"複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記信号光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を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との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード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。複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を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、前記モード多重信号光と前記ポンプ光と同一波長のポンプ光とを合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を複数の受信機で受信するモード分波手順と、を順に有するモード多重伝送方法。波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光カプラと、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モード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多モード光ファイバと、を備えるモード合波装置。前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、次式で表されることを特徴とする請求項3に記載のモード合波装置。2ω1=ω2ω32n1ω1=n2ω2n3ω3同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光カプラと、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換する多モード光ファイバと、を備えるモード分波装置。前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、次式で表されることを特徴とする請求項5に記載のモード分波装置。2ω1=ω2ω32n1ω1=n2ω2n3ω3波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光合波手順と、多モード光ファイバに前記光合波手順で合波した合波光を伝搬させることによって、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モード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モード多重手順と、を順に有するモード合波方法。同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光合波手順と、前記ポンプ光の波長をゼロ分散波長に有する多モード光ファイバに、前記光合波手順で合波した合波光を伝搬することによって、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換するモード分波手順と、を順に有するモード分波方法。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。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。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。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。本発明に係るモード多重伝送システムは、複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記ポンプ光と前記信号光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を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との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード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。本発明に係るモード多重伝送方法は、複数の送信機からの波長の異なる信号光と前記信号光とは波長の異なるポンプ光とを合波し、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モードの伝搬光が一波長に多重化されたモード多重信号光を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、前記モード多重信号光と前記ポンプ光と同一波長のポンプ光とを合波し、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、生成した前記信号光の基本モード光を複数の受信機で受信するモード分波手順と、を順に有する。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。本発明に係るモード合波装置は、波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光カプラと、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モード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多モード光ファイバと、を備える。ここで、前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、後述する数1及び数2で表される。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。本発明に係るモード分波装置は、同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光カプラと、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換する多モード光ファイバと、を備える。ここで、前記ポンプ光の周波数がω1、前記信号光の周波数がω2であり、周波数ω1の光と周波数ω2の光の四光波混合によって前記多モード光ファイバで発生する光の周波数がω3である場合、各周波数ω1,ω2,ω3における前記多モード光ファイバの伝搬モードの各実効屈折率n1,n2,n3は、後述する数1及び数2で表される。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。本発明に係るモード合波方法は、波長の異なる複数の信号光と前記信号光と波長の異なるポンプ光とを合波する光合波手順と、多モード光ファイバに前記光合波手順で合波した合波光を伝搬させることによって、前記信号光と前記ポンプ光との非線形効果によって前記信号光の第一高次モード以上の伝搬光を生成し、複数モード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モード多重手順と、を順に有する。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。本発明に係るモード分波方法は、同一波長に複数モードの信号光が重畳されたモード多重信号光と前記モード多重信号光とは波長の異なるポンプ光を合波する光合波手順と、前記ポンプ光の波長をゼロ分散波長に有する多モード光ファイバに、前記光合波手順で合波した合波光を伝搬することによって、当該ポンプ光と前記モード多重信号光との非線形効果によって前記モード多重信号光に含まれる前記信号光の基本モード光を生成し、波長の異なる複数の信号光に変換するモード分波手順と、を順に有する。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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-WaveMixing: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。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12ω1=ω2ω3数22n1ω1=n2ω2n3ω3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。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。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。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。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。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3Λ=λ/n0-n1m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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。"