(57)【要約】  本開示に係る光ファイバは、純シリカのコアであり、実効カットオフ条件を考慮して、比屈折率差を０．６０％以下にし、実効断面積を２５０μｍ２以上のＬＰｍ１モードが伝搬するステップインデックスコアを有する光ファイバであり、この光ファイバを伝送路とし、２個以上のモードもしくはＬＰｍ１モードのみを伝搬させる。
2018008635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純石英のコアを有し、
前記コアに対するクラッドの屈折率分布形状がステップインデックス型であり、
ＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）が伝搬する所定のＶ値を有する、光ファイバ。
【請求項２】
前記ｍが１でありかつ前記所定のＶ値が３．８超４．３未満であるか、或いは、
前記ｍが２でありかつ前記所定のＶ値が５．１超５．８未満であるか、或いは、
前記ｍが３でありかつ前記所定のＶ値が６．３超７．１未満であるか、或いは、
前記ｍが４でありかつ前記所定のＶ値が７．１超７．８未満である、
請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記所定のＶ値は、不要モードのうちの最も低次のモードの実効屈折率差に基づいて定められている、
請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
信号光を送信する光送信器と、
前記信号光をＬＰｍ１（ｍは１以上の整数）モードに励振を行うモード励振器と、
前記ＬＰｍ１モードの信号光を伝搬する、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバを含む伝送路と、
前記ＬＰｍ１モードの２つの縮退モードを分波し、基本モードに変換するモード分波器と、
分波された前記各基本モードの信号光を受信する光受信器と、を備える光伝送システム。
【請求項５】
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）の光送信器と、
前記各光送信器からの信号光を、ＬＰｍ１（ｍは１以上の整数）モードのうちの異なるＮ個のモードに励振を行い、各モードの信号光を合波するモード合波器と、
前記モード合波器からの合波信号を伝搬する、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバを含む伝送路と、
前記伝送路を伝搬したＮ個のＬＰｍ１モードをＮ個の基本モードに変換し分波を行うモード分波器と、
分波された前記各基本モードの信号光を受信する光受信器と、を備える光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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光ファイバ及びその光伝送システムに関する。
本願は、２０１６年０７月０４日に、日本に出願された特願２０１６−１３２１４０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
この数モード光ファイバを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、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１を参照。）。そこで、ＤＭＤの影響を緩和するために、モード消光比の高いモード合波器とモード分波器およびモード間の結合を極力抑制した光ファイバ伝送路を利用した光伝送システムが提案されている（例えば、非特許文献２，３を参照。）。【０００４】
また、モード間の結合を抑制するために、ステップインデックスコア光ファイバが提案されている（例えば、非特許文献４を参照。）。消光比の高いモード合分波器およびモード結合を抑制した光ファイバ伝送路を用いることにより、受信端のＭＩＭＯ ＤＳＰによるモード間クロストークの補償を抑え、従来のシングルモードファイバを伝送路とした光伝送システムと同程度のＤＳＰ負荷で信号復元が可能である。【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｏ． Ａｒｉｋ 他， “Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｏｄｅ ｃ ｏｕｐｌｉｎｇ ｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔ ｙ ｉｎ ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ”， Ｊ． Ｌ ｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ３１ （３） （２０１３） ４２３−４３ １．
【非特許文献２】Ｐｈｉｌｉｐｐｅ Ｇｅｎｅｖａｕｘ 他， “６−ｍｏｄｅ Ｓ ｐａｔｉａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ ａｎｄ Ｈ ｉｇｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｆｅｗ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ”， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍ ｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉ ｇｅｓｔ （ｏｎｌｉｎｅ） （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒ ｉｃａ， ２０１５）， ｐａｐｅｒ Ｗ１Ａ．５．
【非特許文献３】Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｓｉｍｏｎｎｅａｕ 他， “５−ｍｏｄｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｍｏｄａｌ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｆｏ ｒ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ ｏｎ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ”， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ ２０ １５）， ４１ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉ ｂｉｔｉｏｎ， Ｓｅｐｔ． ２０１５， ｐａｐｅｒ Ｗｅ．２．４．２．
【非特許文献４】Ｐｉｅｒｒｅ Ｓｉｌｌａｒｄ 他，“Ｆｅｗ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂ ｅｒ ｆｏｒ Ｕｎｃｏｕｐｌｅｄ Ｍｏｄｅ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌ ｅｘｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ”， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕ ｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ ２０１１）， ３７ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏ ｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ， Ｓｅｐｔ． ２０１１， ｐ ａｐｅｒ Ｔｕ．５．ＬｅＣｅｒｖｉｎ．７．
【非特許文献５】Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， Ｔ． Ｈａｒｕｎａ， Ｙ． Ｔａｍｕｒ ａ， Ｔ． Ｋａｗａｎｏ， Ｓ． Ｏｈｎｕｋｉ， Ｙ． Ｙａｍａｍｏｔｏ， Ｙ． Ｋｏｙａｎｏ， ａｎｄ Ｔ． Ｓａｓａｋｉ， “Ｒｅｃｏｒｄ Ｌｏｗ Ｌｏｓｓ， Ｒｅｃｏｒｄ Ｈｉｇｈ ＦＯＭ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｗｉ ｔｈ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒａｂｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ，” ｉｎ ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／Ｎａｔｉｏｎ ａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ２０ １３， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ｏｎｌｉｎｅ） （Ｏｐｔ ｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１３）， ｐａｐｅｒ ＰＤＰ５Ａ．７．
【非特許文献６】Ｓ． Ｍａｋｏｖｅｊｓ， Ｃ． Ｒｏｂｅｒｔｓ， Ｆ． Ｐａ ｌａｃｉｏｓ， Ｈ． Ｂ． Ｍａｔｔｈｅｗｓ， Ｄ． Ａ． Ｌｅｗｉｓ， Ｄ． Ｔ． Ｓｍｉｔｈ， Ｐ． Ｇ． Ｄｉｅｈｌ， Ｊ． Ｊ． Ｊｏｈｎｓｏｎ， Ｊ． Ｄ． Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ， Ｃ． Ｔｏｗｅｒｙ， ａｎｄ Ｓ． Ｔ ｅｎ， “Ｒｅｃｏｒｄ−Ｌｏｗ （０．１４６０ ｄＢ／ｋｍ） Ａｔｔｅｎｕａ ｔｉｏｎ Ｕｌｔｒａ−Ｌａｒｇｅ Ａｅｆｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ ｆｏ ｒ Ｓｕｂｍａｒｉｎｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｏｓｔ Ｄｅ ａｄｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ｏ ｎｌｉｎｅ） （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０ １５）， ｐａｐｅｒ Ｔｈ５Ａ．２．
【非特許文献７】Ｆ． Ｙａｍａｎ， Ｓ． Ｚｈａｎｇ， Ｙ． Ｈｕａｎｇ， Ｅ． Ｉｐ， Ｊ． Ｄ． Ｄｏｗｎｉｅ， Ｗ． Ａ． Ｗｏｏｄ， Ａ． Ｚａ ｋｈａｒｉａｎ， Ｓ． Ｍｉｓｈｒａ， Ｊ． Ｈｕｒｌｅｙ， Ｙ． ｚｈａｎ ｇ， Ｉ． Ｂ． Ｄｊｏｒｄｊｅｖｉｃ， Ｍ． Ｈｕａｎｇ， Ｅ． Ｍａｔｅ ｏ， Ｋ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｔ． Ｉｎｏｕｅ， Ｙ． Ｉｎａｄａ， ａｎ ｄ Ｔ． Ｏｇａｔａ， “Ｆｉｒｓｔ Ｑｕａｓｉ−Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｔ ｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ Ｔｒａｎｓｏｃｅａｎｉｃ Ｄｉｓｔａｎｃｅ  ｕｓｉｎｇ Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ”， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉ ｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｏｓｔ Ｄｅａｄ ｌｉｎｅ Ｐａｐｅｒｓ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ｏｎｌ ｉｎｅ） （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１５）， ｐａｐｅｒ Ｔｈ５Ｃ．７．
【非特許文献８】Ａｂｄｕｌｌａｈ Ａｌ Ａｍｉｎ， Ａｎ Ｌｉ， Ｓｉｍｉｎ Ｃｈｅｎ， Ｘｉ Ｃｈｅｎ， Ｇｕａｎｊｕｎ Ｇａｏ ａｎｄ Ｗｉｌｌｉａ ｍ Ｓｈｉｅｈ， “Ｄｕａｌ−ＬＰ１１ ｍｏｄｅ ４ｘ４ ＭＩＭＯ−ＯＦＤＭ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｖｅｒ ａ ｔｗｏ−ｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ”， Ｏｐｔ． Ｅｘｐｒｅｓｓ． １９ （１７） （２０１１） １６６７２−１６６ ７９．
【非特許文献９】Ｙａｓｕｙｕｋｉ Ｋａｔｏ， Ｋｅｎｉｃｈｉ Ｋｉｔａｙａｍ ａ， Ｓｈｉｇｅｙｕｋｉ Ｓｅｉｋａｉ， ａｎｄ Ｎａｏｙａ Ｕｃｈｉｄａ， “Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｃｕｔｏｆｆ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｌ Ｐｌｌ Ｍｏｄｅ ｉｎ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｃａｂｌｅｓ”， Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ＱＥ−１７ （１） （１９８１） ３５−３９．
【非特許文献１０】Ｍ． Ｂｉｇｏｔ−Ａｓｔｒｕｃ， Ｄ． Ｂｏｉｖｉｎ ａｎ ｄ Ｐ． Ｓｉｌｌａｒｄ， “Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｅａｋｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ ｆｅｗ−ｍｏｄｅｓ ｆｉｂｅｒｓ”， ２ ０１２ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐｉ ｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｓｅｒｉｅｓ， Ｓｅａｔｔｌｅ， ＷＡ， ２０１２，ｐｐ． １８９−１９０．
【非特許文献１１】ＹｏｎｇｍｉｎＪｕｎｇ他，Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｍｏｄａｌ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ａ ＦＥＷ−Ｍｏｄｅ ＥＤＦＡ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ Ｓｉｘ Ｓｐａｔｉａｌ Ｍｏｄｅｓ（ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ, ＶＯＬ. ２６, ＮＯ. １１, ＪＵＮＥ １, ２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献２はＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ２１モードに、非特許文献３においてはＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ２１およびＬＰ０２モードに信号を載せ伝送を行っており、ＭＩＭＯ ＤＳＰ負荷を従来のシングルモード伝送システムと同程度ではあるが、スパン長は高々４０ｋｍである。伝搬距離の増加のためには、モード間クロストークの低減は依然として課題である。伝送路は非特許文献４に記載のファイバを用いているが、伝搬損失は０．２１８ ｄＢ／ｋｍであり、従来のシングルモードファイバの伝搬損失と比較し、大きな値である。これは、従来のシングルモードファイバ（比屈折率差が０．３５％程度）と比較しＧｅＯ２がハイドープ（比屈折率差が０．６７％）となっており、レイリー散乱損失が増加したためである。【０００８】
また、さらなる長延化のためには、受信端で十分な信号対雑音比を得るため光ファイバ伝送路への入力強度を増加させる必要があるが、光強度の増加に伴い発生する非線形効果による信号劣化を抑制するために、実効断面積の拡大が望まれる。非特許文献４では基本モードであるＬＰ０１モードの実効断面積は１２４μｍ２である。さらなる無中継間隔の長延化のためには、光ファイバ伝送路の低クロストーク化、低損失化、低非線形化（実効断面積の拡大）が望まれる。【０００９】
そこで、本開示は、上記課題を解決するために、特定のモードのみ（たとえばＬＰｍ１モード、ｍは１以上の整数）を伝搬させることを目的とした、たとえばクラッド部にフッ素をドープし、比屈折率差を低減させた純石英コア光ファイバおよび、これを備える光伝送システムを提供することを目的とする。【００１０】
非特許文献５，６では純石英コアにすることで、シングルモードファイバとして、０．１４９ｄＢ／ｋｍや０．１４６ｄＢ／ｋｍの低損失な光ファイバが提案されている。ただし、これらのファイバはシングルモードのみ伝搬するため、大容量化に向けたモード多重伝送の用途ではない。【００１１】
また非特許文献７では、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが伝搬する光ファイバ伝送路のうち基本モードであるＬＰ０１モードのみを伝搬させ、６６００ｋｍの長距離伝送が実証されている。ただし、基本モードのみを伝送させているため、大容量化に向けたモード多重伝送の用途ではない。【００１２】
また、非特許文献８ではＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとが伝搬する光ファイバ伝送路のうち第一高次モードであるＬＰ１１モードのみを伝搬させる伝送システムが報告されている。伝送光ファイバの構造はステップインデックスコア構造であり、コア半径４．１μｍ、比屈折率差０．５４ ％である。伝搬損失が０．２５ｄＢ／ｋｍであり従来のシングルモードファイバの伝搬損失と比較し、大きな値である。また、伝送距離は２６ｋｍが報告されており、光ファイバ構造の最適設計による光ファイバ伝送路の低損失化が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本開示に係る光ファイバでは、複数のモードが伝搬し、かつ比屈折率差を低減するために、実効的な遮断波長を考慮した光ファイバ構造の設計が行われた。数モード光ファイバを設計する上で、伝送する光信号の波長域において特定のモード数が伝搬することを保証することが重要であり、想定する波長域において伝搬させない不要モードの遮断波長は数モード光ファイバの基本的なパラメータとなる。【００１４】
非特許文献９では、実際のファイバでは遮断波長の近傍で不要なモードの損失が大きくなるため、理論上は高次モードの導波が可能な遮断波長より短波長側の波長領域においても事実上所望モードしか導波されないという現象が生じることが報告されている。そこで、上記目的を達成するために、本開示に係る光伝送システムでは、送信器を備え、伝送路を前記複数のモードが伝搬する光ファイバとし、特定のモード（たとえばＬＰｍ１モード）のみを励振・合波するモード合波器と増幅器、特定のモードのみを分波し、基本モード（ＬＰ０１モード）に変換するモード分波器、受信器を備える。これにより、モード間クロストークは抑制され、ＤＳＰの負荷を低減することが可能である。【００１５】
従って、本開示によれば、実効的遮断波長を考慮し、伝搬損失を低減し、実効断面積を拡大した光ファイバを使用する伝送路で、２個以上のモード、もしくは特定のモードのみ（ＬＰｍ１モード、ｍは１以上の整数）を伝搬させることで、モード間クロストークを抑制した上で、伝送容量の拡大および伝送距離の長延化かつＤＳＰ負荷低減が可能な光伝送システムを提供することができる。【００１６】
本開示の第１の態様に係る光ファイバは、純石英のコアを有し、前記コアに対するクラッドの屈折率分布形状がステップインデックス型であり、ＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）が伝搬する所定のＶ値を有する。【００１７】
前記ｍが１でありかつ前記所定のＶ値が３．８超４．３未満であるか、或いは、前記ｍが２でありかつ前記所定のＶ値が５．１超５．８未満であるか、或いは、前記ｍが３でありかつ前記所定のＶ値が６．３超７．１未満であるか、或いは、前記ｍが４でありかつ前記所定のＶ値が７．１超７．８未満であってもよい。【００１８】
前記所定のＶ値は、不要モードのうちの最も低次のモードの実効屈折率差に基づいて定められていてもよい。【００１９】
本開示の第２の態様に係る光伝送システムは、信号光を送信する光送信器と、前記信号光をＬＰｍ１（ｍは１以上の整数）モードに励振を行うモード励振器と、前記ＬＰｍ１モードの信号光を伝搬する、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバを含む伝送路と、前記ＬＰｍ１モードの２つの縮退モードを分波し、基本モードに変換するモード分波器と、分波された各基本モードの信号光を受信する光受信器と、を備える。【００２０】
本開示の第３の態様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）の光送信器と、前記各光送信器からの信号光を、ＬＰｍ１（ｍは１以上の整数）モードのうちの異なるＮ個のモードに励振を行い、各モードの信号光を合波するモード合波器と、前記モード合波器からの合波信号を伝搬する、請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバを含む伝送路と、前記伝送路を伝搬したＮ個のＬＰｍ１モードをＮ個の基本モードに変換し分波を行うモード分波器と、分波された前記各基本モードの信号光を受信する光受信器と、を備える。【００２１】
なお、上記各開示は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本開示の上記態様に係る光ファイバ及び光伝送システムによれば、実効的遮断波長を考慮した光ファイバを伝送路とした場合に、２個以上モード、もしくは特定のモード（ＬＰｍ１モード、ｍは１以上の整数）のみを伝搬させることで、低クロストーク、低損失、低非線形を実現し、モード多重伝送におけるＭＩＭＯ ＤＳＰ負荷の増大を緩和し、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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１実施形態に係る光ファイバの屈折率分布の一例を説明する図である。
【図２】本開示に係る光ファイバを伝搬するモードの強度分布を説明する図である。
【図３Ａ】第１実施形態に係る数モード光ファイバのコア半径と比屈折率差の最適構造を説明する図である。
【図３Ｂ】第１実施形態に係る数モード光ファイバのコア半径と比屈折率差の最適構造を説明する図である。
【図３Ｃ】第１実施形態に係る数モード光ファイバのコア半径と比屈折率差の最適構造を説明する図である。
【図３Ｄ】第１実施形態に係る数モード光ファイバのコア半径と比屈折率差の最適構造を説明する図である。
【図３Ｅ】第１実施形態に係る数モード光ファイバのコア半径と比屈折率差の最適構造を説明する図である。
【図４】第１実施形態に係る伝搬するＬＰモード数とその最適構造におけるコア半径を説明する図である。
【図５】第１実施形態に係る伝搬するＬＰモード数とその最適構造における比屈折率差を説明する図である。
【図６】第１実施形態に係る伝搬するＬＰモード数とその最適構造における基本モードの実効断面積を説明する図である。
【図７】第２実施形態に係る４ＬＰモードファイバの屈折率分布の最適構造を説明する図である。
【図８】４ＬＰモードファイバのＬＰ０２モードの曲げ損失と各モードの実効断面積を説明する図である。
【図９】第３実施形態に係るＬＰ０２モードに信号を載せた場合の光伝送システム系を説明する図である。
【図１０】第３実施形態に係るＬＰｍ１モードに信号を載せた場合の光伝送システム系を説明する図である。
【図１１】図１０に示す光伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合の不要モード除去デバイスおよび光増幅器を有する光中継伝送システム系を説明する図である。
【図１２】図１０に示す光伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合の光増幅器に不要モード除去機能を有する光中継伝送システム系を説明する図である。
【図１３】図１０に示す光伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合のモード変換器およびシングルモード光増幅器を有する光中継伝送システム系を説明する図である。
【図１４】第３実施形態に係る試作した４ＬＰモードファイバにＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードを入力した場合の入力強度に対する信号品質Ｑ値の劣化量および従来のシングルモードファイバの入力強度に対する信号品質Ｑ値の劣化量を説明する図である。
【図１５】第４実施形態に係る伝搬するＬＰモード数とその最適構造における各モードの実効断面積を説明する図である。
【図１６】第４実施形態に係るＬＰｍ１モードのために最適設計したステップインデックス光ファイバを伝送路とした光伝送システムを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本開示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、本開示は、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、本開示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。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一の構成要素を示す。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本開示に係る光ファイバの屈折率分布の一例を示す。ステップインデックス形状のコアであり、設計および製造する際に容易である。また、本開示に係る光ファイバは純シリカのコアであることが特徴である。例えば、ＬＰ２１モードを伝搬させ、低損失化を実現するためには、実効屈折率差がほとんど同じであるＬＰ０２モードまで伝搬するよう設計する必要がある。非特許文献４と比べ、コア半径ｒを拡大し、比屈折率差Δを低減していることが特徴である。また本開示に係るファイバは理論上はＬＰ３１モードとＬＰ１２モードの実効屈折率が存在するが、先に述べたように実際には伝搬しないよう考慮している。
【００２６】
図２に本開示に係る光ファイバを伝搬するモードの強度分布を示す。モード多重伝送で用いる数モードファイバでは、高次モードにも信号を載せ伝送する。例えばコアを拡大していくと、ＬＰ０１，ＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ０２，ＬＰ３１，ＬＰ１２，ＬＰ４１，ＬＰ２２，ＬＰ０３の順にモードが伝搬可能となる。通常のシングルモードファイバでは、基本モードであるＬＰ０１モードのみが伝搬するよう、コア半径を４．５μｍ、比屈折率差を０．３５％程度としている。
【００２７】
本開示では特に、実効断面積拡大が期待できるＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）に着目する。ＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ３１，ＬＰ４１モードには縮退モードを考慮するとそれぞれ２つのモード（例えばＬＰ１１モードの場合、ＬＰ１１ａモードとＬＰ１１ｂモード）が存在する。また、光ファイバ中を伝搬するＬＰモードにはｘ、ｙ偏波の２つの偏波モードが存在し（例えばＬＰ１１モードの場合、ＬＰ１１ａｘモード、ＬＰ１１ａｙモード、ＬＰ１１ｂｘモード、ＬＰ１１ｂｙモード）、それぞれの縮退モードや偏波モードに信号を載せ伝送することが可能である。関連するシングルモードの場合は、基本モードであるＬＰ０１モードのみが所望の波長域において伝搬するよう設計されており、偏波モードを考慮すると、ＬＰ０１ｘモード、ＬＰ０１ｙモードのみ伝搬する。しかし、ＬＰ０
１モード、ＬＰ１１モードが伝搬する２ＬＰモード光ファイバを伝送路とした場合、縮退モード、偏波モードを考慮した場合６つの空間モードが存在するため、関連する光ファイバを伝送路とした場合の３倍の伝送容量が実現可能となる。以下では簡単のためＬＰモードのみを考慮し議論する。
【００２８】
数モードファイバを設計する場合、伝送する光信号の波長において所望するモードが伝搬することが条件となる。例えば、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードがＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）で伝搬する２ＬＰモードファイバを考えた場合、不要なモードの最低次のモードであるＬＰ２１モードの１５６５ｎｍにおけるカットオフ条件およびＬＰ１１モードの１５６５ｎｍにおける曲げ損失を考慮する必要がある。ステップインデックスコアファイバの場合、最も曲げ損失が大きくなる長波長側において、所望する最高次のモードの曲げ損失を考慮する。非特許文献１０では７つのモードを伝搬する７ＬＰモードまでのステップインデックスコアの設計が示されている。しかしながらモード数の増大とともに伝搬損失の増大が示唆されている。光ファイバの伝搬モード数を規定する場合、規格化周波数Ｖ値を考慮している。
【００２９】
ここで、規格化周波数Ｖ値は、次式で表される。
【００３０】
【数１】
2018008635.tif 000003
【００３１】
λは波長、ｎｃｏｒｅ及びｎｃｌａｄはそれぞれコアおよびクラッドの屈折率である。
【００３２】
シングルモードの場合、Ｖ＜２．４であり、２ＬＰモードの場合、２．４＜Ｖ＜３．８であり、４ＬＰモードの場合、３．８＜Ｖ＜５．１であり、５ＬＰモードの場合、５．１＜Ｖ＜５．５であり、６ＬＰモードの場合、５．５＜Ｖ＜６．４であり、７ＬＰモードの場合、６．４＜Ｖ＜７．０である。さらに、Ｖ値の他に所望モードの曲げ損失を考慮する必要がある。
【００３３】
図３に波長域Ｃバンドにおける光ファイバのコア半径ｒと比屈折率差Δの関係図を示す。図３Ａは２ＬＰモード、図３Ｂは４ＬＰモード、図３Ｃは５ＬＰモード、図３Ｄは６ＬＰモード、図３Ｅは７ＬＰモードファイバを示す。現状の製造技術を鑑みて、比屈折率差Δは２．０％が限度とする。２ＬＰモードの場合は、先に述べたとおり、ＬＰ２１モードのカットオフ条件ＣＬＰ２１Ｅ及びＣＬＰ２１ＴとＬＰ１１モードの曲げ損失ＬＬＰ１１を考慮する。４ＬＰモードの場合は、ＬＰ３１モードのカットオフ条件ＣＬＰ３１Ｅ及びＣＬＰ３１ＴとＬＰ０２モードの曲げ損失ＬＬＰ０２を考慮する。５ＬＰモードの場合は、ＬＰ１２モードのカットオフ条件ＣＬＰ１２Ｅ及びＣＬＰ１２ＴとＬＰ３１モードの曲げ損失ＬＬＰ３１を考慮する。６ＬＰモードの場合は、ＬＰ４１モードのカットオフ条件ＣＬＰ４１Ｅ及びＣＬＰ４１ＴとＬＰ１２モードの曲げ損失ＬＬＰ１２を考慮する。７ＬＰモードの場合は、ＬＰ２２モードのカットオフ条件ＣＬＰ２２Ｅ及びＣＬＰ２２ＴとＬＰ４１モードの曲げ損失ＬＬＰ４１を考慮する。曲げ損失はＩＴＵ−ＴＧ．６５２を参考に所望モードについて最も曲げ損失の大きくなる波長１５６５ｎｍにおいて、曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍ、０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下となる領域に注目した。  
【００３４】
例えば、２ＬＰモードファイバの設計について、曲げ損失が最も大きい高次モードであるＬＰ１１モードの波長１５６５ｎｍに着目しており、０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎとなる線を点線で示す。比屈折率差が大きいほど、モードの閉じ込めが大きくなるため、点線よりも上側が曲げ損失を満たす領域である。またカットオフ条件について、不要モードの最も低次のモードであるＬＰ２１モードの短波長（１５３０ｎｍ）に注目し、比屈折率差が小さいほど、コア半径が小さいほど、閉じ込めが小さくなるため、実線よりも下側ではＬＰ２１モードが伝搬しない。つまり、点線より上、実線より下で囲まれた部分が２ＬＰモード領域となる。
【００３５】
理論遮断波長（λｃ）と実効遮断波長（λｃｅ）については、非特許文献６より、λｃ＝Ｋλ×λｃｅの関係が示されており、Ｋλは１．１３〜１．２５の値をとることが知られている。ここでは、Ｋλを１．１３とした。不要モードのカットオフ条件と所望モードの曲げ損失を満たす領域について、実効断面積の拡大および低損失化が期待できる最適な構造パラメータは、コア径が大きく、比屈折率差が小さくあれば良く、交点より求まる。図４、図５に各数モードファイバの最適構造におけるコア半径ｒおよび比屈折率差Δを示す。
【００３６】
図４に示すように、実効カットオフを考慮した場合のコア半径ｒの値ＲＲは、理論カットオフを考慮した場合のコア半径ｒの値ＲＴよりも拡大することが出来る。図５に示すように、実効カットオフを考慮した場合の比屈折率差Δの値ＤＲは、理論カットオフを考慮した場合の比屈折率差Δの値ＤＴよりも低減することが可能である。実効カットオフを考慮した場合の比屈折率差Δは、７ＬＰモードまで考慮しても、０．６０％以下の構造が可能である。これは理論カットオフ条件により設計した光ファイバよりも実効カットオフ条件を考慮した方が、実効断面積が拡大出来、低損失化が可能であることを示唆する。
【００３７】
図６に各数モードファイバの最適構造における基本モードであるＬＰ０１モードの実効断面積（Ａｅｆｆ）を示す。理論カットオフを考慮した光ファイバの実効断面積ＡＴは、１５０μｍ２以下となる。一方、実効カットオフを考慮した光ファイバの実効断面積ＡＲは、５ＬＰモード設計を除いて、２００μｍ２以上の実効断面積が実現可能であることが分かる。
【００３８】
ＬＰ１１モードのための光ファイバ構造は２ＬＰモード設計が適しており、ＬＰ２１モードのための光ファイバ構造は４ＬＰモード設計が適しており、ＬＰ３１モードのための光ファイバ構造は６ＬＰモード設計が適しており、ＬＰ４１モードのための光ファイバ構造は７ＬＰモード設計が適している。また、４ＬＰモード設計の場合はＬＰ１１、ＬＰ２１モードを、６ＬＰモード設計の場合は、ＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ３１モードを、７ＬＰモード設計の場合はＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ３１，ＬＰ４１モードを利用することが可能である。非特許文献２，３に示すような高いモード消光比の空間型モード合波器を利用することで、選択的にこれらのモードを利用することが可能である。
【００３９】
以上を鑑みて、非特許文献７の設計および本開示の実効カットオフを考慮した最適構造（図４、図５）からＶ値を算出すると、ＬＰ１１モードの場合、３．８＜Ｖ＜４．３であり、ＬＰ２１モードの場合、５．１＜Ｖ＜５．８であり、ＬＰ３１モードの場合、６．３＜Ｖ＜７．１であり、ＬＰ４１モードの場合、７．１＜Ｖ＜７．８であるステップインデックス構造が望ましい。
【００４０】
なお、以上のＶ値を満たしているならばステップインデックスコアの屈折率分布だけでなく、リング構造や多段の階段構造、グレーデッド構造など任意の屈折率分布で同じ効果が得られる。
【００４１】
（第２実施形態）
以下、ＬＰ２１モードのための光ファイバおよび光伝送システムについて説明する。ＬＰｍ１モードは他のモードと比べ、実効断面積が大きく出来る。また、モード間のクロストークの低減が重要であるが、図２に示すモードの強度分布より、ＬＰｍ１モードは中心に強度のピークをもたないため、モードの重なりが小さく、低クロストークが期待できる。また、ＬＰ３１、ＬＰ４１モードまで考慮した場合、ＬＰ２１−ＬＰ３１間やＬＰ３１−ＬＰ４１間のクロストークの発生が懸念されるため、今回はＬＰ２１モードに着目することにする。
【００４２】
図７に、ＬＰ２１モードのための４ＬＰモードファイバの屈折率分布のコア半径および比屈折率差の関係図を示す。ＣＬＰ０２Ｔは波長１５６５ｎｍにおける理論カットオフ値を示し、ＣＬＰ０２Ｅは波長１５６５ｎｍにおける実効カットオフ値を示し、ＣＬＰ３１Ｔは波長１５３０ｎｍにおける理論カットオフ値を示し、ＣＬＰ３１Ｅは波長１５３０ｎｍにおける実効カットオフ値を示す。ＬＬＰ０２は、ＬＰ０２モードの光が、波長１５６５ｎｍ、曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍ、０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下を満たす線である。ＣＬＰ０２ＴとＣＬＰ０２Ｅとの比較、ＣＬＰ３１ＴとＣＬＰ３１Ｅとの比較から分かるように、理論カットオフ設計と比べ、実効カットオフ設計はコア半径を拡大することが可能である。
【００４３】
また、斜線の領域が４ＬＰモード領域であるが、曲げ損失を考慮すると、コア半径と比屈折率差の組み合わせは、ＬＰ０２モードの曲げ損失を満たす線ＬＬＰ０２とＬＰ３１モードの実効カットオフ条件を満たす線の交点であることが好ましい。理論カットオフを考慮した設計の場合、非特許文献４で示すように、ＣＬＰ３１ＴとＬＬＰ０２との交点Ｐ７Ｔは、コア半径７．５μｍ、比屈折率差Δ０．６７％が最も実効断面積が最も拡大出来、低損失化が期待できる。これに対し、実効カットオフを考慮した設計の場合、コア半径を拡大し、比屈折率差が低減出来るため、ＣＬＰ３１ＥとＬＬＰ０２との交点Ｐ７Ｅは、コア半径１０．５μｍ、比屈折率差Δ０．４５％が実効断面積が最も拡大出来、低損失化が期待できる。
【００４４】
図８に、４ＬＰモードファイバのＬＰ０２モードの曲げ損失と各モードの波長１５５０ｎｍにおける実効断面積の関係を示す。ＬＰ０１モード、ＬＰ０２モードと比べ、ＬＰ１１モード及びＬＰ２１モードの実効断面積が大きいことが分かる。また、要求する曲げ損失に応じて、実効断面積が変化する様子が分かる。今回は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の勧告を参考に、波長１５６５ｎｍ、曲げ半径Ｒ＝３０ｍｍ、０．１ｄＢ／１００ｔｕｒｎ以下とした。
【００４５】
（第３実施形態）
図９に、本実施形態に係るＬＰ０２モードのための光伝送システム系を示す。図９に示す光伝送システムは、送信部９１と受信部９２とが光伝送路９３で接続されている。送信部９１は、ＬＰ０２モードを励振するためのモード励振器１２を用いて、送信器（Ｔｘ）１１の送信したチャネルをＬＰ０２モードへ載せる。光伝送路９３は、例えばステップインデックスコアファイバであり、ＬＰ０２モードの信号光を伝送する。伝送後には、受信部９２に備わるモード変換器２２が、ＬＰ０２モードを基本モードであるＬＰ０１モードへ変換し、シングルモードデバイスである受信器（Ｒｘ）２１へ入力する。デジタル信号処理部（ＤＳＰ）２３は、１つの受信信号（ｙ１）を用いて、１つの信号（ｘ１）を復元する。
【００４６】
一方で、図１０に、本実施形態に係るＬＰｍ１モードのための光伝送システム系を示す。図１０に示す光伝送システムは、複数の受信器２１が並列に接続された受信部９２を備える。ＬＰｍ１モードのためのモード励振器１２により信号をＬＰｍ１モードへ載せる。一方で、ＬＰｍ１モードは光伝送路９３の伝搬に伴い、ＬＰｍ１ａモードとＬＰｍ１ｂモードの２つの縮退モードが存在するため、受信部９２ではＬＰｍ１ａモードとＬＰｍ１ｂモードを基本モードであるＬＰ０１モードへ変換するためのモード分波器２４が必要である。受信器２１はモード分波器２４とシングルモードデバイスで構成されている。デジタル信号処理では、２つの受信信号（ｙ１、ｙ２）を用いて、１つの信号（ｘ１）を復元する。２つの受信信号を用いることにより、信号品質が改善する効果がある。
【００４７】
図１１は、光中継伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合の不要モード除去デバイス及び光増幅器を有する光中継伝送システム系を示す。
本変形例では、上述した図１０に示す光伝送システムの光伝送路９３とモード分波器２４との間に、不要モード除去デバイス９４及び光増幅器９５がこの順に設けられている。不要モード除去デバイス９４は、例えば、ＬＰ０１モードやＬＰ０２モード等の不要モードを除去するデバイスである。不要モード除去デバイス９４としては、例えば、長周期ファイバグレーティングやリングコアファイバを用いることができる。
【００４８】
長周期ファイバグレーティングは、不要なモードをクラッドモードへ変換することで不要なモードを除去することが可能である。
リングコアファイバは、中心部に電界を持つＬＰ０１モード等のＬＰ０ｎモード（ｎは１以上の整数）を接続点及びファイバ中において損失とさせることにより不要モードを除去することが可能である。
光増幅器９５は、不要モード除去デバイス９４を通過したＬＰｍ１モードの信号光を増幅する。光増幅器９５としては上記非特許文献１１を用いて、ＬＰｍ１モードの光強度を増幅する。
以上の構成により、光伝送路９３を伝送した信号光は、不要モード除去デバイス９４により不要モードが除去され、光増幅器９５により増幅される。
一方で、ＬＰｍ１モードは光伝送路の伝搬に伴い、ＬＰｍ１ａモードとＬＰｍ１ｂモードとの２つの縮退モードが存在するため、受信部９２ではＬＰｍ１ａモードとＬＰｍ１ｂモードとを基本モードであるＬＰ０１モードへ変換するためのモード分波器２４が必要である。受信器９２はモード分波器２４とシングルモードデバイスとで構成されている。デジタル信号処理では、２つの受信信号（ｙ１、ｙ２）を用いて、１つの信号（ｘ１）を復元する。２つの受信信号を用いることにより、信号品質が改善する効果がある。
【００４９】
図１２は、光中継伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合の不要モード除去機能を有する光増幅器を備えた光中継伝送システム系を示す。
本変形例は、上述した図１０に示す光伝送システムの光伝送路９３とモード分波器２４との間に、不要モード除去デバイスを有する光増幅器９６を備えている。光増幅器９６は、ＬＰｍ１モードのみ増幅するために、励起光をＬＰｍ１モードにし、ＬＰｍ１モードの利得を最大化し、不要なモード（例えばＬＰ０１モードやＬＰ０２モード）へ利得を与えないことにより不要モードを除去することが可能である。また、光増幅器９６におけるエルビウム添加ファイバの屈折率分布をリングコアの形状にし、エルビウムをリング形状にドープすることで、ＬＰｍ１モードのみに大きな利得を与えることが可能である。
【００５０】
図１３は、光中継伝送システム系の変形例であり、ＬＰｍ１モードに信号を載せた場合のモード変換器およびシングルモード光増幅器を有する光中継伝送システム系を示す。
本変形例では、上述した図１０に示す光伝送システムの光伝送路９３とモード分波器２４との間に、モード変換器１０１と光増幅器１０２とモード変換器１０３とをこの順に備えている。
【００５１】
モード変換器１０１は、ＬＰｍ１モードの信号光を基本モードであるＬＰ０１モードに変換する。光増幅器１０２は、モード変換器１０１によりＬＰ０１モードに変換された信号光を増幅する。モード変換器１０３は、光増幅器１０２により増幅されたＬＰ０１モードの信号光を再びＬＰｍ１モードに変換する。
本変形例は、既存のＬＰ０１モードの増幅器が利用できるため、安価なシステムが提供可能である。また、ＬＰ０１モードへ変換の際に、特定のＬＰｍ１モードだけがＬＰ０１モードへ変換されるため，変換前の不要なモード（例えばＬＰ０１モードやＬＰ０２モード）は除去することが可能である。ＬＰｍ１モードは光伝送路の伝搬に伴い、ＬＰｍ１ａモードとＬＰｍ１ｂモードとの２つの縮退モードが存在するため、モード変換器１０１はＬＰｍ１ａモードをＬＰ０１モードへ、ＬＰｍ１ｂモードをＬＰ０１モードへ変換する機能を有する。光増幅器１０２の後段でのモード変換器１０３では、ＬＰ０１モードをＬＰｍ１ａモードへ、ＬＰ０１モードをＬＰｍ１ｂモードへ変換する機能を有する。
【００５２】
図１４に、入力強度に対する信号品質Ｑ値の劣化量の一例を示す。ＱＬＰ０１，ＱＬＰ１１，ＱＬＰ２１は、それぞれ、本開示に係る試作した４ＬＰモードファイバにＬＰ０１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ２１モードを入力した場合の入力強度に対する信号品質Ｑ値の劣化量を示す。ＱＳＭＦはシングルモードファイバの入力強度に対する信号品質Ｑ値の劣化量を示す。
【００５３】
送信器１１は４０ＧｂｐｓのＱＰＳＫを用い、モード励振器１２には空間型のモード合波器を用いて各モードを選択的に励振した。光伝送路９３は試作した４ＬＰモードファイバである。空間型のモード分波器２４により各モードを基本モードに変換し分波した。受信器２１はデジタルコヒーレント受信機であり、リアルタイムオシロスコープにより取得されたデジタルデータをパソコンに取り込み、オフライン上においてＦＩＲフィルタにより構成されるＤＳＰ２３により信号を復調した。モード消光比の高い分波を行なうことで、モード間クロストークを補償するＤＳＰ２３の負荷を低減することが可能であり、ＤＳＰ２３を構成するＦＩＲフィルタのタップ数を２８に抑え、従来のシングルモードファイバ伝送システムと同程度とした。ファイバ長は３８．２ｋｍである。
【００５４】
シングルモードファイバの場合のＱＳＭＦは入力強度９ｄＢｍ以上において非線形現象により信号品質が劣化するが、本実施形態に係る４ＬＰモードファイバのＬＰ２１モード、ＬＰ１１モード、ＬＰ０１モードは１８ｄＢｍ以上の入力強度まで劣化はせず、入力強度耐性が大きいことが分かる。これにより、シングルモードファイバと比べ、低非線形であることが分かる。
【００５５】
以上により、ＬＰ２１モードのための光ファイバを設計し、選択的にモードを励振可能なモード合波器を用いて、その伝搬モードに信号を載せ、伝搬させることで、シングルモードファイバと比べ、入力強度を増大することが出来、無中継での長延化が期待できる。
【００５６】
なお、縮退モードだけでなく、それぞれのモードには偏波モードが２つ存在（ｘ偏波、ｙ偏波）し、信号を載せることが出来るため、２個以上の信号を同時に伝搬させても良い。
【００５７】
（第４実施形態）
図１５に、第１実施形態で示した各数モードファイバの最適構造における各モードの実効断面積の一例を示す。Ａ２ＬＰ，Ａ４ＬＰ，Ａ５ＬＰ，Ａ６ＬＰ，Ａ７ＬＰは、それぞれ、２ＬＰモード、４ＬＰモード、５ＬＰモード、６ＬＰモード、７ＬＰモードの場合を示す。ＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）に着目すると、他のモードと比較して実効断面積が大きく、５ＬＰモード設計についても２５０ μｍ２以上が可能であることが分かる。つまり、これらのモードは他のモードよりも低非線形化が期待出来る。
【００５８】
図１６に、本開示に係るＬＰｍ１モードのために最適設計したステップインデックス光ファイバを光伝送路９３とした光伝送システムの一例を示す。
【００５９】
送信部９１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）の送信器１１と、ＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）のみを励振・合波するモード励振器１２と、を備える。モード励振器１２は、Ｎ個の信号光をＮ個のモードとして光ファイバに結合する。モード励振器１２とモード分波器２４は光伝送路９３で接続されている。受信部９２は、光伝送路９３中を伝搬したＮ個のＬＰｍ１モードをＮ個の基本モードに変換し分波するモード分波器２２と、モード分波器２２で分波された各信号光を受信するＮ個の受信器２１と、ＤＳＰ２３と、を備える。
【００６０】
光伝送路９３に用いる光ファイバは第１実施形態で示した２ＬＰモードファイバ、４ＬＰモードファイバ、５ＬＰモードファイバ、６ＬＰモードファイバ、７ＬＰモードファイバを用いる。２ＬＰモードファイバの場合はＬＰ１１モードを、４ＬＰモードファイバの場合はＬＰ２１モードを、５ＬＰモードファイバ、６ＬＰモードファイバの場合はＬＰ３１モードを、７ＬＰモードファイバの場合はＬＰ４１モードを用いる。
【００６１】
なお、４ＬＰモードファイバ、５ＬＰモードファイバの場合は、ＬＰ１１，ＬＰ２１モードのいずれかを用いてもよく、６ＬＰモードファイバの場合はＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ３１モードのいずれかを用いてもよく、７ＬＰモードファイバの場合はＬＰ１１，ＬＰ２１，ＬＰ３１，ＬＰ４１モードのいずれかを用いても良い。
【００６２】
また、ＬＰｍ１モードには縮退モードが存在するため、ＬＰ１１モードは、ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモードを、ＬＰ２１モードは、ＬＰ２１ａ，ＬＰ２１ｂモードを、ＬＰ３１モードは、ＬＰ３１ａ，ＬＰ３１ｂモードを、ＬＰ４１モードは、ＬＰ４１ａ，ＬＰ４１ｂモードを、用いることが可能である。この場合、非特許文献２，３に示すように縮退モードを合分波するモード合分波器は必要である。これらの縮退モード間ではモード結合が生じるが縮退モード間のＤＭＤは小さいため、ＬＰモード間のモード間クロストークを抑制すればＤＳＰ負荷の増大にはつながらない。
【００６３】
これらのモードを利用することで、シングルモードファイバと比較し、大容量、長距離伝送が可能である。
【００６４】
（開示の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る光伝送システムは、伝送路をＬＰｍ１モード（ｍは１以上の整数）が伝搬するよう最適化したステップインデックスコア光ファイバ、モード消光比の高いモード合分波器を用い、低損失、低非線形、低クロストークであるモードに信号を載せることで、長距離・大容量伝送を実現することができる。
以上、いくつかの好ましい実施形態を説明したが、本開示はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本開示は前述した説明によって限定されることはなく、添付の請求の範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示によれば、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。
【符号の説明】
【００６６】
１１：Ｔｘ
１２：モード励振器
２１：Ｒｘ
２２：モード変換器
２４：モード分波器
２３：ＤＳＰ
９１：送信部
９２：受信部
９３：光伝送路
【図１】
2018008635.tif 000004
【図２】
2018008635.tif 000005
【図３Ａ】
2018008635.tif 000006
【図３Ｂ】
2018008635.tif 000007
【図３Ｃ】
2018008635.tif 000008
【図３Ｄ】
2018008635.tif 000009
【図３Ｅ】
2018008635.tif 000010
【図４】
2018008635.tif 000011
【図５】
2018008635.tif 000012
【図６】
2018008635.tif 000013
【図７】
2018008635.tif 000014
【図８】
2018008635.tif 000015
【図９】
2018008635.tif 000016
【図１０】
2018008635.tif 000017
【図１１】
2018008635.tif 000018
【図１２】
2018008635.tif 000019
【図１３】
2018008635.tif 000020
【図１４】
2018008635.tif 000021
【図１５】
2018008635.tif 000022
【図１６】
2018008635.tif 000023
【国際調査報告】
2018008635.tif 000024
2018008635.tif 000025
2018008635.tif 000026
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