(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の伝送路を伝搬した光信号を第２の伝送路に合流して伝送する光伝送システムであって、
Ｍ本（２≦Ｍ）の第１の伝送路であり、Ｍ本のうちのｍ番目（０≦ｍ≦Ｍ−１）の第１の伝送路のモードの次数がＮm（０≦Ｎm）である、Ｍ本の第１の伝送路と、
Ｋ本（１≦Ｋ）の第２の伝送路であり、Ｋ本のうちのｋ番目（０≦ｋ≦Ｋ−１）の第２の伝送路のモードの次数がＬk（１≦Ｌk）である、Ｋ本の第２の伝送路と、
前記Ｍ本の第１の伝送路および前記Ｋ本の第２の伝送路に接続された合流回路と
を備え、
前記Ｍ本うちのｍ番目の第１伝送路で光信号の伝送に用いるモードの数をＮm＋１とし、
前記Ｍ本の第１伝送路光信号の伝送に用いるモードの数の総和を
【数１】
0006457966.tif 000020
とし、
前記Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路におけるｌ次（エル次、０≦ｌ≦Ｌk−１）のモードを
【数２】
0006457966.tif 000021
とし、
前記Ｍ本のうちのｍ番目の第１の伝送路のｎ次モード（０≦ｎ≦Ｎm−１）のうちのｎ＋１番目から前記Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路のｌ次モードへ変換したモードのうちのｌ＋１番目のモードの振幅を複素数で表現した係数を
【数３】
0006457966.tif 000022
としたとき、
前記合流回路は、前記Ｍ本のうちのｍ番目の第１の伝送路からのｎ番目のモードを前記Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路にマルチモードで合流させる際に、前記Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路に、Ｊk個のフィールドを重ね合わせたフィールド状態
【数４】
0006457966.tif 000023
を出力するよう屈折率分布が構成されており、
前記係数は、すべてのｌに対し均等となるように
【数５】
0006457966.tif 000024
を満たし、
前記係数は、ベクトル空間と考えた場合に互いに直交し、
【数６】
0006457966.tif 000025
を満たす、ことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
Ｋ＝１である、ことを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記合流回路に接続され、前記光信号の波長帯と異なる波長帯の第２の光信号が、前記光信号の伝搬方向とは逆方向に伝搬する第３の伝送路を備え、
前記合流回路が前記Ｍ本の第１の伝送路に前記第２の光信号を均等に分配するよう、前記屈折率分布がさらに構成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記屈折率分布が波面整合法を用いて決定された、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項５】
前記屈折率分布がトポロジー最適化を用いて決定された、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光加入者伝送システムは、光ファイバおよび局舎内の装置の利用効率を高めるため、双方向の時分割多重により、１つのファイバに複数の加入者を収容するシステムが一般的である。１つのファイバに複数の加入者の信号を合流させるため、または１つのファイバから複数の加入者へ信号を分けるために、光信号を分岐させる光スプリッタが用いられている。光スプリッタとしてはシングルモード導波路回路が用いられる。シングルモード導波路回路である光スプリッタを、信号を合流させるように機能させる（信号を分岐する方向と逆の方向で信号を合流させるように機能させる）場合には、合流させた信号の強度が分岐数分の１に減少してしまうという課題があった。
【０００３】
これに対して、マルチモードの合波回路とマルチモード状態を受光できる受信器とを用いることで、信号を合流させる際の分岐損失を低減することが提案されている。（非特許文献１）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Fujiwara et al. "High-Splitting-Ratio PON Systems Using a PLC-Based Funnel-Shaped Waveguide With Dual-Mode Fiber [Invited]," VOL. 7, NO. 1, IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, JANUARY 2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、マルチモード状態は一般のシングルモードファイバやシングルモードの光導波路回路に用いられる光導波路構造の導波路コアの屈折率とクラッドの屈折率とのコントラスト（比屈折率差）では、安定して導波させることが困難であり、モード間の遅延差により信号波形が劣化するため、入射ポートに依存し特性がばらつくという課題があった。
【０００６】
図６は、非特許文献１に開示された技術を適用した場合の光伝送システムの構成例を示す図である。各光加入者側送受信装置（光回線終端装置（ＯＮＵ：Optical Network Unit））１０２から送信された１．３μｍ帯の信号は、シングルモードファイバの光伝送路を介して、局側送受信装置（光回線終端装置（ＯＬＴ：Optical Line Terminal））６００へ入力され、受信機１２６で受信される。ＯＮＵ１０２とＯＬＴ６００の間の光伝送路には、Ｎ×１スプリッタ１０４（例えば、Ｎ＝８，１６等）が設けられている。ＯＬＴ６００には複数（Ｍ本）のシングルモードファイバの光伝送路が接続される。複数のシングルモードファイバの光伝送路を伝搬した信号は、Ｍ×１マルチモード合流回路６３０により１つのマルチモードファイバの光伝送路に合流されて受信機１２６により受信される。
【０００７】
一方、ＯＬＴ６００の送信機１２２から送信された１．５μｍ帯の信号は、増幅器１２４により増幅され、Ｍ×１マルチモード合流回路６３０にマルチモードファイバの光伝送路を介して入力され分岐された後、シングルモードファイバの光伝送路を介してＯＮＵ１０２へ入力される。Ｍ×１マルチモード合流回路６３０と受信機１２６および送信機１２２との間のマルチモード光伝送路には、１．３μｍ帯と１．５μｍ帯とを選択的に反射／透過する波長選択ミラー１２８が備えられている。
【０００８】
図７（ａ）は、Ｍ×１マルチモード合流回路６３０を示す図である。図７（ａ）にあるように、Ｍ×１マルチモード合流回路６３０は、スラブ導波路の集光角をマルチモード光ファイバの開口数に対応する入射臨界角度以内とすることによって、シングルモードの入力のマルチモードファイバへの合流、マルチモードでの受信器までの伝搬、およびマルチモードの状態で受光器１２６への結合を実現して、損失を低減させるものである。しかしながら、一般にはスラブ導波路の入力ポート位置に依存して出射部分に複数モードが不均等に発生させる（図２（ｂ）、図３(ｂ)参照）。その結果、図７（ｂ）に示すように合流回路の出射部分に接続されたマルチモードファイバのマルチモード内に閉じ込めが困難な高次モードを多く発生させる伝送システムとなる。光ファイバや石英系平面光波回路のような低い比屈折率差で光回路を作製した場合、高次モードが導波路で制御できなくなり、光デバイスの集積化が困難となってしまったり、モードに依存した損失により信号強度のばらつきが発生したり、モード成分間での遅延差により光信号波形が歪みにバラつきが発生するという課題があった。
【０００９】
図８は、上記の課題を明らかにする例として実際にマルチモード導波路における高次モードの損失の様子を示す図である。図８（ａ）は、光の伝搬の様子を数値計算により求めたものであり、幅８０μm長さ１６００μｍの領域を縦方向に下から上への伝搬する光の様子を表している。領域のアスペクト比は実際のマルチモード導波路よりも幅方向が広くなっている。図８（ａ）の一番左は屈折率分布を表している。マルチモード導波路は石英系ガラスで比屈折率差が２％の導波路である。導波路幅は１５μｍ、曲率半径２５００μｍで４０μｍ程度右側に膨らんでもとに戻る単純な光回路となっている。曲率半径２５００μｍという値は通常の比屈折率差２％の石英系シングルモード導波路の場合の曲率半径１０００μｍと比較すると十分大きな曲率半径であり、それほど大きくない曲げ損失を期待できるが、この数値計算では高次のモード（モード５やモード４）の場合、光導波路を曲げ始めたところで光が漏れており、大きな損失が発生していることが分かる。図８（ｂ）に示すように、各モードともモード間の変換が発生しているが、導波路内にとどまったパワー（透過率）は、モード０から３の場合に９０％以上、モード４の場合に４０％、モード５の場合に３０％程度となっており高次モードが不安定であることが分かる。一般的には伝搬中の干渉のため必ずしもモードの次数に完全に対応した損失とはならないが、高次モードの方が不安定であり、このようなわずかな曲げに抑えた場合も高次モードでは損失が見られることを示しており光回路中の光信号の取り回しを注意する必要がある。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数のシングルモード入力またはマルチモード入力の光信号をマルチモード導波路に合波する際に低次モードのみを発生させ、安定した光の伝搬を実現し、モード間の遅延差の影響を抑制する光伝送システムの構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、一実施形態の光伝送システムは、Ｍ本の第１の伝送路と、Ｋ本の第２の伝送路と、Ｍ本の第１の伝送路およびＫ本の第２の伝送路に接続された合流回路とを備え、第１の伝送路を伝搬した光信号を第２の伝送路に合流して伝送する光伝送システムである。Ｍ本のうちのｍ番目（０≦ｍ≦Ｍ−１）の第１の伝送路のモードの次数がＮm（０≦Ｎm）である。Ｋ本のうちのｋ番目（０≦ｋ≦Ｋ−１）の第２の伝送路のモードの次数がＬk（１≦Ｌk）である。
【００１２】
Ｍ本うちのｍ番目の第１伝送路で光信号の伝送に用いるモードの数をＮm＋１とし、Ｍ本の第１伝送路光信号の伝送に用いるモードの数の総和を
【００１３】
【数１】
0006457966.tif 000002
【００１４】
とし、Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路におけるｌ次（エル次、０≦ｌ≦Ｌk−１）のモードを
【００１５】
【数２】
0006457966.tif 000003
【００１６】
とし、Ｍ本のうちのｍ番目の第１の伝送路のｎ次モード（０≦ｎ≦Ｎm−１）のうちのｎ＋１番目から前記Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路のｌ次モードへ変換したモードのうちのｌ＋１番目のモードの振幅を複素数で表現した係数を
【００１７】
【数３】
0006457966.tif 000004
【００１８】
としたとき、上記合流回路は、Ｍ本のうちのｍ番目の第１の伝送路からのｎ番目のモードをＫ本のうちのｋ番目の第２の伝送路にマルチモードで合流させる際に、当該Ｋ本のうちのｋ番目の第２の伝送路に、Ｊk個のフィールドを重ね合わせたフィールド状態
【００１９】
【数４】
0006457966.tif 000005
【００２０】
を出力するよう屈折率分布が構成されている。ここで、上記係数は、すべてのｌに対し均等となるように
【００２１】
【数５】
0006457966.tif 000006
【００２２】
を満たし、また、ベクトル空間と考えた場合に互いに直交し、
【００２３】
【数６】
0006457966.tif 000007
【００２４】
を満たす、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、複数のシングルモード入力またはマルチモード入力の光信号をマルチモード導波路に合波する際に、０次モードから伝送チャンネル数に対応する次数のモードまでの低次モードのみを発生させ、安定した光の伝搬を実現し、モード間の遅延差の影響を抑制する光伝送システムの構成を提供することが可能となる。一般に、高次のモードほど伝搬の安定性が悪い。本発明では不要な高次のモードが発生しないので、安定した光の伝搬を実現できる。また、一般に、モード数が多くなるとモード間の遅延差がその分多くなる。本発明では不要な高次のモードが発生しないので、モード間の遅延差の抑制も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる光伝送システムを示す構成図である。
【図２】（ａ）は本発明の一実施形態を構成するマルチモード合流回路を示す図であり、（ｂ）および（ｃ）は従来のマルチモード合流回路を示す図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）のマルチモード合流回路の出力における各モードの励振割合（分配状態）を示す図であり、（ｂ）は図２（ｂ）のマルチモード合流回路の出力における各モードの励振割合（分配状態）を示す図であり、（ｃ）は図２（ｃ）のマルチモード合流回路の出力における各モードの励振割合（分配状態）を示す図であり、（ｄ）は図２（ａ）〜（ｃ）のマルチモード合流回路の透過率を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態を構成するマルチモード合流回路の機能を説明するための図である。
【図５】（ａ）は本発明の別の実施形態の光加入者伝送システムを説明するための図であり、（ｂ）は実施例を示す図である。
【図６】従来技術を適用した場合の光伝送システムの構成例を示す図である。
【図７】（ａ）は従来のＭ×１マルチモード合流回路を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＭ×１マルチモード合流回路の出力における特性のばらつきを示す図である。
【図８】（ａ）はマルチモード導波路における高次モードの損失の様子を示す図であり、（ｂ）は各モードの透過率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明では具体的な値を例示が、本発明はこれに限定されるものではなく、一般性を失うことなく他の値でも実施できる。図面中の同一または類似の符号は同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明は省略する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる光伝送システムを示す構成図である。図６の光伝送システムと同様に、複数のファイバの光伝送路を伝搬した信号は、ＯＬＴ１２０のＭ×１マルチモード合流回路１３０により１つのマルチモードファイバの光伝送路に合流されて受信機１２６により受信される。
【００２９】
本発明の実施形態の光伝送システムは、複数のシングルモード入力またはマルチモード入力の光信号をマルチモード導波路に合波する際に、０次モードから伝送チャンネル数に対応する次数のモードまでの低次モードのみが出力導波路に発生する。
【００３０】
図２（ａ）は、Ｍ×１マルチモード合流回路１３０の一例である４×１マルチモード合流回路を示す図である。出力導波路は次数が６（モード０からモード５）であるマルチモードである。４つの入力導波路はすべてシングルモードで、１つの入力導波路が１つの伝送チャンネルを伝送するので、伝送チャンネル数は４である。各送チャンネルは、図２（ａ）の４×１マルチモード合流回路へ入力され出力導波路の６つのモード（モード０からモード５）のうちの０次モードから伝送チャンネル数（４）に対応する次数（４次）のモードまでの低次モード(モード０〜３)のみを出力導波路に励振（分配）される。ここでは、入力導波路はすべてシングルモードとしたが、後述するように入力導波路はマルチモードでもよい。なお、図２（ａ）の４×１マルチモード合流回路の構成（屈折率分布のパターン）は、コアの幅（光の伝搬方向に垂直方向の長さ）が非周期的に連続的に変動する（コアとクラッドの境界が滑らかな直線または曲線でない）ものであり、以下に説明するように特徴づけられる。
【００３１】
図３（ａ）は、図２（ａ）の４×１マルチモード合流回路の出力の各モードの励振割合（分布状態）を示す図である。図２（ａ）の４×１マルチモード合流回路は、図３（ａ）に示すように０次モードから伝送チャンネル数（４）に対応する次数（４次）のモードまでの低次モード(モード０〜３)のみ出力導波路に発生する。
【００３２】
図４を参照して本発明の一実施形態の光伝送システムを構成するＭ×Ｋマルチモード合流回路を説明する。光伝送において光回路の伝搬モードまたはその合成状態を論理上の伝送チャンネルとみなせる。光回路の伝搬モードで構成される光のフィールドに関して、フィールドの重なり積分により内積を規定すると、直交しているかどうかで、伝送チャンネル間が独立したものであるかそうでないかがわかる。そこで、光回路における各伝搬モードをもとに、伝送チャンネルの構成（屈折率分布）を以下の通り特徴づけそのような伝送チャンネルの構成が上記課題を解決する構成であることを示す。
【００３３】
まず、考慮する系としては、Ｍ本（２≦Ｍ）の入力導波路を有し、Ｍ本のうちのｍ番目（０≦ｍ≦Ｍ−１）の入力導波路は、Ｎm次（０≦Ｎm）のシングルモード光導波路またはマルチモード光導波路となっており、ｎ次（０≦ｎ≦Ｎm−１）のモードフィールドを
【００３４】
【数７】
0006457966.tif 000008
【００３５】
としてそれぞれを伝送チャンネルとする。さらにＫ本（１≦Ｋ）の出力導波路を有し、Ｋ本のうちのｋ番目（０≦ｋ≦Ｋ−１）の出力導波路はＬk次（１≦Ｌk）のマルチモード光導波路となっている。このときＮm＜Ｌkが成り立つようにする。
【００３６】
ここで、ｋ番目の出力導波路におけるｌ次（エル次、０≦ｌ≦Ｌk−１）のモードフィールド
【００３７】
【数８】
0006457966.tif 000009
【００３８】
を、０次モードを含むモード数
【００３９】
【数９】
0006457966.tif 000010
【００４０】
までの重ね合わせとし、ｍ番目の入力導波路のｎ次モード（すなわち、一つの伝送チャンネルの入力）からｋ番目の出力導波路のｌ次モードへの変換の係数（ｍ番目の入力導波路のｎ次モードからｋ番目の出力導波路のｌ次モードへ変換したモードの振幅を複素数で表現した係数）
【００４１】
【数１０】
0006457966.tif 000011
【００４２】
を用いて、
【００４３】
【数１１】
0006457966.tif 000012
【００４４】
と表して、このフィールド状態を伝送チャンネルの出力側の状態とする。この際、出力側導波路のフィールドは、最低次のモードより順にｌ＝０，・・・Ｊk−１までのフィールドで構成されており、それより高い次数を含まないようにする。こうすると各伝送チャンネル間で共通のモードを使うことになるので、係数
【００４５】
【数１２】
0006457966.tif 000013
【００４６】
について以下のように構成した伝送システムとする。
【００４７】
一つの伝送チャンネルの出力導波路における光のフィールドを出力導波路のどのｌに対しても均等に分配されるように、係数が式(２)を満たすよう光回路の屈折率分布のパターンを構成（高屈折率のコアと低屈折率のクラッドを配置）する。さらに各チャンネルを独立したものとするため光のフィールドに関して重なり積分により内積を規定して、各チャンネルの入力フィールドの指標、すなわち、出力導波路において、ｍ番目の入力導波路ｎ次のモードが、ｍ’番目（ｍ≠ｍ’）の入力導波路のｎ’次（ｎ≠ｎ’）のモードと直交するように（係数をベクトル空間と考えた場合に互いに直交するように）、係数が式(３)を満たすよう光回路の屈折率分布のパターンを構成する。式（３）における＊は複素共役を示す。
【００４８】
【数１３】
0006457966.tif 000014
【００４９】
以上により、光伝送システムにおいてマルチモードで伝送チャンネルを合流させた場合にも各伝送チャンネルに含まれる各モードの強度は均等かつ伝送チャンネル数と同じ次数までのモードの重ね合わせにより伝送路を確保できるため、伝送チャンネル数を超えるような高次モードを抑制し損失バラつきや分散を低減することが可能となる。
【００５０】
上述したＭ×Ｋマルチモード合流回路は、波面整合法やトポロジー最適化法等の設計技法により、入力導波路からの入力フィールドを出力導波路におけるマルチモードのフィールドを重ね合わせた状態に変換する光回路を規定することで、構成（屈折率分布）を得ることができ、また、既存の平面光回路作製プロセス（火炎堆積法やエッチングなど）により、得られた屈折率分布を有する光回路を作製することができる。
【００５１】
再び図１を参照する。本発明の一実施形態にかかる光伝送システムにおいて、各光加入者側送受信装置（ＯＮＵ）１０２から送信された１．３μｍ帯の信号は、シングルモードファイバの光伝送路を介して、局側送受信装置（ＯＬＴ）１２０へ入力され、受信機１２６で受信される。ＯＮＵ１０２とＯＬＴ１２０の間の光伝送路には、Ｎ×１スプリッタ１０４（例えば、Ｎ＝８，１６等）が設けられている。ＯＬＴ１２０には複数（Ｍ本）のシングルモードファイバの光伝送路が接続される。複数のシングルモードファイバの光伝送路を伝搬した信号は、Ｍ×１マルチモード合流回路１３０により１つのマルチモードファイバの光伝送路に合流されて受信機１２６により受信される。
【００５２】
一方、ＯＬＴ１２０の送信機１２２から送信された１．５μｍ帯の信号は、増幅器１２４により増幅され、マルチモードファイバの光伝送路１．３μｍ耐の信号と逆方向に伝播してＭ×１マルチモード合流回路１３０へ入力されて分岐された後、複数のシングルモードファイバの光伝送路を介してＯＮＵ１０２へ入力される。Ｍ×１マルチモード合流回路１３０と受信機１２６および送信機１２２との間のマルチモード光伝送路には、１．３μｍ帯と１．５μｍ帯とを選択的に反射／透過する波長選択ミラー１２８が備えられている。
【００５３】
Ｍ×１マルチモード合流回路１３０の屈折率分布のパターンは、上述した光回路の係数が式（１）、式（２）および(３)を満たすよう構成されている点で、図６を参照して上述したＭ×１マルチモード合流回路６３０と異なる。すなわち、Ｍ×１マルチモード合流回路１３０は、複数の入力シングルモードファイバを介して入力される伝送チャンネルの信号を、出力側マルチモードのフィールドを重ね合わせた状態に変換させるよう構成されている。光伝送システムの構成によれば、０次モードから伝送チャンネル数に対応する次数のモードまでの低次モードのみを発生させ、安定した光の伝搬を実現し、モード間の遅延差の影響を抑制することが可能となる。
【００５４】
図２（ａ）は、本伝送システムを構成する石英系の４×１マルチモード合流器の屈折率分布を示し、図２(ｂ)は従来の石英系の４×１マルチモード合流器の屈折率分布（コアとクラッドの境界が滑らかな直線である屈折率分布）を示し、図２(ｃ)は従来の石英系の４×１マルチモード合流器の屈折率分布（コアとクラッドの境界が滑らかな曲線である屈折率分布）を示す。いずれマルチモード合流器も平面光導波回路で実現されており、領域のサイズは光の伝搬方向（左から右）が１８００μｍ、入力導波路の配置方向（上から下）が３６μｍである。領域中の白い部分が高屈折率のコアを示し、黒い部分が低屈折率のクラッドを示しており、比屈折率差Δは２％である。コアの暑さは４．５μｍである。
【００５５】
図２(ａ)乃至（ｃ）の４×１マルチモード合流器は、光信号の入力部として、１．３μｍの波長の光を入射する４つ（Ｍ＝４）の導波路入力部を有し、光信号の出力部としては、幅１５μｍの１本（Ｋ＝１）のマルチモード導波路を設定した。入力部分はシングルモード導波路（Ｎm＝０）となっており、スポット拡大技術等によりシングルモード光ファイバと良好な結合がえられるようになっている。
【００５６】
図４を参照して上述した説明との対応は、入力導波路の本数Ｍ＝４、ｍ番目の入力導波路の最大次数Ｎm＝０、出力導波路の本数Ｋ＝１、出力導波路のマルチモードの次数ＬK＝５となっている。このとき式（１）は定数部分を省略して、すなわち、式（３）の添え字の値が０となる、ｋ番目のファイバの添え字ｋと入力導波路のｎ番のモードの添え字番を省略して、各ｍ番目の入力導波路からの入力した光信号のフィールドはマルチモードの出力導波路のｌ番目（エル番目）のモードの重ね合わせ（重ね合わせ係数）を
【００５７】
【数１４】
0006457966.tif 000015
【００５８】
と表す。また、０次モードを含むモード数（モードの総和、伝送チャンネルの数の総和）は、
【００５９】
【数１５】
0006457966.tif 000016
【００６０】
であるから、式（１）の伝送チャンネルの出力側の状態は、
【００６１】
【数１６】
0006457966.tif 000017
【００６２】
と表される。また、式（３）は、
【００６３】
【数１７】
0006457966.tif 000018
【００６４】
と表すことができる。ここで、フィールドを複素振幅で表して、係数も複素数の範囲で考えると、たとえば
【００６５】
【数１８】
0006457966.tif 000019
【００６６】
式（５）が満たされる。ここでｆ（ｌ）はｌ（エル）の任意の関数で計算上都合の良い値を取ればよい。以上をもとに、そのような係数を用いて伝送チャンネルの出力側の状態が式（４）となる光回路の構成（屈折率分布）を求めればよい。この光回路の屈折率分布を求めるにあたっては、所望の入出力に対して光回路を数値計算により設計する波面整合法を用いた。図２（ａ）に示す屈折率分布は、入出力フィールドを上記のように設定して得られた屈折率分布である。
【００６７】
図３（ａ）は、図２（ａ）の４×１マルチモード合流回路の出力の各モードの励振割合（分布状態）を、マルチモード合流回路の透過特性として表した図である。各ポートからの入力に対して、４次、５次のモードへの結合は２０ｄＢ以下に抑えられており、かつ、全体の損失は図２（ｄ）に示すようにすべての入力ポートに対して出力の光強度の透過損失は０．５ｄＢ以下と良好な特性が得られており、光回路中の高次モードによる損失バラつきを同等程度に抑制することができている。また、図２（ａ）からわかることとして０次から３次までのモードにおおむね均等にパワーが割り振られており、仮に、合流後の伝搬において高次モードで損失が発生した場合も、各入力ポートからの信号に対して均等な損失が発生するだけであり、ポート依存性の極めて少ない伝送システムが実現できていることが分かる。
【００６８】
一方、図３（ｂ）および（ｃ）は、本発明によらない伝送システムで一般によく用いられると考えられるマルチモード合流器である、図２（ｂ）および（ｃ）の４×１マルチモード合流回路の出力の各モードの励振割合（分布状態）を、マルチモード合流回路の透過特性として表した図である。出力における各モードを設定しておらず、すなわち、式（１）、式（２）および（３）（式（４）、式（２）、式（５））を満たすように係数を設定しておらず、そのため、各伝送チャンネルに対して、４次、５次のモードも割り当てられており、特性のバラつきを発生させる原因となっていると考えられる。また、図３（ｄ）より入力導波路（すなわち伝送チャンネル）に対して、すべてのモードを足し合わせた出力の光強度の特性が０．５ｄＢ以上ばらついているのが分かる。このような高次モードが発生している伝送システム中にたとえばモニタ回路等を組み込むため曲がった光導波路に接続するなどすると、図８を参照して説明したように、高次モードでは大きな損失を発生し本発明を用いない場合は１ｄＢ程度の透過損失が発生すると考えられる。それに対して本発明を適用することにより０．３ｄＢ程度の損失に抑えられる。
【００６９】
以上説明したように、複数のシングルモード入力またはマルチモード入力の光信号をマルチモード導波路に合波する際に、０次モードから伝送チャンネル数に対応する次数のモードまでの低次モードのみを発生させ、安定した光の伝搬を実現し、モード間の遅延差の影響を抑制する光伝送システムの構成を提供することが可能となる。
【００７０】
次に図５を参照して、別の実施形態の光加入者伝送システムを説明する。図５（ａ）は、図１を参照して説明したＯＬＴ１２０の代替構成を説明するための図であり、（ｂ）は実施例を示す図である。
【００７１】
このような光加入者側伝送システムでは、局側送受信装置（ＯＬＴ）から加入者送受信装置（ＯＮＵ）に向かっては、複数のシングルモード導波路に対して、ＯＮＵからＯＬＴへの波長と異なる波長の信号を、強度が均等になるように分配することが求められる。
【００７２】
そこで、まず、光加入者送受信装置（ＯＮＵ）から局側送受信装置（ＯＬＴ）への方向については、上記実施形態と同様にして、波面整合法により、複数の入力導波路における各伝送チャンネルのフィールドを出力導波路におけるマルチモードのフィールドを重ね合わせた状態に変換するよう光回路を規定し、すなわち、式（１）、式（２）および（３）（式（４）、式（２）、式（５））を満たすように係数を設定し、さらに加えて、ＯＬＴからＯＮＵに向けた方向については、マルチモード合流器のマルチモード出力の他にもう一つ導波路を設けてそこをＯＬＴからＯＮＵ側へ伝搬する信号の入力として、波面整合法により、当該入力におけるフィールドがＯＮＵ側の複数のシングルモード光伝送路の各々のフィールドに均等に変換されるように光回路を規定して、光回路の構成（屈折率分布）を得た。これにより波長選択ミラー１２８を不要とするシステム構成を実現することが可能である。
【００７３】
また、以上の実施例ではＯＬＴの中にマルチモード合流回路を配置しているが、光加入者伝送システムの構成としては、装置の物理的サイズ等の要件に合わせて伝送路のトポロジーを変えない範囲で任意の位置に配置することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０２  光加入者側送受信装置（ＯＮＵ）
１０４  Ｎ×１スプリッタ
１２０，６００  局側送受信装置（ＯＬＴ）
１２２  送信機
１２４  増幅器
１２６  受信機
１２８  波長選択ミラー
１３０，６３０  Ｍ×１マルチモード合流回路
【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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