで得ることができる。
【００９９】
ＬＰ１１ｏｄｄモードのｘ偏光成分の振幅Ｂｘｏ及びｘ偏光成分の位相θ３は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｘの出力信号Ｉx１，Ｉx２，Ｉx３，Ｉx４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後、減算器で求めた出力信号Ｉx１とＩx４の差分（Ｉx１−Ｉx４）と、減算器で求めた出力信号Ｉx２とＩx３との差分（Ｉx２−Ｉx３）とを加算器で加算し、振幅及び位相検波器を通すことで得ることができる。
【０１００】
図７（ｂ）は、縮退直交偏光モードのｙ偏光成分の振幅Ａｙ，Ｂｙｅ，Ｂｙｏ、及びｙ偏光成分の位相θ０、θ２、θ４を演算する構成例を示している。
【０１０１】
ＬＰ０１モードのｙ偏光成分の振幅Ａｙ及びｙ偏光成分の位相θ０は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｙの出力信号Ｉy１，Ｉy２，Ｉy３，Ｉy４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後に加算器で加算し、振幅及び位相検波器を通すことで得ることができる。なお、ここでは、ＬＰ０１モードのｙ偏光成分の位相をｘ偏光成分の位相基準に対してθ０としている。
【０１０２】
ＬＰ１１ｅｖｅｎモードのｙ偏光成分の振幅Ｂｙｅ及びｙ偏光成分の位相θ２は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｙの出力信号Ｉy１，Ｉy２，Ｉy３，Ｉy４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後、減算器で求めた出力信号Ｉy１とＩy２との差分（Ｉy１−Ｉy２）と、減算器で求めた出力信号Ｉy４とＩy３との差分（Ｉy４−Ｉy３）とを加算器で加算し、位相検波器を通すことで得ることができる。
【０１０３】
ＬＰ１１ｏｄｄモードのｙ偏光成分の振幅Ｂｙｏ及びｙ偏光成分の位相θ４は、Ｘ側４象限分割光検出器４１Ｃｙの出力信号Ｉy１，Ｉy２，Ｉy３，Ｉy４を帯域透過フィルタで各周波数Δωの交流成分のみを取り出した後、減算器で求めた出力信号Ｉy１とＩy４の差分（Ｉy１−Ｉy４）と、減算器で求めた出力信号Ｉy２とＩy３との差分（Ｉy２−Ｉy３）とを加算器で加算し、位相検波器を通すことで得ることができる。
【０１０４】
受信機のモード復調において、多値の伝送情報は、数モードファイバの高次モードの縮退直交偏光モードの振幅及び位相をパラメータとする多次元の変調空間に対して、当該多次元の変調空間のパラメータで定まる各座標に対応付けしており、数モードファイバを伝送中に、座標軸が回転座標変換した場合であっても変調空間における送信側の点（座標）と受信側の点（座標）は１対１に対応するため、その対応関係をあらかじめパイロット信号によって把握することによって、座標変換を逆変換することで信号を複号することができ、復号器４２は、縮退直交偏光モードの振幅及び位相差を復号して伝送情報を求める。振幅及び位相差と伝送情報との対応関係は、符号器２４において求めておいた伝送情報と変調信号との対応関係から得ることができる。
【０１０５】
なお、送信機２０側において、多値変調器２３Ａ〜２３Ｄの出力端、あるいはモード合波器２３Ｉの出力端に，出力光の一部を分岐させた後に受信機４０と同様の構成を設け、各出力光を検出するモニタ（図５には示していない）を設ける構成としてもよい。
【０１０６】
（多次元多値モード復調器の第２の形態）
図８は本願発明の受信機が備える多次元多値モード復調器の他の構成例を説明するための図であり、モード分波器を用いることによって位相及び振幅を求める第２の形態であり、モード分波器で分波したモード成分を偏波分離器で分離した後、光検出器でコヒーレント検出を行う。第２の形態は、コヒーレント受信する際に２つの構成で実現することができる。
【０１０７】
（第１の構成）
第１の構成は、モード分波器で分波したモード成分を混合器で局部発振光と混合した後、偏波分離器でｘ偏光とｙ偏光に分離する。  図８（ａ）は第１の構成を説明するための図である。
【０１０８】
モード分波器を使いる第１の構成は、複数のモードをモード分波器４１Ｅで、一旦モード分波して単一モード導波路または単一モードファイバに入射させてから、混合器４１Ａでそれぞれのモード成分に局部発振光を混合させ、さらに偏波分離器４１Ｂを通してｘ偏光とｙ偏光成分に分離した後、光検出器４１Ｃで検出する構成であり、光検出器４１Ｃでコヒーレント検出を行って振幅と位相を求める。
【０１０９】
偏光分離器４１Ｂは導波路型の方向性結合器を用いると９０度ハイブリッドを構成でき、また入射ポートと出射ポートが２つあるため、混合器４１Ａと偏光分離器４１Ｂを共用する構成とすることもできる。
【０１１０】
図９は、第１の構成において、ＬＰ０１モード、ＬＰ１１モードの各モードの直交偏光成分を受信して復号する構成例を示している。ＬＰ１１モードはＬＰ１１ｅｖｅｎモードとＬＰ１１ｏｄｄモードとを含む。
【０１１１】
各モードの構成は、例えばＬＰ１１モードでは、モード分波器４１Ｅでモード分波したモード成分を混合器４１Ａ（４１Ａｅ，４１Ａｏ）で局部発振光と混合させ、偏波分離器４１Ｂ（４１Ｂｅ，４１Ｂｏ）でｘ偏光成分とｙ偏光成分に分離し、ｘ偏光側光検出器４１Ｃｘ（４１Ｃｘｅ，４１Ｃｘｏ）でｘ偏光成分を検出し、ｙ偏光側光検出器４１Ｃｙ（４１Ｃyｅ，４１Ｃyｏ）でｙ偏光成分の振幅及び位相を検出する。復号器４２（４２ｅ，４２ｏ）は検出したｘ偏光成分とｙ偏光成分の振幅及び位相から復号した受信信号を出力する。（ｅｖｅｎとｏｄｄについては光検出器４１Ｃ（４１Ｃｘｅ，４１Ｃyｅ，４１Ｃｘｏ，４１Ｃｙｏ）の出力で区別できる。）ＬＰ０１モードについても同様とすることができるため、ここでの説明を省略する。
【０１１２】
（第２の構成）
第２の構成は、混合器で局部発振光と混合した後にモード分波器でモード成分に分波し、偏波分離器でｘ偏光とｙ偏光に分離する。図８（ｂ）は第２の構成を説明するための図である。
【０１１３】
モード分波器を使いる第２の構成は、モード分波器４１Ｅに入射させる前に信号光と局部発振光を混合器４１Ａで混合させ、その後、モード分波器４１Ｅでそれぞれのモードに分波した後に、偏光分離器４１Ｂでｘ偏光成分とｙ偏光成分に分離してから光検出器４１Ｃでコヒーレント検出する。
【０１１４】
第２の構成は、モード分波器の前に行う局部発振光との混合は空間光学系で行うことができる。空間光学系の一構成例は、レンズを用いた空間光学系であり、混合器４１Ａの後にレンズで集光して導波路型モード分波器に入射させる。また、空間光学系の他の構成例は、レンズを用いて導波路型モード分波器に入射させない空間光学系であり、混合器４１Ａの後、空間ビームのままで空間ビーム型モード分波器に入射させる。
【０１１５】
なお、本願発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本願発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本願発明の伝送装置及び伝送方法は、光ファイバ通信の高次モードを利用した多次元多値伝送に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０    伝送装置
２０    送信機
２１    光源
２２    光分岐器
２３    多次元多値モード変調器
２３Ａ〜２３Ｄ    多値変調器
２３Ａａ    Ｘ側駆動回路
２３Ａｂ    Ｙ側駆動回路
２３Ａｃ    Ｘ側振幅変調器
２３Ａｄ    Ｙ側振幅変調器
２３Ａｅ    Ｘ側位相変調器
２３Ａｆ    Ｙ側位相変調器
２３Ａｇ    偏波ビームスプリッタ
２３Ｅ-２３Ｈ    単一モードモードファイバ
２３Ｉ    モード合成器
２４    符号器
２５    制御器
３０    数モードファイバ
４０    受信機
４１    多次元多値モード復調器
４１Ａ    混合器
４１Ａａ    局部発振器
４１Ａｂ    波長板
４１Ａｃ    半透明鏡
４１Ｂ    偏波分離器
４１Ｃ    光検出器
４１Ｃｘ    ４象限分割光検出器
４１Ｃｙ    ４象限分割光検出器
４１Ｄ    演算器
４１Ｄｘ    Ｘ偏光成分演算器
４１Ｄｙ    Ｙ偏光成分演算器
４１Ｅ        モード分波器
４２    復号器
４４    レンズ
４５  偏波面保持ファイバ
４６  レンズ
Ａ１    変調空間
Ｂ  数モードファイバ
Ｃ    受信部
Ｃ１    コヒーレント検出光学系
Ｃ２    偏波分離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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