(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択された複数の光伝搬モードを有するマルチモード光ファイバを備えており、
前記選択された複数の光伝搬モードの各モードは、光通信のＣバンド、光通信のＬバンド、および光通信のＳバンドのうちの１つのバンドにおける光の波長に対し、対応する範囲で変動する群速度を有しており、
前記選択された複数の前記モードのうちの異なるモードに対応する前記群速度の前記範囲は、重なり合うことがなく、
群速度が隣接する１対の範囲である前記範囲は、毎秒約１００００メートル未満である非ゼロのギャップによって分離されている、装置。
【請求項２】
前記ギャップは毎秒約５００メートルから毎秒約５０００メートルの間である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記光ファイバはシリカ・ガラス光ファイバであり、
前記光ファイバはディプレスト・インデックス・クラッド・タイプの光ファイバである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記選択された複数は少なくとも３つの前記モードを含む、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１２年３月５日に出願された米国特許仮出願第６１／６３４７８４号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、マルチモード光ファイバ、マルチモード光ファイバと共に使用可能であるまたはマルチモード光ファイバを含むデバイス、ならびにそのようなファイバおよびデバイスを用いる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
この項では、本発明のよりよい理解を容易にするのに役立ちうる態様を紹介する。従って、この項の記載は、この点を考慮して読まれるべきであり、何が従来技術であって何が従来技術ではないかに関する承認として理解されるべきではない。
【０００４】
マルチモード光ファイバは、以前から長く知られている。本明細書において、マルチモード光ファイバとは、１つの波長において２つまたはそれよりも多くの光伝搬モードを有する光ファイバであって、それらの光伝搬モードのうちの２つが異なる群速度を有するものである。半径方向に対称なマルチモード光ファイバでは、半径方向の光強度プロファイルが異なる光伝搬モードは、通常、群速度が異なる。しかし、群速度のいくつかの値が、そのようなマルチモード光ファイバにおける複数の光伝搬モードと関連する場合がありうる。例えば、軸方向に対称なマルチモード光ファイバは、１組の光伝搬モードを有しているが、その場合、半径方向の光強度プロファイルおよび直交する偏光分布は同じであり、および／または角運動量は符号が逆である。そのような１組の異なる複数のモードは、軸方向に対称なマルチモード光ファイバで、同じ１つの群速度を有しうる。
【０００５】
近年では、いくつかの研究が、マルチモード光ファイバを用いて、シングルモードの光ファイバよりも高いデータ・レートを光学的に伝送することを目標としてなされてきている。特に、マルチモード光ファイバでは、異なる複数の光伝搬モードが、異なる複数のデータ・ストリームを搬送することができる。例えば、異なる複数の光伝搬モードを用いて異なる複数のデータ・ストリームを搬送することによって、多くのシングルモードの光ファイバにおけるデータ・レートと比較して、波長チャネル当たりのデータ・レートを増加させることが可能になりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１３／２０００７２号
【特許文献２】米国特許出願第１２／８２７２８４号
【特許文献３】米国特許出願第１２／４９２３９１号
【特許文献４】米国特許出願第１２／９８６４６８号
【特許文献５】米国特許出願第１２／８２７６４１号
【発明の概要】
【０００７】
いくつかの実施形態では、第１の装置は、選択された複数の光伝搬モードを有するマルチモード光ファイバを含む。選択された複数は、マルチモード光ファイバの光伝搬モードの真部分集合でありうるか、または、このマルチモード光ファイバの光伝搬モードのすべてでありうる。選択された複数の光伝搬モードは、それぞれが、光通信のＣバンド、光通信のＬバンド、および光通信のＳバンドのうちの少なくとも１つのバンドにおける光に対して、対応する範囲で変動する群速度を有する。選択された複数のモードのうちの異なるモードに対応する範囲は、重なり合うことがない。群速度が隣接する１対の範囲である範囲は、毎秒約１００００メートル未満である非ゼロのギャップによって分離されている。
【０００８】
第１の装置のいくつかの実施形態では、ギャップは、毎秒約５００メートル以上でありうる、および／または、毎秒約５０００メートル以下でありうる。いくつかのそのような実施形態では、ギャップは、毎秒約２５００メートル以下でありうる。
【０００９】
第１の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、光ファイバは、シリカ・ガラス光ファイバでありうる。
【００１０】
第１の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、光ファイバは、段階的な光屈折率を有する光コアを有しうる。
【００１１】
第１の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、光ファイバは、ディプレスト・インデクス・クラッド・タイプ（depressed-index cladding type）の光ファイバでありうる。
【００１２】
第１の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、選択された複数は、少なくとも３つの光伝搬モードを含みうる。いくつかのそのような実施形態では、これら３つのモードに対応する群速度が隣接する１対の範囲は、毎秒約５００メートル以上であるおよび／または毎秒約５０００メートル以下であるギャップによって分離されている。いくつかのそのような実施形態において、光ファイバは、ディプレスト・インデクス・クラッド・タイプの光ファイバでありうる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第２の装置は、１×Ｍ光モード・デマルチプレクサと、Ｍ×１光モード・マルチプレクサと、Ｍ個の光導波管とを含む。１×Ｍ光モード・デマルチプレクサは、マルチモード光ファイバにおけるデマルチプレクサの第１の組の光伝搬モードのそれぞれから受け取られた光を、この光モード・デマルチプレクサの光入力からこの光モード・デマルチプレクサのＭ個の光出力のうちの対応する１つの光出力に、モード選択的にルーティングするように構成されている。Ｍ×１光モード・マルチプレクサは、第２のマルチモード光ファイバにおけるマルチプレクサの第２の組の光伝搬モードのそれぞれへの光を、この光モード・マルチプレクサのＭ個の光入力のうちの対応する１つからこの光モード・マルチプレクサの光出力にモード選択的にルーティングするように構成されている。Ｍ個の光導波管のそれぞれが、光モード・デマルチプレクサのＭ個の光出力の１つを、光モード・マルチプレクサのＭ個の光入力の対応する１つの光入力に、光学的に接続する。
【００１４】
第２の装置のいくつかの実施形態では、Ｍ個の光導波管のうちの異なる光導波管は、異なる光経路長を有しうる。
【００１５】
第２の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、Ｍ個の光導波管は、シングルモードの光導波管でありうる。
【００１６】
第２の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、光導波管は、第１のマルチモード光ファイバのセグメント上を、その光ファイバにおける光伝搬モードのうちの異なる光伝搬モードを経由して光信号を搬送することにより生じる相対的な群遅延を少なくとも部分的に補償するように、構成されうる。
【００１７】
第２の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、Ｍ個の光導波管のうちのいくつかを、分散補償を提供するように構成することが可能である。
【００１８】
いくつかの実施形態では、第３の装置は、一連のスパンのマルチモード光ファイバと、複数の差分群遅延補償器（differential group delay compensators）とを含む。それぞれの補償器は、対応する１対のスパンのマルチモード光ファイバの隣接する端部を端部接続することにより、スパンと補償器とがマルチモード光リンクのセグメントを形成する。それぞれの差分群遅延補償器は、それぞれの差分群遅延補償器に対応する１対のマルチモード光ファイバのスパンの１つの光伝搬モードのうちの異なるモードでデータを搬送することによって生じる相対的な時間遅延を補償するように、構成されている。
【００１９】
第３の装置のいくつかの実施形態では、マルチモード光ファイバのそれぞれのスパンは、光ファイバにおける選択された複数の光伝搬モードのそれぞれが、光通信のＣバンド、Ｌバンド、およびＳバンドのうちの１つのバンドにおける光に対して対応する範囲で値が変動する群速度を有するものでありうる。範囲の群速度が隣接するものに対応する範囲は、非ゼロのギャップによって分離されている。ギャップのいくつかまたはすべては、毎秒約１００００メートル以下である。
【００２０】
第３の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、ギャップのいくつかまたはすべては、毎秒約５０００メートル以下、および／または、毎秒約５００メートル以上でありうる。
【００２１】
第３の装置の上述した実施形態のいずれにおいても、差分群遅延補償器の１つは、マルチモード光ファイバの光伝搬モードのための１×Ｍ光モード・デマルチプレクサと、マルチモード光ファイバの光伝搬モードのためのＭ×１光モード・マルチプレクサと、Ｍ個の光導波管とを含みうる。Ｍ個の光導波管は、それぞれが、光モード・デマルチプレクサのＭ個の光出力の１つを、光モード・マルチプレクサのＭ個の光入力の対応する１つの光入力に光学的に接続する。第３の装置のそのような実施形態では、複数の光導波管のうちの異なる光導波管は、異なる光経路長を有しうる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、方法は、一連の波長チャネルのそれぞれに対し、Ｎ個の別々のデータ変調された光キャリアの光を、マルチモード光ファイバのＮ個の対応する光伝搬モードにモード多重化するステップ、または、Ｎ個のモードからの光を、Ｎ個の対応する別々のデータ変調された光キャリアにモード多重分離するステップを含む。ここで、一連の波長チャネルの最大および最小の中心波長が、光通信のＣバンド、光通信のＬバンド、および光通信のＳバンドの少なくとも１つに及ぶ間隔を定義する。各モードは、間隔上の群速度の限界値がモード帯域を定義する群速度を有する。モード帯域の群速度が隣接する対は、重なり合うことなく、毎秒約１００００メートル未満の非ゼロのギャップによって分離されている。
【００２３】
方法の上述した実施形態のいずれにおいても、群速度が隣接するモードの対の間のギャップのいくつかまたはすべては、毎秒約５０００メートル以下、および／または、毎秒約５００メートル以上でありうる。
【００２４】
上述の方法のいくつかの実施形態では、この方法は、更に、光がマルチモード光ファイバを通過して伝搬することによって生じる差分モード遅延を除去するために光を光学的に補償するステップを含みうる。
【００２５】
上述の方法のいくつかの実施形態では、間隔は、少なくとも光通信のＣおよびＬバンドに及びうるか、または、少なくとも光通信のＣおよびＳバンドに及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】マルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）の断面図である。
【図２Ａ】例えば図１によるＭＭＦなど、ＭＭＦの様々な例における光屈折率の半径方向のプロファイルの図である。
【図２Ｂ】例えば図１によるＭＭＦなど、ＭＭＦの様々な例における光屈折率の半径方向のプロファイルの図である。
【図２Ｃ】例えば図１によるＭＭＦなど、ＭＭＦの様々な例における光屈折率の半径方向のプロファイルの図である。
【図３】例えば図１、図２Ａ、図２Ｂ、および／または図２Ｃの１つまたは複数によるＭＭＦのいくつかの例の、光伝搬モードの群速度の概略的な図である。
【図４】例えば図１、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、および図３の１つまたは複数によって図解されているＭＭＦにおける複数の光伝搬モードを用いる光通信システムの概略的な図である。
【図５】例えば図４のシステムにおいて、異なる光伝搬モードの間の群遅延を調整するための装置の概略的な図である。
【図６】例えば図４に図解されているシステムのセグメントなど、光通信システムのセグメントを動作させる方法の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図面および本文では、同様の参照番号は、機能的および／または構造的に同様の要素を指している。
【００２８】
図面では、いくつかの形状の相対的な寸法が、図面において装置をより明確に図解するために、誇張されていることがある。
【００２９】
本明細書においては、様々な実施形態が、図面と、例証のための実施形態に関する詳細な説明とによって、より十分に説明されている。しかし、本発明は様々な形態で実施されうるのであって、図面と例証のための実施形態に関する詳細な説明とにおいて説明されている特定の実施形態に限定されることはない。
【００３０】
本明細書では、光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンドとは、波長分割多重方式（ＷＤＭ）の光通信のために、従来技術によって定義されている波長帯域である。光通信のＣバンドとは、典型的には、約１５３０ナノメートルから約１５６５ナノメートルまでの帯域を意味する。光通信のＬバンドとは、典型的には、約１５６５ナノメートルから約１６２５ナノメートルまでの帯域を意味する。光通信のＳバンドとは、典型的には、約１４６０ナノメートルから約１５３０ナノメートルまでの帯域を意味する。
【００３１】
図１は、例えばシリカ・ガラスの軸方向に対称なマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）である、ＭＭＦ１０の断面図である。ＭＭＦ１０は、例えばドープされているまたはドープされていないシリカ・ガラスの光コア１２と、例えば別のドープがなされているまたはドープされていないシリカ・ガラスの隣接し包囲し接触している光クラッド１４とを含む。光コア１２は、光クラッド１４よりも高い光屈折率を有する。光コア１２および／または光クラッド１４は、光ファイバ１０の軸１６からの軸方向の距離と共に変化する光屈折率を有しうる。
【００３２】
図２Ａ〜図２Ｃは、例えば図１のＭＭＦなどＭＭＦの様々な例について、光屈折率の半径方向のプロファイルを、すなわち、ＭＭＦの軸に垂直なプロファイルを概略的に図解している。
【００３３】
図２Ａは、曲線２０によって、シンプル・ステップ・プロファイル（simple step profile）ＭＭＦにおける光屈折率の半径方向プロファイルに対する例を、図解している。シンプル・ステップ・プロファイルＭＭＦでは、光屈折率は、光コアにおける第１の定数値ｃと、光クラッドにおける第２のより低い定数値ｄとを有する。すなわち、屈折率は、コアとクラッドとの内部にあるＭＭＦの軸からの距離「ｒ」と共に変動することのない値をそれぞれ有する。そのようなＭＭＦでは、光コアは、伝搬する光の所定の波長において、異なる複数の群速度を有する複数の光伝搬モードをサポートするために、同一のコアおよびクラッドの構成を有する単一モードの光ファイバの光コアよりも、例えば幅が広い場合がありうる。
【００３４】
図２Ｃは、曲線２６によって、コンプレックス・ステップ・プロファイル（complex setp profile）ＭＭＦにおける光屈折率の半径方向プロファイルに対する例を、概略的に図解している。コンプレックス・ステップ・プロファイルＭＭＦでは、光屈折率は、光コアにおける第１の定数値ｃと、ＭＭＦの軸からの距離「ｒ」と共に変動する光クラッドにおける値とを有しうる。光クラッドでは、光屈折率は、例えば、光コアの次にある環状のクラッド領域における第１の定数値ｂと、光コアの次にある環状のクラッド領域の外部における、別のより大きな定数値ｄとを有する。更に、これらの光屈折率の様々な値であるｃ、ｂ、およびｄは、ｃ＞ｂ、ｃ＞ｄ、およびｄ＞ｂという関係に従う。光コアに接する環状のクラッド領域が、光クラッドのより遠くにある領域よりも光屈折率について低い値ｂを有するため、このようなＭＭＦは、ディプレスト・インデクス・クラッド（depressed-index cladding）ＭＭＦと称される。
【００３５】
ディプレスト・インデクス・クラッドＭＭＦでは、光コアと光クラッドとが、伝搬する光の所定の波長において、異なる複数の群速度を有する複数の光伝搬モードをサポートするように選択されているサイズと光屈折率とを有する。
【００３６】
図２Ｂは、破線および実線の曲線２２、２４によって、異なるグレーデッド・インデクス（graded-index）ＭＭＦの光屈折率に対する半径方向プロファイルの２つの例を、概略的に図解している。グレーデッド・インデクスＭＭＦでは、光屈折率は、光コアの軸からの距離「ｒ」と共に変動する値を有する。光コアの光屈折率は、その周囲の光クラッドの環状領域の光屈折率よりも大きく、（例えば、曲線２２、２４に図解されているように）光クラッドのどの部分における光屈折率よりも大きいことがありうる。
【００３７】
そのようなグレーデッド・インデクスＭＭＦでは、光屈折率の半径方向のプロファイルは、伝搬する光の所定の波長において、異なる複数の群速度を有する複数の光伝搬モードをサポートするように、選択されることが可能である。実際に、概略的に図解されているように、ＭＭＦの実施形態をサポートするような光屈折率の異なる複数の半径方向のプロファイルを利用することが、可能である。例えば曲線２４に概略的に図解されているように、例えばそのプロファイルが、ＭＭＦの軸からの距離「ｒ」との間に、二次関数的すなわち放物線的な従属関係を有することがありうる。あるいは、コアの屈折率プロファイルが、曲線２２に概略的に図解されているように、「ｒ」との間に別の従属関係を有する場合もありうる。なお、曲線２２においては、屈折率プロファイルが、図２Ａおよび図２Ｂにおける曲線２４の二次関数的すなわち放物線的なコア・プロファイルと曲線２０に図解されているような一定のコア・プロファイルとの間で、補間をしているのである。そのような補間をしているコアの屈折率プロファイルが、伝搬する光の所定の波長において異なる複数の群速度を有する１組の光伝搬モードをサポートするＭＭＦを生じさせることができる。
【００３８】
図３は、スペクトル曲線３０、３２、３４によって、例えば図１に図解されているようなＭＭＦのいくつかの実施形態に対する例示的な複数の組の光伝搬モードＡ、Ｂ、およびＣの群速度を、概略的に図解している。対応するＭＭＦは、例えば図２Ａ、図２Ｂ、および／または図２Ｃにおけるように、そのＭＭＦの軸に関して対称な光屈折率プロファイルを有しうる。Ａモードは、例えばほぼ均一な分布状態でスペクトル曲線３０の上に分布されている群速度を有し、Ｂモードは、例えばほぼ均一な分布状態でスペクトル曲線３２の上に分布されている群速度を有し、Ｃモードは、例えばほぼ均一な分布状態で、スペクトル曲線３４の上に分布されている群速度を有する。個別のスペクトル曲線３０、３２、３４のそれぞれに対しては、対応する１組の光伝搬モードが、対応する帯域または範囲に群速度が存在する共通のまたは実質的に同様の半径方向の光強度プロファイルを有しているのが典型的である。それぞれのそのような帯域または範囲では、その１つまたは複数の光伝搬モードの共通の群速度は、伝搬する光の波長と共に変化する。それぞれのそのような帯域または範囲では、その１組の共通の群速度の変化は、好ましくはおよび／または典型的には、波長との関係では単調であって、しかも、スペクトル曲線３０、３２、３４に概略的に図解されているように、波長との関係でほぼ線形でありうる。例えばモードＡ〜Ｃのモード帯域など、群速度のモード帯域または範囲の異なるものは、例えば、少なくとも、光通信のＣバンドのほぼ全体、光通信のＬバンドのほぼ全体、または光通信のＳバンドのほぼ全体など、大きな波長領域にわたる群速度の値において、重なり合うことはない。実際、モード帯域または範囲が重なり合わない波長間隔は、光通信のＣおよびＬバンドのほぼ全体、光通信のＣおよびＳバンドのほぼ全体、または光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンドのほぼ全体を含むことさえありうる。特に、群速度の範囲が近接しているモード帯域または範囲のいくつかは、大きな選択された波長範囲における光に対して、例えば群速度の値におけるギャップ１および２など、非ゼロのギャップによって分離されている。
【００３９】
例えばギャップ１および２など、隣接する帯域の間のそのような例示的なギャップは、非ゼロであり、比較的小さいことが多い。そのような非ゼロのギャップが存在する場合、２つの群速度近接モード帯域の光伝搬モードは、例えば、Ｃバンドのほぼ全体、Ｌバンドのほぼ全体、Ｓバンドのほぼ全体、ＬおよびＣバンドの組み合わせのほぼ全体、ＳおよびＣバンドの組み合わせのほぼ全体、またはＳ、Ｌ、およびＣバンドの組み合わせのほぼ全体など、波長の光通信範囲の全体に及ぶ異なる複数の群速度を有する。そのような近接する帯域の光伝搬モードの群速度が異なっていることにより、モード相互間の光クロストークおよび／またはモード相互間の非線形光効果は、典型的には、光信号がＭＭＦの伝送スパンの長さに沿って伝搬するにつれて、大幅に平均化される傾向にあるはずである。そのような時間的平均化は、典型的には、伝搬の間に、すなわち、そのような光通信のために用いられる波長範囲の全体においてそのような隣接する帯域において異なる速度でデータが運ばれる場合に生じる、望ましくないモード相互間の光学的相互作用によって生じる歪みを減少させるはずである。
【００４０】
しかし、ＭＭＦにおける伝搬の間にそのような時間的平均化を行うことにより、典型的には、受信されるデータ変調された光キャリアにおいて、何らかのモード相互間のクロストークを残存させることになる。その理由のため、光受信機を、例えば受信されるデータ変調された光キャリアにおけるモード相互間の光クロストークの量を減少させる更なる処理を実行するように、構成することがある。そのような更なる処理は、受信されるデータ変調された光キャリアを、または、そこからコヒーレントにダウンミックスされた光もしくは電気信号を、光および／または電気イコライザを通過させることを含みうる。このイコライザは、受信されるデータ変調された光キャリアまたはそこから光学的にダウンミックスされた電気もしくは光信号を、同じ光キャリアまたはそこから電気的もしくは光学的にダウンミックスされた電気信号の相対的に時間遅延が生じている部分と、ミキシングする。そのようなミキシングを実行するために、イコライザは、典型的には、光キャリアまたはそこから電気的もしくは光学的にダウンミックスされた信号の部分を、ＭＭＦにおける光伝搬の間に実質的なモード相互間の光クロストークを生じさせるデータ変調された光キャリアの部分の間の相対的な遅延とサイズが匹敵する時間周期にわたって蓄積する。この理由で、典型的には、異なる複数の光伝搬モードのデータ変調された光キャリアのそのようなクロストーク部分の間の相対的な時間遅延が大きくなりすぎないことを確実にすることが、有利である。
【００４１】
例えば、例示的なモード当たりのデータ・レートが毎秒約１００ギガビット（Ｇｂ／ｓ）である波長分割多重化（ＷＤＭ）システムは、約５０ギガへルツ、すなわち、約１５５０ｎｍの波長を伴う光通信のＣバンドの光に対し、約０．４ｎｍという例示的な光チャネル間隔を有しうる。そのようなＷＤＭシステムは、分散が例えば毎ナノメートル毎キロメートル当たり約１７ピコ秒（ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ））である光伝送ファイバを用いうる。そのようなＷＤＭシステムに対しては、実質的なモード相互間クロストークが、所定の光波長チャネルと例えば７０〜１２０キロメートルという通常の長さを有する光ファイバ・スパン上の近傍における約４つの光波長チャネルとの間に生じる可能性がある。すなわち、そのようなモード相互間クロストークは、光波長チャネルと、その所定の波長チャネルの片側または両側で波長が最も近い約４つの波長チャネルとの間で実質的となりうる。ここで、４つの波長チャネルとは、例えば、４つのより長い波長チャネル、４つのより短い波長チャネル、または２つのより長い波長チャネルと２つのより短い波長チャネルである。よって、そのような例のＭＭＦスパンによって所定のチャネルに生じるモード相互間の光クロストークを実質的に減少させるまたは除去するためには、２つの光伝搬モードの群速度が、少なくとも、光波長チャネルとその４番目に近い隣接する光波長チャネルとの間の群速度の差だけは異なっていることが望まれうる。よって、光伝送モードの隣接する帯域の間における群速度の逆数の間のギャップは、少なくとも、４×０．４ｎｍ×１７ｐｓ／（ｎｍ−ｋｍ）の逆数に、ほぼ等しくなければならない。隣接する帯域の群速度のギャップの大きさは、その帯域の群速度の逆数におけるギャップのサイズとそのギャップにおける平均群速度の平方との積であるから、そのような隣接する帯域に対する群速度自体におけるギャップは、ＭＭＦの有効屈折率が約１．４５である場合には、約１２００メートル／秒である。
【００４２】
様々なＭＭＦにおいて、隣接するモード帯域の間の群速度のそのようなギャップは、例えばクロストークが生じる光伝搬モードの間に不都合に大きな集積された群遅延を生じさせることなくモード相互間の相互作用を平均化するなど、ＭＭＦの所望の性質を排除することなく、いくぶん異なった値を有しうる。その理由のため、様々なＷＤＭシステムでは、群速度におけるモード相互間のギャップは、例えばギャップ１および２など、図３に概略的に図解されているように、毎秒１００００メートル以下の値を有しうるが、好ましくは毎秒５０００メートル以下の値を有し、更には毎秒２５００メートル以下の値を有することもありうる。典型的なスパンにおける望ましくないモード相互間の相互作用の適切な平均化を維持するために、隣接するモード帯域の間の群速度のそのようなギャップは、典型的には、少なくとも毎秒約５００メートル程度となる。
【００４３】
発明者たちは、そのスペクトル特性が図３に図解されているものと定性的に対応するＭＭＦは、異なる複数の方法で製造可能であると考えている。例えば、発明者たちは、例えば図２Ｂに図解されているようなグレーデッド・インデクス・コアＭＭＦや、例えば図２Ｃに図解されているようなディプレスト・インデクス・クラッドＭＭＦは、図３に概略的に図解されているような光特性を有するように製造可能である、と考える。
【００４４】
適切なグレーデッド・インデクス・コア・タイプの光ファイバの設計について更に述べるため、発明者たちは、本明細書で、従来型ＭＭＦのいくつかの特性について説明することにする。例えばその光屈折率プロファイルが図２Ａに図解されているＭＭＦなど、いくつかの異なる光伝搬モードを備えた従来型のステップ・インデクスＭＭＦは、典型的には、隣接するモード帯域すなわち群速度の値が近いモード帯域の間に、大きなギャップを有する。すなわち、そのようなＭＭＦでは、図３のギャップ１および２が、典型的には、望ましい値よりもはるかに大きいため、そのようなＭＭＦを用いるには、光受信機において大きな時間バッファを備えたイコライザを用いることも必要となることが多い。対照的に、例えばその光屈折率プロファイル２４が図２Ｂに図解されているＭＭＦなど、二次のグレーデッド・インデクス・コア・タイプのＭＭＦは、典型的には、例えば光通信のＣバンドのサイズの波長範囲において群速度が強く重なり合うモード帯域を有する。よって、図２Ｂの曲線２０および曲線２４の光屈折率プロファイルは、それぞれが、図３の隣接するモード帯域の間のギャップ１および２がそれぞれ大きすぎるおよび小さすぎるＭＭＦを生じることが予想される。そのようなギャップは、ＭＭＦの光屈折率プロファイルが徐々に変更されるとサイズが滑らかに変化するため、図２Ａの曲線２４のプロファイルと曲線２０のプロファイルとの間でのＭＦＦの光屈折率プロファイルの滑らかな補間は、典型的には、群速度が隣接する光伝送モードの帯域の間のギャップ１および２のサイズが正であり、光通信のＣバンド全体において、場合により光通信のＣおよびＬバンドの全体において、または場合により光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンド全体においてさえも許容できないほどには大きくない光屈折率プロファイルを通過する。
【００４５】
以上の開示内容を考慮すると、発明者たちは、例えば図２Ｃにおけるような光屈折率プロファイルを有するディプレスト・インデクス・クラッド・タイプのＭＭＦを、図３に概略的に図解されているような異なる複数の光伝搬モードの帯域のスペクトルを有するように設計することも可能であると考える。実際に、そのようなＭＭＦのための適切な形態は、おそらく、光屈折率プロファイルを、典型的には帯域相互間のギャップが大きすぎる光伝搬モードの帯域の分布を生じる図２Ａのステップ・インデクス・タイプのＭＭＦの光屈折率プロファイルから離れる方向に内挿することによって、見いだすことが可能であろう。
【００４６】
以上の開示内容に基づくと、光ファイバ分野の当業者であれば、図３に概略的に図解されているような群速度の分布を有するＭＭＦに対し、他の半径方向の光屈折率プロファイルを容易に設計することができるであろう。例えば、いくつかのそのような他のＭＭＦは、半径方向に段階的に変化する屈折率プロファイルおよび／またはディプレスト・インデクス・クラッド・プロファイルを有することがありうる。しかし、図３に概略的に図解されているような光伝送特性を有するＭＭＦは、これらのタイプの光屈折率プロファイルよりも広いと考えられる。
【００４７】
図４は、光送信機４２と、光受信機４４と、光送信機４２を光受信機４４に光学的に端部結合する一連のＮ個のＭＭＦスパン４６１、４６２、・・・、４６Ｎとを含む光通信システム４０を図解している。ＭＦＦスパン４６１〜４６Ｎのうちのいくつかまたはすべては、対応する差分群遅延補償器（ＤＧＤＣ）４８１、４８２、・・・、４８Ｎに端部接続されている場合がありうる。
【００４８】
光送信機４２は、例えば並列に、複数のデータ変調された光キャリアを、一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの第１の端部に送信する。いくつかの実施形態では、光送信機４２は、異なる態様でデータ変調された光キャリアの、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの光伝搬モードのうちの異なるものへの送信を可能にする、および／または、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの光伝搬モードのうちの異なるもの経由での送信を可能にする光モード・マルチプレクサを含みうる。光送信機４２は、データを１つまたは複数の光波長チャネル経由でＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの光伝送モードのいくつかへ送信するように、構成することができる。その理由により、光送信機４２は、また、例えば光モード・マルチプレクサの入力に結合されている波長マルチプレクサも含みうる。よって、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの個別的な光伝送モードにおいて、光送信機４２は、１つまたは複数の波長チャネルを介してデータを送信するように、構成することができる。実際、光送信機４２は、分離されている光データ・ストリームを、複数の光伝搬モードと、その中の複数の波長チャネルとに送信することが可能である。
【００４９】
光受信機４４は、複数のデータ変調された光キャリアを、一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの第２の端部から受け取る。いくつかの実施形態では、光受信機４４は、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの光伝搬モードのうちの異なるものによって運ばれるデータ変調された光キャリアを分離することができる光モード・デマルチプレクサを含みうる。光受信機４４は、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの光伝搬モードのうちのいくつかの１つまたは複数の光波長チャネルからデータを受け取るように、構成されうる。すなわち、ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの個別的な光伝送モードから、光受信機４４は、１つまたは複数の波長チャネルからデータを受け取るように構成されうる。実際、光受信機４４は、複数の光伝搬モードと複数の波長チャネルとから光データ・ストリームを受け取ることが可能でありうる。
【００５０】
いくつかの実施形態では、光送信機４２および／または光受信機４４は、他の光ネットワーク機能を実行するように構成されている光コンポーネントでありうる。例えば、光送信機４２と光受信機４４との一方または両方が、光ファイバ・ネットワークの光アド・ドロップ・マルチプレクサまたは光クロス・コネクトでありうる。そのような実施形態では、光送信機４２と光受信機４４とは、一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎによって形成されている光リンクの複数の光伝搬モードを経由して、光データ・ストリームをそれぞれ送信および受信することができる。そのような実施形態では、光通信システム４０は、例えば複雑なトポロジを有する光ネットワークである、より大きなＷＤＭ光ネットワークの一部でありうる。なお、そのようなネットワークの例として、３またはそれより多くのＭＭＦスパン（図示せず）の端部を直接に接続するいくつかのノードを有するメッシュ・ネットワークがある。
【００５１】
他の実施形態では、光送信機４２と光受信機４４との一方または両方が、一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎまたはそのサブシーケンスを経由し、より限定された個数の光伝搬モードおよび／またはその一連またはサブシーケンスの波長チャネルによって、通信することがありうる。そのような実施形態では、光送信機４２および／または光受信機４４は、電気的なデータ・ストリームと光学的なデータ変調されたキャリアとの間で、データの変調および／または復調を実行することができる。そのような実施形態では、光送信機４２および／または光受信機４４は、従来型のデータ変調器、波長マルチプレクサおよび／もしくはデマルチプレクサ、ならびに／または光モード・マルチプレクサおよび／もしくはデマルチプレクサを含みうる。
【００５２】
一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎまたはそのサブシーケンスは、複数の光伝搬モードおよび／または波長チャネルをサポートするＷＤＭ光リンクを形成する。ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎのいくつかまたはすべては、例えば図３によって図解されているようなＭＭＦや、例えば図１、図２Ｂおよび／または図２ＣにあるようなＭＭＦを含みうる。ＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎのいくつかまたはすべての隣接する対は、差分群遅延補償器（ＤＧＤＣ）４８１、４８２、・・・、４８Ｎ−１を経由して、光学的に端部接続されうる。ＤＧＤＣ４８１、４８２、・・・、４８Ｎ−１のそれぞれは、例えば同じＤＧＤＣ４８１〜４８Ｎ−１と隣接しかつ直接的に接続されているＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの一方または両方であるＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの１つの上を異なる複数の光伝搬モードを経由して送信されるデータ・シンボルの間に生じる相対的な時間遅延を、部分的または完全に補償する。
【００５３】
代替的な実施形態では、ＤＧＤＣ４８１〜４８Ｎ−１を、データを次のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎにおいて搬送することによって生成される差分モード間群速度遅延（differential inter-mode group velocity delay）を部分的または完全に予め補償するように、および／または、それに直接的に端部接続されている前のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎにおいて生成されたモード間群速度遅延を部分的または完全に事後的に補償するように、構成することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態では、ＤＧＤＣ４８１〜４８Ｎ−１が、光増幅および／または光分散補償を任意に提供することがありうる。
【００５５】
図５は、例えば図４のＤＧＤＣ４８１〜４８Ｎ−１のいずれかとして用いることが可能なＤＧＤＣのある実施形態４８を、図解している。ＤＧＤＣ４８は、１×Ｍ光伝搬モード・デマルチプレクサ５０と、Ｍ×１光伝搬モード・マルチプレクサ５２と、Ｍ個の光導波管ＯＷ１、・・・、ＯＷＭのアレイとを含む。１×Ｍ光伝搬モード・デマルチプレクサ５０の光入力は、例えば図４のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの１つである入力ＭＭＦの隣接する出力端部に接続されうる。Ｍ×１光伝搬モード・マルチプレクサ５２の光出力は、例えば図４の連続して次にあるＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎである出力ＭＭＦの隣接する入力端部に接続されうる。それぞれの光導波管ＯＷ１〜ＯＷＭは、１×Ｍ光伝搬モード・デマルチプレクサ５０の光出力の１つを、Ｍ×１光伝搬モード・マルチプレクサ５２の光入力の対応する１つに、端部接続する。
【００５６】
ＤＧＤＣ４８においては、Ｍ個の光導波管ＯＷ１〜ＯＷＭの個々の光導波管は、例えばシングルモード光ファイバまたは導波管などの、光ファイバまたは光導波管でありうる。個々の光導波管ＯＷ１〜ＯＷＭは、典型的には、異なる光経路長を有しており、光導波管ＯＷ１〜ＯＷＭの光経路長は、接続されているＭＭＦスパンにおける光伝搬モードのうちの異なるモードを経由してデータ・ストリームを送信することによって生じる相対的な遅延を完全にまたは部分的に補償するように、構成することができる。例えば、ＭＭＦにおいて、Ｋ番目の光伝搬モードがＪ番目の光伝搬モードよりも大きな群速度を有している場合には、Ｋ番目のモードに対する光導波管ＯＷＫは、Ｊ番目のモードに対する光導波管ＯＷＪよりも長いのが典型的である。そのような例では、Ｊ番目の光導波管ＯＷＪとＫ番目の光導波管ＯＷＫとの光経路長の差は、それぞれＪ番目の光伝搬モードによって運ばれる光データ・ストリームとＫ番目の光伝搬モードによって運ばれる光データ・ストリームとの間の相対的な遅延を、例えば、近似的に、事後的に補償するまたは予め補償するように、構成することが可能である。なお、この相対的な遅延は、ＤＧＤＣ４８のそれぞれ入力または出力に物理的に接続されたＭＭＦを通過する伝搬に起因する。
【００５７】
様々な実施形態では、光伝搬モード・マルチプレクサ５０と光伝搬モード・デマルチプレクサ５２とは、従来型の形状またはそれ以外の形状を有しうる。光伝搬モード・マルチプレクサ５０と光伝搬モード・デマルチプレクサ５２とのための適切な構成の例は、ローランド・ライフ（Roland Ryf）他により２０１１年９月１６日に出願された米国特許出願第１３／２０００７２号、ローランド・ライフ（Roland Ryf）他により２０１０年６月３０日に出願された米国特許出願第１２／８２７２８４号、ローランド・ライフ（Roland Ryf）他により２００９年６月２６日に出願された米国特許出願第１２／４９２３９１号、ローランド・ライフ（Roland Ryf）他により２０１１年１月７日に出願された米国特許出願第１２／９８６４６８号、およびローランド・ライフ（Roland Ryf）他により２０１０年６月３０日に出願された米国特許出願第１２／８２７６４１号の１つまたは複数に説明がなされている。上述の特許出願のすべては、その全体を、援用により本明細書に組み入れるものとする。
【００５８】
図６は、例えば図４のシステム４０のセグメントであるマルチモード光伝送ファイバを用いるＷＤＭ光通信システムの一部を動作させるための方法６０の一例を、概略的に図解している。
【００５９】
一連の光波長チャネルのそれぞれに対して、方法６０は、Ｑ個の別々のデータ変調された光キャリアの光を、ＭＭＦのＱ個の対応する光伝搬モードの予め選択された１組に光モード多重化する、および／または、Ｑ個のモードからの光を、対応する別々のデータ変調された光キャリアに光モード多重分離するステップ（ステップ６２）を含む。ここで、整数Ｑは２以上であり、Ｑ個の光伝搬モードの予め選択された組は相互に直交している。光モード多重化または光モード多重分離は、近似的にＱ個の光伝搬モードに関して、実行されうる。そのような光モード多重化は、例えば一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの入力端の近傍で、すなわち図４の光送信機４２によって、実行されうる。そのような光モード多重分離は、例えば一連のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの出力端の近傍で、すなわち図４の光受信機４４によって、実行されうる。
【００６０】
例えばＷＤＭシーケンスなどの一連の光波長チャネルにおいて、予め選択された１組の光伝搬モードそれぞれの群速度が、典型的には波長と共に単調に変動する対応のスペクトル曲線を描いている。スペクトル曲線は、それぞれが、群速度のモード帯域と対応する。
【００６１】
モード帯域の異なるものは重なり合うことなく、例えば図３に図解されているように予め選択された波長間隔における非ゼロであるギャップによって分離されている。この予め選択された波長間隔は、一連の波長チャネルの最高および最低の中心波長によって画定される境界を有する。予め選択された波長間隔は、例えば、光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンドの２分の１または１つを含む。予め選択された波長間隔は、典型的には、例えば光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンドのほぼ１つを含む。予め選択された波長間隔は、光通信のＣおよびＬバンド、もしくは光通信のＣバンドおよびＳバンドを含みうるか、または光通信のＣ、Ｌ、およびＳバンドを含みうる。
【００６２】
予め選択された波長間隔では、それぞれのモードは、その限界値がモード帯域の境界を画定する群速度を有する。モード帯域は、非ゼロであるギャップによって分離されており、この非ゼロであるギャップは、例えば既に説明されたように、比較的小さいことがありうる。例えば、モード帯域の群速度が隣接するそれぞれの対は、毎ピコ秒当たり約１００メートル未満のギャップによって分離されうる。それぞれのそのようなギャップは非ゼロであるから、Ｎ個の異なる光伝搬モードは、典型的には、ＷＤＭ光通信のために予め選択されている波長間隔の全体において、異なる複数の群速度を有する。
【００６３】
方法６０は、また、ステップ６２の光をＭＭＦの長さを通じて伝搬させるステップ（ステップ６４）を含みうる。ここで、ＭＭＦの長さは、Ｎ個のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの１つまたは複数を含みうる。
【００６４】
オプションとして、方法６０は、Ｑ個の異なる光伝搬モードを経由するＭＭＦの長さを通過する伝搬によって生じる差分モード遅延を除去するために、光を光学的に補償するステップ（ステップ６６）を含みうる。差分モード遅延は、ＭＭＦにおけるＱ個の光伝搬モードの異なる複数の速度の結果として生じる。このような差分群遅延は、例えば図４のＤＧＤＣ４８１〜４８Ｎ−１のうちの１つまたは複数において光を処理する（ステップ６４）ことにより、部分的または完全に除去することが可能である。このような補償は、例えば図４のＭＭＦスパン４６１〜４６Ｎの１つまたは複数における伝搬によって生じる差分モード遅延を除去するために、差分モード遅延を事後的に補償するまたは予め補償することを含みうる。
【００６５】
任意には、方法６０は、ステップ６２に記載されているように、ＷＤＭ光の光モード多重化を実行するステップと、ステップ６４に記載されているように、モード多重化されたＷＤＭ光を、ＭＭＦを通過して伝搬させるステップと、ステップ６６に記載されているように、ＭＭＦにおける上述のＷＤＭ光に生じる差分モード遅延を光補償するステップと、ステップ６２に記載されているように、ＷＤＭ光の光モード多重分離を実行するステップと、を含みうる。
【００６６】
方法６０は、様々な変形例を伴うように実行され、マルチモード光ファイバ・ベースのＷＤＭ光通信システムを生じさせることができる。なお、このマルチモード光ファイバ・ベースのＷＤＭ光通信システムでは、光中心波長と伝搬光モードとによって定義される異なる複数のチャネルが、このマルチモード光ファイバまたはその一連の光伝送スパンにおいて、異なる複数の群速度を有する。
【００６７】
本発明は、明細書、図面、および特許請求の範囲を考慮することにより当業者に明らかとなる他の実施形態を含むことが、意図されている。
【図１】
0006033339.tif 000002
【図２Ａ】
0006033339.tif 000003
【図２Ｂ】
0006033339.tif 000004
【図２Ｃ】
0006033339.tif 000005
【図３】
0006033339.tif 000006
【図４】
0006033339.tif 000007
【図５】
0006033339.tif 000008
【図６】
0006033339.tif 000009