(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の送信機から波長及びモードの異なる複数の信号光が入力され、前記複数の信号光と該複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記複数の信号光のうち所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成し、生成した前記モード多重信号光を伝送路用の多モード光ファイバに出力するモード合波装置と、
前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる前記所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記他モードの信号光とは異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成し、生成した前記波長多重信号光に含まれる前記複数の信号光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波装置と、
を備えるモード多重伝送システム。
【請求項２】
複数の送信機から波長及びモードの異なる複数の信号光が入力され、前記複数の信号光と該複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記複数の信号光のうち所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成し、生成した前記モード多重信号光を伝送路用の多モード光ファイバに出力するモード合波手順と、
前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる前記所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記他モードの信号光とは異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成し、生成した前記波長多重信号光に含まれる前記複数の信号光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波手順と、
を順に実行するモード多重伝送方法。
【請求項３】
波長及びモードの異なる複数の信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波する光カプラと、
前記複数の信号光のうち所定モードの信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成する多モード光ファイバと、
を備えるモード合波装置。
【請求項４】
前記非線形効果として四光波混合を利用し、
前記所定モードは、前記ポンプ光が前記多モード光ファイバを伝搬するモードであり、
前記ポンプ光の周波数をω１、前記所定モードの信号光の周波数をω２、前記他モードの信号光の周波数をω３とし、各周波数ω１，ω２，ω３における前記多モード光ファイバの前記所定モードの各実効屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項３に記載のモード合波装置。
２ω１＝ω２＋ω３
２ｎ１ω１＝ｎ２ω２＋ｎ３ω３
【請求項５】
モードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光を合波する光カプラと、
前記ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記所定モードとは異なる他モードの信号光のいずれとも異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成する多モード光ファイバと、
を備えるモード分波装置。
【請求項６】
前記非線形効果として四光波混合を利用し、
前記所定モードは、前記ポンプ光が前記多モード光ファイバを伝搬するモードであり、
前記ポンプ光の周波数をω１、前記所定モードの信号光の周波数をω２、前記他モードの信号光の周波数をω３とし、各周波数ω１，ω２，ω３における前記多モード光ファイバの前記所定モードの各実効屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項５に記載のモード分波装置。
２ω１＝ω２＋ω３
２ｎ１ω１＝ｎ２ω２＋ｎ３ω３
【請求項７】
波長及びモードの異なる複数の信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波する光合波手順と、
前記光合波手順で合波した合波光を多モード光ファイバに伝搬させ、前記複数の信号光のうち所定モードの信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成するモード多重手順と、
を順に実行するモード合波方法。
【請求項８】
モードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光を合波する光合波手順と、
前記光合波手順で合波した合波光を多モード光ファイバに伝搬させ、前記ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記所定モードとは異なる他モードの信号光のいずれとも異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成するモード分波手順と、
を順に実行するモード分波方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多モード光ファイバを用い伝送容量を拡大するモード多重伝送システム及びモード多重伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光ファイバネットワークにおけるトラフィックは増大しており、伝送速度の高速化や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）技術による波長多重数の増加、多値変調など様々な手法を用いて伝送容量の拡大を図ってきた。しかし、将来的に既設の伝送路、従来の伝送方式を用いての伝送容量の拡大が困難になると予想されるため、波長領域の拡大、新たな伝送ファイバ、及び新たな伝送方式が検討されている。
【０００３】
波長領域を拡大する方法として、現在利用されていない波長帯を利用して、広波長域のＷＤＭを実現し伝送容量を増大させる検討もなされている。しかし、伝送損失が波長帯により異なるため、使用できる波長帯は限定されると考えられ、さらに、広波長域にわたり増幅が可能な光増幅器も実現が困難なため、広波長域のＷＤＭが実用に至るためには多くの課題がある。
【０００４】
そこで、波長多重に加えて、多モード光ファイバを伝送路として用い、複数の伝搬モードを利用したモード多重伝送方法が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２８８９１１号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｃ．Ｐ．Ｔｓｅｋｒｅｋｏｓ  ａｎｄ  Ａ．Ｍ．Ｊ．Ｋｏｏｎｅｎ，“Ｍｏｄｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｓｐａｔｉａｌ  ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ  ｉｎ  ａ  ｍｏｄｅ  ｇｒｏｕｐ  ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ  ｌｉｎｋ”，Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３２，１０４１−１０４３（２００７）
【非特許文献２】Ｋ．Ｉｎｏｕｅ，“Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｚｅｒｏ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｒｅｇｉｏｎ”，ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ＶＯＬ．１０，ＮＯ．１１，ＮＯＶＥＭＢＥＲ  １９９２．ｐｐ．１５５３−１５６１
【非特許文献３】Ｓ．Ｓａｖｉｎ，他“Ｔｕｎａｂｌｅ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｌｏｎｇ−ｐｅｒｉｏｄ  ｆｉｂｅｒ  ｇｒａｔｉｎｇｓ”，ＯＰＴＩＣＣＳ  ＬＥＴＴＥＲＳ／  Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１０／Ｍａｙ  １５，２０００
【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、特許文献１では所望の高次モードを励振する方法が提案されていない。
【０００８】
また、非特許文献１で開示されているように、モード多重を行う合波器においては、多モード光ファイバの励振位置を変えることで異なるモードに結合させる方法が提案されており、受信部においては受信機の受光部分の位置を変えることで異なるモードの信号光を異なる受信機で受信する方法がある。しかしながら、この方法では、精度の良いモードの合分波方法並びに多数のモードの多重・分離方法が提案されておらず、さらに多重するモード数が増えると合波・分波の精度が劣化し、多重信号間のクロストークが存在することから長距離大容量伝送の実現が困難であるという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明は、この課題を解決する技術として、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、多モード光ファイバと光カプラで構成されるモード合分波装置を用いることにより課題を解決する。
【００１１】
本発明に係るモード多重伝送システムは、複数の送信機から波長及びモードの異なる複数の信号光が入力され、前記複数の信号光と該複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記複数の信号光のうち所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成し、生成した前記モード多重信号光を伝送路用の多モード光ファイバに出力するモード合波装置と、前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる前記所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記他モードの信号光とは異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成し、生成した前記波長多重信号光に含まれる前記複数の信号光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波装置と、を備える。
【００１２】
モード合波装置が信号光とポンプ光とを合波するため、信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。モード分波装置がモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、モード分波装置においてモード合分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード多重伝送システムは、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【００１３】
本発明に係るモード多重伝送方法は、複数の送信機から波長及びモードの異なる複数の信号光が入力され、前記複数の信号光と該複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記複数の信号光のうち所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成し、生成した前記モード多重信号光を伝送路用の多モード光ファイバに出力するモード合波手順と、前記多モード光ファイバから前記モード多重信号光が入力され、前記ポンプ光と同一波長のポンプ光を前記モード多重信号光と合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる前記所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記他モードの信号光とは異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成し、生成した前記波長多重信号光に含まれる前記複数の信号光を波長ごとに異なる受信機に出力するモード分波手順と、を順に実行する。
【００１４】
モード合波手順において信号光とポンプ光とを合波するため、信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。モード分波手順においてモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、モード分波手順においてモード合分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード多重伝送方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【００１５】
本発明に係るモード合波装置は、波長及びモードの異なる複数の信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波する光カプラと、前記複数の信号光のうち所定モードの信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成する多モード光ファイバと、を備える。
【００１６】
ここで、前記非線形効果として四光波混合を利用し、前記所定モードは、前記ポンプ光が前記多モード光ファイバを伝搬するモードであり、前記ポンプ光の周波数をω１、前記所定モードの信号光の周波数をω２、前記他モードの信号光の周波数をω３とし、各周波数ω１，ω２，ω３における前記多モード光ファイバの前記所定モードの各実効屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３としたとき、後述する数１及び数２を満たす。
【００１７】
光カプラが信号光とポンプ光とを合波するため、多モード光ファイバにおいて信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード合波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード合波装置は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【００１８】
本発明に係るモード分波装置は、モードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光を合波する光カプラと、前記ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記所定モードとは異なる他モードの信号光のいずれとも異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成する多モード光ファイバと、を備える。
【００１９】
ここで、前記非線形効果として四光波混合を利用し、前記所定モードは、前記ポンプ光が前記多モード光ファイバを伝搬するモードであり、前記ポンプ光の周波数をω１、前記所定モードの信号光の周波数をω２、前記他モードの信号光の周波数をω３とし、各周波数ω１，ω２，ω３における前記多モード光ファイバの前記所定モードの各実効屈折率をｎ１，ｎ２，ｎ３としたとき、後述する数１及び数２を満たす。
【００２０】
光カプラがモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、多モード光ファイバにおいて第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード分波装置は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【００２１】
本発明に係るモード合波方法は、波長及びモードの異なる複数の信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光とを合波する光合波手順と、前記光合波手順で合波した合波光を多モード光ファイバに伝搬させ、前記複数の信号光のうち所定モードの信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記複数の信号光のうち前記所定モードとは異なる他モードの信号光と同一の波長に変換することでモードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光を生成するモード多重手順と、を順に実行する。
【００２２】
光合波手順において信号光とポンプ光とを合波するため、モード多重手順において信号光を複数モードの伝搬光に励振することができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード合波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード合波方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【００２３】
本発明に係るモード分波方法は、モードの異なる複数の信号光が一波長に多重化されたモード多重信号光と前記複数の信号光のいずれとも波長の異なるポンプ光を合波する光合波手順と、前記光合波手順で合波した合波光を多モード光ファイバに伝搬させ、前記ポンプ光と前記モード多重信号光に含まれる所定モードの信号光との非線形効果によって当該所定モードの信号光の波長を前記所定モードとは異なる他モードの信号光のいずれとも異なる波長に変換することで波長及びモードの異なる前記複数の信号光が多重化された波長多重信号光を生成するモード分波手順と、を順に実行する。
【００２４】
光合波手順においてモード多重信号光とポンプ光とを合波するため、モード分波手順において第一高次モード以上のモードを基本モードに戻すことができる。ここで、一般に異なる伝搬モードではＦＷＭが発生しないため、信号光とポンプ光との非線形効果を用いることによってモード分波におけるクロストークを抑えることができる。したがって、本発明に係るモード分波方法は、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、モードの合波と分波の精度が良く、モード間の合波時の損失や分波時のクロストークを低減でき、伝送距離を拡大できる。このため、モード多重伝送システムにおいて長距離大容量伝送を実現することができる。
また、ＷＤＭ信号に対して一括でモードを合波又は分波できるため、合分波デバイスの数を少なくし経済的にシステムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施形態に係るモード多重伝送システムの一例を示す。
【図２】本実施形態に係るモード合波装置の構成の一例を示す。
【図３】ＦＷＭを用いた単一信号光のモード合波原理の一例を示す。
【図４】ＦＷＭを用いたＷＤＭ信号光のモード合波原理の一例を示す。
【図５】本実施形態に係るモード分波装置の構成の一例を示す。
【図６】ＦＷＭを用いた単一信号光のモード分波原理の一例を示す。
【図７】ＦＷＭを用いたＷＤＭ信号光のモード分波原理の一例を示す。
【図８】本実施形態に係る多モード光ファイバの構造例を示す。
【図９】多モード光ファイバの屈折率の波長依存性の一例を示す。
【図１０】多モード光ファイバの群速度分散の波長依存性の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
添付の図面を参照して本願発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本願発明の実施例であり、以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２８】
図１に、本実施形態に係るモード多重伝送システムを示す。本実施形態に係るモード多重伝送システムは、複数の送信機９１＿１〜９１＿Ｎと、モード合波装置９２と、モード分波装置９３と、複数の受信機９４＿１〜９４＿Ｎと、を備える。本実施形態に係るモード多重伝送方法は、モード合波手順と、モード分波手順と、を順に有する。
【００２９】
モード合波手順では、モード合波装置９２が、複数の送信機９１＿１〜９１＿Ｎからの波長の異なる信号光ｘ１〜ｘＮと信号光ｘ１〜ｘＮとは波長の異なるポンプ光ｐとを合波し、ポンプ光ｐと信号光ｘ１〜ｘＮとの非線形効果によって信号光ｘ１〜ｘＮの第一高次モード以上の伝搬光を生成し、第一高次モード以上の伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光ｘを多モード光ファイバ９５に出力する。
【００３０】
モード分波手順では、モード分波装置９３が、多モード光ファイバ９５からモード多重信号光ｙが入力され、ポンプ光ｐと同一波長のポンプ光ｐをモード多重信号光ｙと合波し、当該ポンプ光ｐとモード多重信号光ｙとの非線形効果によってモード多重信号光ｙに含まれる信号光の基本モード光を生成する。これにより、信号光ｘ１〜ｘＮと同じ波長の信号光ｙ１〜ｙＮを生成することができる。そして、モード分波装置９３は、信号光ｙ１〜ｙＮを波長ごとに異なる受信機９４＿１〜９４＿Ｎに出力する。
【００３１】
Ｎ個の送信機９１＿１〜９１＿Ｎから発せられるＮ種の波長の信号光ｘ１〜ｘＮは、モード変換器を備えるモード合波装置９２において、合波され、伝送路として用いる多モード光ファイバ９５の伝搬モードのうち互いに異なるモードに変換される。合波された信号光ｘ１〜ｘＮは多モード光ファイバ中９５で各々異なる伝搬モードとして伝搬する。出射側に設置されたモード分波装置９３において波長毎にＮポートに分波され、分波されたＮ種の信号光はＮ個の受信機９４＿１〜９４＿Ｎで受信される。つまり、Ｎ種の信号光の並列伝送が可能である。送信機ｉから送信され、モード変換器を通過した信号光をｘｉ、受信機ｉで受信される信号光をｙｉとする。本発明では、光カプラと多モード光ファイバにより構成されるモード合波装置９２及びモード分波装置９３を用いる。
【００３２】
以下に、モード合波装置９２、モード分波装置９３および多モード光ファイバ９５について説明する。
【００３３】
（モード合波装置９２）
図２は、本実施形態に係るモード合波装置９２の構成を示している。モード合波装置９２は、ＷＤＭ合波器２１と、光カプラ２２と、多モード光ファイバ２３と、を備える。本実施形態に係るモード合波方法は、光合波手順と、モード多重手順と、を順に有する。
【００３４】
光合波手順では、光カプラ２２が、信号光ｘ１〜ｘＮとポンプ光ｐとを合波する。
モード多重手順では、多モード光ファイバ２３が、信号光ｘ１〜ｘＮとポンプ光ｐとの非線形効果によって信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、第一高次モード以上の伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光に変換する。
【００３５】
モード合波装置９２に入射される信号光は、波長の異なる複数の信号光であり、ＷＤＭ合波器２１により一つのファイバに信号光ｘ１〜ｘＮが多重され、光カプラ２２を通じて波長の異なる一つのポンプ光ｐと合波される。光ファイバ９５内では、ポンプ光ｐの波長が多モード光ファイバ２３の各伝搬モードの零分散波長に近いと、非線形現象の一つである四光波混合（Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ：ＦＷＭ）が発生し、新たな波長の光が発生する。この時、同一波長かつ異なる伝搬モードへ入力信号光ｘ１〜ｘＮを変換することでモード多重された信号光ｘを得ることができる。
【００３６】
モード多重信号光ｘを得るための具体的な方法を、図３を用いて説明する。
ポンプ光ｐの周波数をω１とし、信号光ｘ１〜ｘＮの各周波数をω２とすると、新たに発生する光の各周波数ω３とは以下の位相整合条件を満たす。
（数１）
２ω１＝ω２＋ω３
（数２）
２ｎ１ω１＝ｎ２ω２＋ｎ３ω３
ここで、ｎ１〜ｎ３は、各周波数ω１〜ω３における多モード光ファイバ２３の伝搬モードの実効屈折率である。
【００３７】
なお、媒体が単一モード光ファイバの場合にはω１〜ω３に対するｎ１〜ｎ３は“１対１”の関係が成り立つが、多モード光ファイバの場合は、各周波数ω１〜ω３に対する伝搬モードが複数あることから、“１対多”の関係にある。つまり、数２のｎ１〜ｎ３は伝搬モード数をＮとすると、Ｎ３通りの組み合わせが考えられる。
【００３８】
例えば、図３に示すように、基本モードであるＬＰ０１モードの零分散波長をλｐとし、ＬＰ０１モードで入射される信号光の波長をλ０’とする。さらに、ポンプ光がλｐで入射される時にＬＰ０１モードのポンプ光と信号光の間で、数１〜数２を満たす新たに発生する光の波長がλ０であるとし、その波長の第一高次モードであるＬＰ１１モードで伝搬する光が入射されるとすると、波長λ０’のＬＰ０１モードが波長λ０のＬＰ０１モードに変換され、波長λ０においてＬＰ０１モードとＬＰ１１モードが多重されたモード多重信号光を得ることができる。
【００３９】
また、図４に示すように、対象がＷＤＭ信号であったとしても、一つのポンプ光で一括してモード多重信号光を生成することができる。
【００４０】
なお、ＬＰ０１モードのポンプ光とＬＰ１１モードの信号光の間にもＦＷＭが発生するが、一般に異なる伝搬モードでは零分散波長が異なるため、非特許文献２に示される通りＦＷＭによる波長変換効率が急激に劣化し、ＬＰ１１モードではＦＷＭが発生せず、ＬＰ０１モード間のみＦＷＭを発生させることができる。
【００４１】
なお、入射信号に高次モードの光を用いるためには、例えば多モード光ファイバ２３として長周期ファイバブラッググレーティングを用いることで実現できる。非特許文献２に示されるように、波長λにおいて基本モードを高次モードに変換するためのグレーティングの間隔Λは数１で与えられる。数１のｎ０とｎ１ｍは、それぞれ波長λにおける基本モードの実効屈折率、ｍ番目の高次モードの実効屈折率を示している。ファイバグレーティングの間隔は、使用するファイバの構造パラメータ、波長、変換するモード次数によって決定される。使用する波長を決定後、ファイバの構造パラメータから数値解析を行い、基本モードの実効屈折率と所望の高次モードの実効屈折率を算出する。これらの計算結果と数３を用いて必要なグレーティング周期を決定する。
（数３）
Λ＝λ／（ｎ０−ｎ１ｍ）
【００４２】
（モード分波装置９３）
図５は、本実施形態に係るモード分波装置９３の構成を示している。モード分波装置９３は、光カプラ３１と、多モード光ファイバ３２と、ＷＤＭ分波器３３と、を備える。本実施形態に係るモード分波方法は、光合波手順と、モード分波手順と、を順に有する。
【００４３】
光合波手順では、光カプラ３１が、モード多重信号光とポンプ光を合波する。
モード分波手順では、多モード光ファイバ３２が、ポンプ光とモード多重信号光との非線形効果によってモード多重信号光ｙに含まれる信号光ｘ１〜ｘＮの基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光ｙ１〜ｙＮに変換する。
【００４４】
入射されるモード多重信号光yと、波長の異なるポンプ光pは多モード光ファイバ３２に入射され、多モード光ファイバ３２中でＦＷＭを発生させる。この時、同一波長のモード多重信号光から特定のモードに対してのみ、数１〜数２の条件を満たすようにポンプ光の波長が調整されていると、特定のモードの信号光のみ新たな波長の光として変換され、その光をＷＤＭ用分光器に通すことでモードの分波装置が実現できる。
【００４５】
例えば、図６に示すように、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのモード多重信号光の波長をλ０とし、ＬＰ０１モードのポンプ光の波長をλｐとする。ポンプ光の波長が、ＬＰ０１モードの零分散波長に近いと、数１〜数２を満たす波長λ０’のＬＰ０１モードの光が発生する。つまり、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードのモード多重信号光からＬＰ０１モードを取り出すことができ、後段のＷＤＭ分波器３３により取り出すことでモードの分波装置が実現できる。
【００４６】
また、図７に示すように、対象がＷＤＭ信号であったとしても、ひとつのポンプ光で一括してモード多重信号光を生成することができる。
【００４７】
なお、ＬＰ０１モードのポンプ光とＬＰ１１モードの信号光の間にもＦＷＭが発生するが、一般に異なる伝搬モードでは零分散波長が異なるためＦＷＭが発生せず、ＬＰ０１モード間のみＦＷＭを発生させることができる。つまり、従来手法と比較してモード分波におけるクロストークを抑えることができる。
【００４８】
（多モード光ファイバ２３）
次に、モード合波装置９２に用いる多モード光ファイバ２３及びモード分波装置９３に用いる３２の構造例を説明する。
図８に多モード光ファイバの構造を示す。本ファイバは階段構造を有している。この構造は、従来の分散シフトファイバに用いられており、構造分散を負に大きくすることができる。
【００４９】
先に述べたように、ＦＷＭを発生してモード合波又はモード分波を実現するためには、各モードにおける零分散波長が異なる必要がある。各モードにおける分散は、材料分散と構造分散に分けられ、材料が同じ光ファイバにおける材料分散は各モードにおいて等しい。一方で構造分散は各モードにおいて異なり、材料分散に対して無視できない程度の構造分散値を有する必要がある。現状では、分散シフトファイバに用いられている図８に示す様なデュアルシェイプコアや分散補償ファイバに用いられるＷ型屈折率分布とすることで、構造分散値が負に大きくなり、多モード光ファイバ２３及び３２として好ましい。
【００５０】
例えば、ａ１＝２．１５μｍ、ａ２＝１０μｍ、Δ１＝１％、Δ２＝０．２％とした場合の、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードの実効屈折率を示したものを図７に示す。モード毎に異なる実効屈折率を有しており、モードの組み合わせにより数１〜２を満たす波長がポンプ光と信号光の間で４種（ＬＰ０１−ＬＰ０１，ＬＰ０１−ＬＰ１１，ＬＰ１１−ＬＰ０１，ＬＰ１１−ＬＰ１１）決定されることが分かる。
【００５１】
同じファイバの群速度分散の値を示したものを図８に示す。ＬＰ０１モードの零分散波長が１５５０ｎｍであるのに対し、ＬＰ１１モードの零分散波長は１３９０ｎｍであることが分かる。
【００５２】
すなわち、モード多重された信号に対し、ＦＷＭで変換される波長は一方のみであり、各モードの零分散波長にポンプ光ｐの波長λｐを設定した場合にモードの合分波が実現できる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、ＬＰ０１モード間、ＬＰ１１モード間におけるＦＷＭのみを取り扱ったが、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モード間といった異なるモード間においても数１〜数２を満たす場合がある。
【００５４】
以上に説明したモード合波装置９２、モード分波装置９３及び多モード光ファイバ９５を用いて、図１に示す様なＮ個のモード多重伝送システムを構築する。このシステムを用いＮ種の伝搬モードの零分散波長に対応するＮ種のポンプ光を多モード光ファイバに入射することで、Ｎモードを多重するモード合波装置９２、Ｎ種のモードを分離するモード分波装置９３を実現することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、多モード光ファイバを用いた伝送であり、モードの利用によって周波数利用効率が向上し、大容量・長距離通信を実現することができる。
【符号の説明】
【００５６】
２１：ＷＤＭ合波器
２２：光カプラ
２３：多モード光ファイバ
３１：光カプラ
３２：多モード光ファイバ
３３：ＷＤＭ分波器
９１＿１〜９１＿Ｎ：送信機
９２：モード合波装置
９３：モード分波装置
９４＿１〜９４＿Ｎ：受信機
【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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【図１０】
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