特許 5745184 多モード光ファイバ用の光学モード結合器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5745184

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月8日

(54)【発明の名称】多モード光ファイバ用の光学モード結合器

(51)【国際特許分類】

   G02B 26/06 20060101AFI20150618BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20150618BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20150618BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20150618BHJP

   G02B 6/26 20060101ALN20150618BHJP

【ＦＩ】

   G02B26/06

   G02F1/01 D

   G02B6/42

   G02F1/13 505

   !G02B6/26

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-530724(P2014-530724)

(86)(22)【出願日】2012年9月11日

(65)【公表番号】特表2014-530375(P2014-530375A)

(43)【公表日】2014年11月17日

(86)【国際出願番号】US2012054543

(87)【国際公開番号】WO2013039849

(87)【国際公開日】20130321

【審査請求日】2014年5月8日

(31)【優先権主張番号】13/200,072

(32)【優先日】2011年9月16日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】391030332

【氏名又は名称】アルカテル−ルーセント

(74)【代理人】

【識別番号】100094112

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 讓

(74)【代理人】

【識別番号】100106183

【弁理士】

【氏名又は名称】吉澤 弘司

(74)【代理人】

【識別番号】100170601

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 孝

(72)【発明者】

【氏名】リフ，ローランド

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／１５１４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１３６０７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５０５７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１２２８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−１３４２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０１５４３７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００２−５０７８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００２−５０７７７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 RYF, R. et al.，Space-division multiplexing over 10 km of three-mode fiber using coherent 6×6 MIMO processing，OSA/OFC/NFOEC 2011，２０１１年，PDPB10

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２６／０６，２６／０８，２７／４６

Ｇ０２Ｂ ６／２６，６／４２

Ｇ０２Ｆ １／０１，１／１３

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空間光変調器に入射する光を位相変調するための、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する空間光変調器と、
前記空間光変調器を操作して、対応する異なる空間位相パターンで複数の光ビームのそれぞれが変調されるように前記光ビームを送るように構成可能な電子コントローラと、
多モード光ファイバの端面と前記空間光変調器との間で光を誘導する出力もしくは入力オプティクスと
を備え、
前記電子コントローラが、前記光ビームのそれぞれが前記多モード光ファイバ内の光学モードのセットの光学モードのうちの異なるものに優先的に結合するように前記空間光変調器を操作するように構成され、
前記出力もしくは入力オプティクスが、前記空間光変調器の表面の、前記空間光変調器から前記端面に送られる光からのフーリエ像の空間フィルタリングを起こすことにより、前記送られる光をフィルタリングするように構成されている、装置。

【請求項2】

前記出力もしくは入力オプティクスが、前記端面で前記空間光変調器の前記表面の一部を縮小するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記セットの前記光学モードのうちの１つが、前記セットの前記光学モードのうちの別のものとは異なる角運動量を有する、請求項１または２に記載の装置。

【請求項4】

別の空間光変調器に入射する光を位相変調するための、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する別の空間光変調器であって、前記電子コントローラが、前記別の空間光変調器を操作して、対応する異なる空間位相パターンで複数の他の光ビームのそれぞれが変調されるように前記他の光ビームを送るように構成可能である、別の空間光変調器と、
前記光ビームおよび前記他の光ビームを前記多モード光ファイバの前記端面に結合するように構成された光学素子と
をさらに備える、請求項１または２に記載の装置。

【請求項5】

２つの空間光変調器が、線形偏光を有する光ビームを出力するように構成される、請求項４に記載の装置。

【請求項6】

第１および第２のデータ変調光キャリアが前記多モード光ファイバ内の異なる光学モードに送られるように、前記空間光変調器のうちの第１および第２のものに前記第１および第２のデータ変調光キャリアをそれぞれ送るように結合された第１および第２の光データ変調器
をさらに備える、請求項４に記載の装置。

【請求項7】

出力もしくは入力オプティクスと、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する空間光変調器とを有する第１の光学モード結合器を備え、
前記出力もしくは入力オプティクスが、複数の光ビームを介して多モード光ファイバの端面に光源または光検出器を結合させるように構成可能であり、前記光ビームのそれぞれが、前記多モード光ファイバ内の光学モードのうちの異なるものに結合し、
前記出力もしくは入力オプティクスが、前記空間光変調器の表面の、前記空間光変調器から前記多モード光ファイバの前記端面に送られる光からのフーリエ像の空間フィルタリングを起こすことにより、前記空間光変調器から前記多モード光ファイバの前記端面に前記光を送るように構成されている、装置。

【請求項8】

別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する第２の空間光変調器を有する第２の光学モード結合器であって、前記第２の空間光変調器に、複数の第２の光ビームを介して多モード光ファイバの端面に第２の光源または光検出器を結合させるように構成可能であり、前記第２の光ビームのそれぞれが、前記多モード光ファイバ内の前記光学モードのうちの異なるものに結合する第２の光学モード結合器
をさらに備える、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記光学モードのうちの１つが、前記光学モードの別のものとは異なる角運動量を有する、請求項７または８に記載の装置。

【請求項10】

第１の光源または光検出器が第１の光データ受信機を含み、第２の光源または光検出器が第２の光データ受信機を含む、請求項８に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光結合器を含む装置、そのような装置を作成する方法、およびそのような装置を操作する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

本節は、本発明のより良い理解を促進する助けとなることがある側面を紹介する。したがって、本節の陳述はこの観点で読むべきであり、何が従来技術であり、何が従来技術ではないかについての承認として理解すべきではない。

【0003】

光ファイバ通信システムでは、１つまたは複数のスパンの光トランスポート・ファイバが、光送信機から光受信機にデータ変調光キャリアを移送する。各スパンでは、光ファイバは単一モード光ファイバまたは多モード光ファイバでよい。単一モード光ファイバは、光通信用の波長範囲で波長チャネルおよび偏光当たり単一の伝搬モードをサポートするに過ぎない。多モード光ファイバは、光通信用の波長範囲で波長チャネルおよび偏光当たり複数の空間伝搬モードをサポートすることができる。したがって、多モード光ファイバは多くの場合、同一の波長チャネルおよび偏光で、複数の空間伝搬モードを使用することによって複数のデータ・ストリームを同時に搬送する潜在能力を有する。

【0004】

本明細書では、多モード光ファイバは、光遠隔通信帯、例えばＣ、Ｌ、またはＳ帯内の周波数で、伝搬光学モードの直交基底を有する光ファイバであり、基底は、少なくとも、光ファイバの横断面上で異なる輝度プロファイルを有する２つのモードを含む。ある多モード光ファイバは、少なくとも４つの伝搬光学モードを有する直交基底を有する。ある多モード光ファイバは、少なくとも、電場または磁場が横断面にわたって方位角と共に変化する大きさを有する１つのそのような伝搬光学モードを有する。従来の単一モード光ファイバは、そのような光ファイバが異なる偏光を有する伝搬光学モードを有することができるとしても、多モード・ファイバではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願、「ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＩＧＮＡＬ ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ Ａ ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ ＦＩＢＥＲ」

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｍ． Ｍａｎｓｏｕｒ他、「Ｆｉｂｅｒ Ｍｏｄｅｓ ［Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ］」（２００５／２００６年秋）、ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＥＥ−０９０３７２９ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ａｔ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｊｏｒｄａｎ

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

様々な実施形態が、多モード光ファイバの異なる光学モードへの、または異なる光学モードからの光を光学的にエンドカップリングする方法および装置を提供する。具体的には、装置は、光ビームを空間位相変調し、多モード光ファイバの選択された光学モードに光ビームをエンドカップリングする空間光変調器を含む。

【0008】

第１の装置の一実施形態は、空間光変調器、電子コントローラ、および入力もしくは出力オプティクスを含む。空間光変調器は、空間光変調器に入射する光を位相変調するための、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する。電子コントローラは、空間光変調器を操作して、対応する異なる空間位相パターンで光ビームのそれぞれが変調されるように光ビームを送るように構成可能である。出力もしくは入力オプティクスは、多モード光ファイバの端面と空間光変調器との間で光を誘導するように構成される。電子コントローラは、光ビームのそれぞれが多モード光ファイバに関する光学モードのセットの光学モードのうちの異なるものに優先的に結合するように空間光変調器を操作するように構成される。

【0009】

いくつかの実施形態または上記の装置では、端面で空間光変調器の表面の一部を縮小するように出力もしくは入力オプティクスを構成することができる。

【0010】

上記の装置のいずれかのいくつかの実施形態では、端面で空間光変調器の表面の部分を少なくとも３分の１に縮小するように出力もしくは入力オプティクスを構成することができる。

【0011】

上記の装置のいずれかのいくつかの実施形態では、セットの光学モードのうちの１つが、セットの光学モードのうちの別のものとは異なる角運動量を有する。

【0012】

上記の装置のいずれかのいくつかの実施形態では、セットの各光学モードは、多モード光ファイバに関する、異なる実際の光伝搬モードである。

【0013】

上記の装置のいずれかのいくつかの実施形態では、出力もしくは入力オプティクスの焦点面上またはその付近に空間光変調器の表面を配置することができる。

【0014】

上記の装置のいずれかのいくつかの実施形態では、装置は、別の空間光変調器に入射する光を位相変調するための、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する別の空間光変調器をさらに含むことができる。そのような実施形態では、電子コントローラは、別の空間光変調器を操作して、対応する異なる空間位相パターンで他の光ビームのそれぞれが変調されるように複数の他の光ビームを送るように構成可能である。そのような実施形態では、装置は、光ビームおよび他の光ビームを多モード光ファイバの端面に結合するように構成された光学素子を含む。任意のそのような実施形態では、線形偏光を有する光ビームを出力するように２つの空間光変調器を構成することができる。いくつかのそのような実施形態では、異なる線形偏光を有する光を介して多モード光ファイバの端面に対して空間光変調器を構成することができる。この段落の任意の実施形態では、装置は、第１および第２のデータ変調光キャリアが多モード光ファイバ内の異なる光学モードに送られるように、空間光変調器のうちの第１および第２のものに前記第１および第２のデータ変調光キャリアをそれぞれ送るように結合された第１および第２の光データ変調器をさらに含むことができる。あるいは、この段落の任意の他の実施形態では、装置は、第１および第２のデータ変調光キャリアが多モード光ファイバ内の異なる光学モードの光から受信されるように、空間光変調器のうちの第１および第２のものから前記第１および第２のデータ変調光キャリアをそれぞれ受信するように結合された第１および第２の光データ復調器をさらに含むことができる。

【0015】

第２の装置は、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する空間光変調器を有する第１の光学モード結合器を含む。光学モード結合器は、空間光変調器に、複数の光ビームを介して多モード光ファイバの端面に光源または光検出器を結合させるように構成可能である。光ビームのそれぞれは、多モード光ファイバ内の光学モードのうちの異なるものに結合する。

【0016】

いくつかの実施形態では、第２の装置は、別々に制御可能な光位相変調器の２次元アレイを有する第２の空間光変調器を有する第２の光学モード結合器をさらに含むことができる。第２の光学モード結合器は、第２の空間光変調器に、複数の第２の光ビームを介して多モード光ファイバの端面に第２の光源または光検出器を結合させるように構成可能である。第２の光ビームのそれぞれは、多モード光ファイバ内の光学モードのうちの異なるものに結合する。いくつかのそのような実施形態では、第１および第２の光ビームが端面で異なる線形偏光を有するように装置を構成することができる。この段落のいくつかの実施形態では、第１および第２の光ビームが多モード光ファイバ内の光学モードのうちの相対的に直交するものに結合するように装置を構成することができる。

【0017】

第２の装置の任意の実施形態では、空間光変調器の入力面または出力面の一部からの光を端面に結合するように装置を構成することができる。その部分は、端面の直径の少なくとも３倍の横方向寸法を有する。

【0018】

第２の装置の任意の実施形態では、光学モードのうちの１つは、光学モードの別のものとは異なる角運動量を有することができる。

【0019】

第２の装置の任意の実施形態では、第１の光源または光検出器は第１の光データ送信機を含むことができ、第２の光源または光検出器は第２の光データ送信機を含むことができる。

【0020】

第２の装置の任意の実施形態では、第１の光源または光検出器は第１の光データ受信機を含むことができ、第２の光源または光検出器は第２の光データ受信機を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】多モード光ファイバの１つまたは複数の光学モードへの、または１つまたは複数の光学モードからの光を優先的にエンドカップリングするように構成された光学モード結合器を概略的に示すブロック図である。

【図2】環状光学コアを有する例示的多モード光ファイバのいくつかの伝搬光学モードの横方向振幅プロファイルを概略的に示す図である。

【図3】空間位相変調を空間フィルタリングと組み合わせる図１の光学モード結合器の一実施形態を示すブロック図である。

【図4】受信した光の直交線形偏光を図１または３による２つの光学モード結合器で別々に処理する光学モード結合器を概略的に示すブロック図である。

【図5】多モード光ファイバの選択された光学モード（複数可）への、または選択された光学モード（複数可）からの光を優先的に結合するいくつかの光学モード結合器、例えば図１、３、および４の光学モード結合器を作成する方法を概略的に示す流れ図である。

【図6】空間的に変動する位相変調がより低い分解能で光の振幅および位相変調を生成する図１、３Ａ、３Ｂ、および４の空間光変調器（ＳＬＭ）の代替構成を概略的に示す図である。

【図7】空間的に変動する位相変調がより低い分解能で光の振幅および位相変調を生成する図１、３Ａ、３Ｂ、および４の空間光変調器（ＳＬＭ）の代替構成を概略的に示す図である。

【図8】Ｎ個の光源または光検出器を多モード光ファイバのＮ個の対応する光学モードに並列に結合する再構成可能なＮ×１光学モード結合器を含む光学デバイスを概略的に示すブロック図である。

【図9】図８のＮ×１受動光結合器に関する一実施形態を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本明細書では、例えば光遠隔通信帯、例えばＣ、Ｌ、またはＳ帯内の波長で動作するように様々な光学デバイスを構成することができる。

【0023】

図１は、多モード光ファイバ１４の１つまたは複数の光学モードに光源または光検出器１２を選択的に結合するように構成可能な光学モード結合器１０を概略的に示す。光学モード結合器１０は、入力オプティクス１６、空間光変調器（ＳＬＭ）１８、電子コントローラ２０、および出力オプティクス２２を含む。

【0024】

話を簡単にするために、以下では、光源または光検出器１２が参照番号１２で示される光源である構成について光学モード結合器１０を説明する。要素１２がレーザや光データ変調器などの光源であるか、それとも光検出器や光データ復調器などの光検出器であるかに関わらず、光学モード結合器１０は同様に機能することを当業者なら理解されよう。例えば、そのような異なる実施形態が、光学モード結合器１０への、光学モード結合器１０からの、および光学モード結合器１０内の光伝搬の方向の反転、例えば光入力および光出力の機能を交換すること、および光源と光検出器の交換によって関係付けられることを当業者なら理解されよう。

【0025】

様々な実施形態では、光学モード結合器１０は、優先的に多モード光ファイバ１４に関する光学モードのセットのうちの光学モード（複数可）の選択された適切なサブセットへの要素１２の全光学的結合が可能である。ここでは、セットの光学モードは、多モード光ファイバ１４に関する相対的に直交するモードである。

【0026】

入力オプティクス１６は、光源１２から空間光変調器（ＳＬＭ）１８の入力面に光ビームを誘導する。入力オプティクス１６は、光源１２の光出力、例えば単一モード光ファイバの端面からの光ビームの一部を、ＳＬＭ１８の入力面の一部に対してコリメートすることができる。例えば、入力オプティクス１６は、その断面直径がＳＬＭ１８の入力面のかなりの部分に対して誘導される光ビームを生成することができる。入力オプティクス１６は、受動光学系、例えばレンズおよび／またはミラー・システムでよく、光源１２の光を向け直す受動光学素子（複数可）を含むことができる。

【0027】

ＳＬＭ１８は、入力オプティクス１６によってＳＬＭ１８の入力面に誘導された光ビームの波面を空間位相変調し、それによってＳＬＭ１８の出力面から出る変調光ビームを生成するように構成可能である。ＳＬＭ１８は、別々に制御可能な光位相変調器の２次元（２Ｄ）アレイを有する。様々な実施形態では、ＳＬＭ１８は、光位相変調器の２Ｄアレイを通じて光を送り、または光位相変調器の２Ｄアレイからの光を反射することによって光を位相変調することができる。ＳＬＭ１８では、各光位相変調器は、例えば、制御可能な液晶セルまたは並進可能な微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）ミラーを含むことができる。例えば、ＳＬＭ１８は、空間的に変動する位相変調を適用するように構成される、市販のｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＬＣＯＳ）２Ｄ ＳＬＭ、または別々に並進することのできる、市販のＭＥＭＳ制御される微小ミラーの２Ｄアレイを含むことができる。

【0028】

様々な実施形態では、ＳＬＭ１８の別々に制御可能な光位相変調器を、２Ｄアレイ内でほぼ一様に、または非一様に間隔を置いて配置することができる。例えば、隣接する個々の光位相変調器がほぼ等間隔に配置されるように、個々の光位相変調器の中心を一様な２Ｄ格子の交点に配置することができる。

【0029】

様々な実施形態では、ＳＬＭ１８の別々に制御可能な、または個々の光位相変調器は、ほぼ同じ動作特性を有することができ、または異なる動作特性を有することができる。例えば、ＳＬＭ１８の異なる個々の光位相変調器は、それに入射する光ビームの各部分に対して同一の、または異なる量の光損失を生み出すことがある。実際には、個々の光位相変調器のそのような挿入損失の量を、あらかじめ固定した方式で２Ｄアレイにわたって空間変調して、光源１２から入射する光ビームの各部分の異なる輝度を部分的に補償することができる。例えば、個々の光位相変調器は、光源１２からＳＬＭ１８の入力面に入射する光ビームの断面にわたるガウス状の輝度変動を部分的に補償する空間変調された損失を生み出すように、異なる入力面積でよい。

【0030】

電子コントローラ２０は、ＳＬＭ１８の個々の光移相器を制御するように電気的に接続される。例えば、電子コントローラ２０は、入射光ビームの波面に対して、選択された空間位相パターン（複数可）を変調するようにＳＬＭ１８の個々の光移相器を構成することができる。電子コントローラ２０は、ＳＬＭ１８に入射する光ビームの波面に対して、異なる空間的に変動する位相パターンを変調するように個々の光位相変調器を再構成することができ、例えば、その結果、多モード光ファイバ１４の異なる選択された光学モード（複数可）に結合するように光ビームを再構成することができる。

【0031】

出力オプティクス２２は、ＳＬＭ１８の出力表面の一部から、多モード光ファイバ１４の端面に光を誘導する。出力オプティクス２２は受動光学系でよく、例えばレンズおよび／またはミラー・システムを含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、ＳＬＭ１８の出力面の発光部分が多モード光ファイバ１４の端面上でほぼ結像されるように、出力オプティクス２２を配置または配向することができる。そのような実施形態では、出力オプティクス２２の共役平面上またはその付近にＳＬＭ１８の出力面および多モード光ファイバ１４の端面を配置することができる。例えば、ＳＬＭ１８および多モード光ファイバ１４の端面を、共役平面のうちの最も近いものに隣接して、出力オプティクス２２の光学中心からの共役平面のうちの前記最も近いものの距離の２０パーセント以内、好ましくは１０パーセント以内に配置することができる。いくつかのそのような実施形態では、出力オプティクス２２は、多モード光ファイバ１４の上記で論じた選択された光学モード（複数可）を励起するために照明すべきである多モード光ファイバ１４のより小さい端面および／またはその一部の上でＳＬＭ１８の出力面の発光部分をほぼ結像するように縮小も実現することができる。出力オプティクス２２も、多モード光ファイバ１４の端面上の近似像で、例えば３分の１以上、さらには５分の１以上、ＳＬＭ１８の出力面の発光部分を縮小することができる。そのような縮小により、ＳＬＭ１８は、小さい面積を有する多モード光ファイバ１４の端面上でより高い分解能の像を生成することが可能となる。

【0033】

別の実施形態では、出力オプティクス２２は、多モード光ファイバ１４の端面上にＳＬＭ１８の出力面の発光部分のフーリエ変換をほぼ結像するように配置および配向される。そのような実施形態では、出力オプティクス２２の焦点面（複数可）上またはその付近にＳＬＭ１８の出力面および多モード光ファイバ１４の端面を配置することができる。例えば、ＳＬＭ１８の出力面および多モード光ファイバ１４の端面を、最も近い焦点面に隣接して、出力オプティクス２２の光学中心からの焦点距離の２０パーセント以内、好ましくは１０パーセント以内にそれぞれ配置することができる。そのような実施形態では、多モード光ファイバ１４の端面は、ＳＬＭ１８の出力面の発光部分のフーリエ変換の空間フィルタリングをも実現することができる。具体的には、端面は、ＳＬＭ１８の規則的な２Ｄ格子構造によって出力オプティクス２２の第２の焦点面上に生成される輝点が端面に入射しないように十分に小さくすることができる。

【0034】

様々な実施形態では、その相対的位相および相対的振幅が多モード光ファイバ１４の端面上の１つまたは複数の選択された光学モードの空間依存性にほぼ一致する空間依存性を有する光ビームを出力するように光学モード結合器１０を構成することができる。セットの異なる光学モードは、例えば相対的に直交する光学モードでよい。出力光の位相および振幅は、選択された線形伝搬（ＬＰ）の位相および振幅とほぼ一致するものでよく、または多モード光ファイバ１４の端面上の実際の伝搬光学モード（複数可）の位相および振幅にほぼ一致するものでよい。出力光ビームおよび選択された光伝搬モード（複数可）の空間的位相および振幅変動の近似的一致は、ＳＬＭ１８に入射する光ビームの空間位相変調によって生成することができる。

【0035】

図２に、環状光学コアを有する多モード光ファイバの一例について、相対的に直交する伝搬光学モードＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、およびＪの空間振幅プロファイルを概略的に示す。図２では、比較的大きい振幅領域が、暗い領域を介して示され、比較的小さい振幅領域が、白い領域を介して示される。伝搬光学モードＡ〜Ｊのうちのいくつかの位相は、例えば非ゼロ角運動量に対応する、多モード光ファイバの軸の周りの自明でない巻き依存性を有する。そのような光学モードの選択された組合せと、その場が複雑な横方向空間依存性を有する他の光学モードの選択された組合せに優先的にエンドカップリングするために、ＳＬＭ１８を操作して、ＳＬＭ１８に入射する光の波面に対して空間的に変動する位相変調パターンを生み出すように電子コントローラ２０のいくつかの実施形態を構成することができる。

【0036】

図３に、空間位相変調を空間フィルタリングと組み合わせる図１の光学モード結合器１０の特定の実施形態１０’を示す。光学モード結合器１０’は、入力オプティクス１６、ＳＬＭ１８、電子コントローラ２０、および出力オプティクス２２を含む。

【0037】

光学モード結合器１０’では、図１の光学モード結合器１０についての説明と同様に、入力オプティクス１６、ＳＬＭ１８、および電子コントローラ２０を構成することができる。

【0038】

光学モード結合器１０’では、出力オプティクス２２は、第１の収斂光学レンズもしくはミラー・システム２４、第２の収斂光学レンズもしくはミラー・システム２６、および任意選択の光学開口絞り２８を含む。収斂光学レンズもしくはミラー・システム２４、２６は、多モード光ファイバ１４の端面上にＳＬＭ１８の出力面の一部の近似像を形成する。第２の収斂光学レンズもしくはミラー・システム２６および／または任意選択光学開口絞り２８は空間フィルタリングを実現する。

【0039】

空間フィルタリングを実現するために、光学モード結合器１０’の要素は通常、特別に空間的に配置され、第２の収斂レンズもしくはミラー２６および／または任意選択の光学開口絞り２８によって形成される光学開口は、特定の空間形状を有するように構築される。特別な空間的配置に関して、ＳＬＭ１８の出力面が、第１の収斂レンズもしくはミラー・システム２４の焦点面上またはその付近に配置され、第２の収斂レンズもしくはミラー・システム２６および／または任意選択の光学開口絞り２８が、第１の収斂レンズもしくはミラー・システム２４の焦点面上またはその付近に配置される。特別な空間形状に関して、第１の収斂レンズもしくはミラー・システム２４がフーリエ変換平面上に生成するＳＬＭ１８の出力面の特定の高次輝点をブロックするように第２の収斂レンズもしくはミラー・システム２６および／または任意選択光学開口絞り２８を構成することができる。

【0040】

特定の高次輝点は、ＳＬＭ１８の光移相器の２Ｄアレイ構造によって生成される。ＳＬＭ１８の２Ｄアレイ内の個々の光位相変調器の中心間の間隔距離に基づいて、前記特別な高次輝点の位置を当業者は容易に決定できるはずである。特定の高次輝点は通常、ＳＬＭ１８の出力面のフーリエ像の中心の周りに中心が置かれた規則的なグリッド上にある。したがって、輝点が第２の収斂レンズもしくはミラー・システム２６または任意選択の光学開口絞り２８の物理的開口の外部に配置されるので、いくつかの実施形態では、特別な高次輝点をフィルタ除去することができる。

【0041】

図４に、光の相対的に直交する線形偏光を別々に処理するように構築された光学モード結合器１０’’を示す。光学モード結合器１０’’は、並列な光シーケンスＨおよびＶ、第１および第２の偏光ビーム・スプリッタ３０、３２、ならびに電子コントローラ２０を含む。

【0042】

光学モード結合器１０’’では、各光シーケンスＨ、Ｖは、光の２つの相対的に直交する線形偏光成分を別々に処理する、入力オプティクス１６_Ｈ、１６_Ｖ、ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖ、および出力オプティクス２２_Ｈ、２２_Ｖを含む。以下で説明することを除いて、図１および／または３の入力オプティクス１６、ＳＬＭ１８、および出力オプティクス２２とそれぞれ同様に、入力オプティクス１６_Ｈ、１６_Ｖ、ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖ、および出力オプティクス２２_Ｈ、２２_Ｖを構成することができる。

【0043】

光学モード結合器１０’’では、Ｈ光シーケンスの入力オプティクス１６_Ｈは、第１の偏光ビーム・スプリッタ３０から１つの線形偏光の光を受け、Ｖ光シーケンスの入力オプティクス１６_Ｖは、第１の偏光ビーム・スプリッタ３０から相対的に直交する線形偏光の光を受ける。

【0044】

光学モード結合器１０’’では、各ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖは、それに入射する線形偏光の光を、例えば空間的に変動する方式で位相変調するように構成可能である。したがって、各ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖは、１つの線形偏光の空間位相変調された光ビームを出力するように構成される。

【0045】

光学モード結合器１０’’では、電子コントローラ２０は、ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖのそれぞれを制御するように接続される。したがって、電子コントローラ２０は、各ＳＬＭ１８_Ｈ、１８_Ｖに、対応する線形偏光の光の波面を１つまたは複数の選択された位相パターン、例えば空間的に変動する位相パターンで位相変調させるように構成される。

【0046】

光学モード結合器１０’’では、Ｈ光シーケンスの出力オプティクス２２_Ｈは、第２の偏光ビーム・スプリッタ３２に１つの線形偏光の光ビームを送り、Ｖ光シーケンスの出力オプティクス２２_Ｖは、第２の偏光ビーム・スプリッタ３２に相対的に直交する線形偏光の光ビームを送る。

【0047】

光学モード結合器１０’’では、第２の偏光ビーム・スプリッタ３２は、Ｈ光シーケンスとＶ光シーケンスからの両方の線形偏光の光ビームを重ね合わせる。偏光ビーム・スプリッタ３２は、重ね合わせた光ビームから、多モード光ファイバ１４の端面上に像を生成する。像内で、平均振幅、平均位相、および／または平均線形偏光はピクセルごとに変動することがある。それぞれのそのような像では、線形偏光の光が多モード光ファイバ１４に関する選択された光学モード（複数可）、例えば多モード光ファイバ１４内の実際の伝搬光学モードを優先的に励起するように振幅、位相、および線形偏光を設定することができる。

【0048】

様々な実施形態では、ＳＬＭ（複数可）１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの光位相変調器を、すなわち電子コントローラ２０により、多モード光ファイバ１４の選択された光学モード（複数可）を優先的に結合するために、入力オプティクス１６、１６_Ｈ、１６_Ｖから受けた光の波面を位相変調するように構成することができる。ＳＬＭ（複数可）１８、１８_Ｈ、１８_Ｖは、入射波面、例えば平面波面を位相変調し、その位相、振幅、および偏光の空間変動が多モード光ファイバ１４の端面付近で選択された光学モード（複数可）の位相、振幅、および偏光の空間変動とほぼ一致する出力光ビーム（複数可）を生成することができる。具体的には、光学モード結合器１０、１０’、１０’’を、多モード光ファイバ１４の選択された光学モード（複数可）へのそのような光の結合を改善またはほぼ最適化するように構成することができ、かつ／または多モード光ファイバ１４の残りの選択されない光学モード（複数可）へのそのような光の結合を低減またはほぼ最小限にするように構成することができる。

【0049】

いくつかの実施形態では、光学モード結合器１０’’は、多モード光ファイバ１４の選択された実際の光伝搬モード（複数可）に光源１２からの光を優先的に結合するように構成され、または構成可能である。いくつかのそのような実際の光伝搬モードは、多モード光ファイバ１４の断面にわたって空間的に変動する偏光を有することができ、光学モード結合器１０’’は、その偏光が多モード光ファイバ１４の端面にわたってほぼ一致する方式で変動する光を出力するように構成可能にすることができる。実際に、光学モード結合器１０’’は、相対的に直交する線形偏光の光を別々に位相変調し、そのような別々に位相変調した光を重ね合わせ、多モード光ファイバ１４の端面上に像を生成する能力を提供することができる。そのような像では、多モード光ファイバ１４の端面にわたって、偏光、振幅、および位相を光学モード結合器１０’’によって別々に、選択的に、すなわちピクセルごとに構成することができる。その理由で、光学モード結合器１０’’は、改善され、またはほぼ最適化された、多モード光ファイバ１４の選択された実際の光伝搬モード（複数可）への光の結合を実現することができ、かつ／または多モード光ファイバ１４の選択されない実際の光伝搬モード（複数可）へのそのような光の結合を低減またはほぼ最小限にするように構成することができる。

【0050】

図５に、多モード光ファイバ１４に関する光学モードのセットのうちの選択された光学モード（複数可）に光を優先的に送る光結合器１０、１０’、１０’’の特定の実施形態を構築する方法４０を示す。例えば、方法４０を使用して、図１、３、および４の光結合器１０、１０’、１０’’の電子コントローラ２０を構成することができる。

【0051】

方法４０は、多モード光ファイバ１４の屈折率プロファイルに基づいて、多モード光ファイバ１４の端面上のセットの光学モードの空間依存性を決定することを含む（ステップ４２）。通常、ステップ４２は、多モード光ファイバ１４内のセットの光学モードの空間振幅依存性および空間位相依存性、ならびに場合によっては空間線形偏光依存性を発見することを含む。ここでは、振幅、位相、および偏光空間依存性は、光学モードの光場の振幅、位相、および偏光空間依存性、例えば光学モードの電場および／または磁場の空間依存性である。光学モードの電場および磁場を決定する周知の方法を使用することにより、そのようなセットの光学モードのそのような空間依存性を当業者なら容易に決定することができるはずである。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるＡｙｍａｎ Ｍ． Ｍａｎｓｏｕｒ他によるプロジェクト・レポート「Ｆｉｂｅｒ Ｍｏｄｅｓ ［Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ］」（２００５／２００６年秋）、ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ＥＥ−０９０３７２９ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ａｔ ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｊｏｒｄａｎが、いくつかのそのような方法を説明している。

【0052】

セットの異なる光学モードは、多モード光ファイバ１４の２Ｄ端面にわたって重なり積分を有し、重なり積分は、通常は多くても、小さい、または無視できる大きさである。実際に、セットの光学モードは互いに直交するものでよく、そのような重なり積分に関して正規化することができ、したがって重なり積分は、多モード光ファイバ１４内のセットの個々の光学モードへの入射光の結合の大きさも決定する。セットの光学モードは、例えば、異なる線形偏光（ＬＰ）された光学モードでよく、または例えば、多モード光ファイバ１４の実際の伝搬光学モードの基底セットの一部またはすべてでよい。

【0053】

方法４０は、光がセットの光学モードのうちの１つまたは複数の選択された組合せを優先的に励起する順序で、多モード光ファイバ１４の端面に入射する光の光場に関する位相φ（ｘ，ｙ）、振幅Ａ（ｘ，ｙ）の空間依存性を決定することを含む（ステップ４４）。ここで、デカルト座標（ｘ，ｙ）は、多モード光ファイバの２Ｄ端面上の点またはピクセルを特定する。一例を挙げると、セットの個々の光学モードは、多モード光ファイバ１４の端面上のそれらの間の重なり積分に関して互いに直交するものでよい。そのような光学モードのセットについて、光の光場が多モード光ファイバ１４の端面上の光学モードのうちの選択された１つの振幅にほぼ比例する振幅を有し、多モード光ファイバ１４の端面上の光学モードの選択された１つの位相にほぼ等しい位相を有する場合（すなわち、最大で一定のシフト）、光は、光学モードのうちの選択された１つに優先的に結合することができる。

【0054】

任意選択で、決定するステップ４４は、光がセットの光学モードのうちの１つまたは複数の選択された組合せを優先的に励起するように、光の線形偏光に対応するローカル値を決定することをも含むことができる。例えば、決定するステップ４４は、光ファイバ１４の端面に対する光出力に関する別々の空間位相および振幅プロファイル、すなわち｛φ_Ｈ（ｘ，ｙ），Ａ_Ｈ（ｘ，ｙ）｝および｛φ_Ｖ（ｘ，ｙ），Ａ_Ｖ（ｘ，ｙ）｝を決定することを含むことができる。例えば、そのような｛φ_Ｈ（ｘ，ｙ），Ａ_Ｈ（ｘ，ｙ）｝および｛φ_Ｖ（ｘ，ｙ），Ａ_Ｖ（ｘ，ｙ）｝プロファイルを使用して、図４のＨ偏光およびＶ偏光ＳＬＭ１８_Ｈおよび１８_Ｖをそれぞれ構成することができる。

【0055】

方法４０は、ＳＬＭ（複数可）１８、１８_Ｈ、１８_Ｖに入射光を位相変調させ、多モード光ファイバ１４に関するセットの１つまたは複数の選択された光学モードに優先的に光学エンドカップリングするための適切な出力光ビームを生成するように電子コントローラ２０を構成することを含む（ステップ４６）。電子コントローラ２０は、ＳＬＭ（複数可）１８、１８_Ｈ、１８_Ｖに、ＳＬＭ１８の２Ｄ出力面上のその光場（複数可）がほぼ以下によって定義される出力光ビーム（複数可）を生成させるように構成される。
Ａ（Ｘ，Ｙ）ｅ^{ｉφ（Ｘ，Ｙ）} （１ａ）
式（１ａ）では、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの２Ｄ出力面上の点に関するデカルト座標が、１対の大文字、すなわちＸおよびＹで書かれる。各出力オプティクス２２、２２_Ｈ、２２_Ｖは、対応するＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの出力面の発光部分の像、または多モード光ファイバ１４の端面上の前記発光出力面の像もしくはフーリエ変換を形成する。したがって、各ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの出力面上の発光点（Ｘ，Ｙ）が、多モード光ファイバ１４の端面上の点（ｘ，ｙ）に結像され、または各ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの発光出力面のフーリエ変換の点が、多モード光ファイバ１４の端面上の点（ｘ，ｙ）に結像される。前者の場合、各ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの２Ｄ出力面上の（Ｘ，Ｙ）の発光点が、ほぼ以下の通りに多モード光ファイバ１４の２Ｄ端面上の（ｘ，ｙ）に関係付けられる。
（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ／ｍ，ｙ／ｍ）
この場合、出力オプティクス２２、２２_Ｈ、２２_Ｖは、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの出力面上の発光パターンの線形寸法を「ｍ」分の１に拡大する。ただしｍは多くの場合１未満である。多モード光ファイバ１４の２Ｄ端面上で、出力オプティクス２２、２２_Ｈ、２２_Ｖは通常、その光場（複数可）が場（複数可）にほぼ比例する像を生成する。
Ａ（Ｘ，Ｙ）ｅ^{ｉφ（Ｘ，Ｙ）} （１ｂ）
後者の場合、本開示に基づいて、出力オプティクス２２、２２_Ｈ、２２_ＶがどのようにＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの出力面上の発光パターンの光場（複数可）を多モード光ファイバ１４の端面上の光場（複数可）に関係付けるかを当業者なら理解されよう。

【0056】

ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖに式（１ａ）で定義される光場（複数可）を生成させるために、電子コントローラ２０は、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの個々の光位相変調器の２Ｄアレイを、デカルト座標（Ｘ，Ｙ）で索引付けされる、ピクセルのより低い分解能の２Ｄアレイとして操作することができる。それぞれのそのようなピクセルは、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖのローカルに配置された個々の光位相変調器のローカル・グループを含み、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖのそれぞれの個々の光位相変調器は、ローカル・グループのうちの単一のものに属する。様々な実施形態では、個々のローカル・グループは、異なるサイズを有することができ、例えば、ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの２、３、４、５、６、７、８個またはそれ以上の相対的に局所的に配置された個々の光位相変調器を有する。

【0057】

各ローカル・グループは、入射光の平均位相および振幅変調を生成するように（すなわちローカル・グループのピクセルのより低い解像度の２Ｄアレイの格子スケールで）電子コントローラ２０によって構成される。すなわち、各ＳＬＭ１８、１８_Ｈ、１８_Ｖの光位相変調器による空間的に変動する位相変調は、例えば、（Ｘ，Ｙ）座標によって索引付けされるピクセルの２Ｄアレイのより低い分解能で、組み合わされた空間的に変動する振幅と位相変調を生成する。

【0058】

図６および７は、そのような空間的に変動する振幅および位相変調がＳＬＭ１８による位相変調の結果として生じる、ピクセルのより低い分解能の２Ｄアレイに関する代替の例示的構成を示す。それぞれの例示的構成では、より低い分解能のアレイの個々のピクセルは、ＳＬＭ１８の隣接する個々の光位相変調器の（ａ，ｂ）で索引付けされた対を含む。点（Ｘ，Ｙ）でのピクセルは、ＳＬＭ１８の隣接する行上に位置する光位相変調器の（ａ，ｂ）で索引付けされた対を含む。（ａ，ｂ）で索引付けされた対は、図６に示す対の行構成内のＳＬＭ１８の同一の列内に位置し、図６に示す格子じま構成のＳＬＭ１８の隣接する列および行内で対角に位置する。例えば、図６〜７は、（Ｘ，Ｙ）座標（１，１）、（１，２）、（１，Ｎ−１）、（１，Ｎ）、（Ｍ，１）、（Ｍ，２）、（Ｍ，Ｎ−１）、および（Ｍ，Ｎ）を有するＮ×Ｍアレイのピクセルを明示的に示し、ピクセルは、参照番号のそれぞれの対｛１１_ａ，１１_ｂ｝、｛１２_ａ，１２_ｂ｝、｛１（Ｎ−１）_ａ，１（Ｎ−１）_ｂ｝、｛１Ｎ_ａ，１Ｎ_ｂ｝、｛Ｍ１_ａ，Ｍ１_ｂ｝、｛Ｍ２_ａ，Ｍ２_ｂ｝、｛Ｍ（Ｎ−１）_ａ，Ｍ（Ｎ−１）_ｂ｝、および｛１Ｎ_ａ，１Ｎ_ｂ｝を有する（ａ，ｂ）で索引付けされた光位相変調器を含む。

【0059】

図６および７の構成では、電子コントローラ２０が、入射光ビームの波面上でそれぞれの位相Ω_ａ（Ｘ，Ｙ）およびΩ_ｂ（Ｘ，Ｙ）を変調するように、（Ｘ，Ｙ）のピクセルに属する（ａ，ｂ）で索引付けされた対に関する、ａで索引付けされ、ｂで索引付けされた光位相変調器を構成する。位相Ω_ａ（Ｘ，Ｙ）およびΩ_ｂ（Ｘ，Ｙ）は、例えば以下で定義される。
Ω_ａ（Ｘ，Ｙ）＝φ（Ｘ，Ｙ）＋ｃｏｓ^−１（Ａ（Ｘ，Ｙ）／Ａ_ｍａｘ）＋２πＫ_ａ （２ａ）
および
Ω_ｂ（Ｘ，Ｙ）＝φ（Ｘ，Ｙ）−ｃｏｓ^−１（Ａ（Ｘ，Ｙ）／Ａ_ｍａｘ）＋２πＫ_ｂ （２ｂ）
ただし、Ｋ_ａおよびＫ_ｂは、ＳＬＭ１８の個々の光位相変調器をその動作範囲内で配置することが可能となるようにその値が固定される整数であり、Ａ_ｍａｘは、例えば、ＳＬＭ１８の出力面上の振幅Ａ（ｘ，ｙ）の最大値でよく、または別の定数値でよい。Ｋ_ａおよびＫ_ｂの値は、ＳＬＭ１８による空間位相変調された光出力に影響を及ぼさない。式（２ａ）〜（２ｂ）に基づいて、（Ｘ，Ｙ）でのピクセルにわたって平均した光場の複素数値は、以下に比例する。

【0060】

【数1】

式（３）より、より低い分解能の２Ｄアレイのピクセル、すなわち座標（Ｘ，Ｙ）によって索引付けされるピクセルの個々にわたって平均したとき、空間的に変動する方式で位相変調することのできる、ＳＬＭ１８の出力面から出る光が、式（１ａ）のように位相と振幅の両方で変調されるように見えることを当業者なら理解されよう。したがって、式（２ａ）〜（２ｂ）および図５または６で示されるローカル位相変調が、ＣＡ（Ｘ，Ｙ）ｅ^{ｉφ（Ｘ，Ｙ）}の形式を有する光場の打切り近似を生み出す。ただしＣは定数であり、２Ｄアレイの分解能スケールで、ピクセルが（Ｘ，Ｙ）座標によって索引付けされる。

【0061】

図６および７の構成では、図１、３、および４のＳＬＭ１８、１８_Ｖ、１８_Ｈのそれぞれを式（２ａ）〜（２ｂ）に従って操作して、その振幅および位相が適切な式（１ｂ）を満たす光を出力することができる（すなわち、多モード光ファイバ１４の端面上の選択された光学モード（複数可）について、ピクセルの個々のものにわたって平均したとき）。

【0062】

図４の光学モード結合器１０’’では、多モード光ファイバ１４の選択された光学モード（複数可）のそれぞれのＶおよびＨ線形偏光成分に関する変調光ビームを出力するように、ＳＬＭ１８_ＶおよびＳＬＭ１８_Ｈを別々に構成することができる。すなわち、その出力面上でＡ（Ｘ，Ｙ）＝Ａ_Ｖ（Ｘ，Ｙ）およびφ_Ｖ（Ｘ，Ｙ）＝φ_Ｖ（Ｘ，Ｙ）を用いた式（２ａ）〜（２ｂ）に従って光ビームを位相変調するように電子コントローラ２０によってＳＬＭ１８_Ｖを構成することができ、その出力面上でＡ（Ｘ，Ｙ）＝Ａ_Ｈ（Ｘ，Ｙ）およびφ_Ｈ（Ｘ，Ｙ）＝φ_Ｈ（Ｘ，Ｙ）を用いた式（２ａ）〜（２ｂ）に従って光ビームを位相変調するように電子コントローラ２０によってＳＬＭ１８_Ｈを構成することができる。ここで、Ａ_Ｈ（ｘ，ｙ）およびφ_Ｈ（ｘ，ｙ）は、多モード光ファイバ１４の端面上の選択された光学モード（複数可）のＶ線形偏光成分の振幅および位相であり、Ａ_Ｖ（ｘ，ｙ）およびφ_Ｖ（ｘ，ｙ）は、多モード光ファイバ１４の端面上の選択された光学モード（複数可）のＨ線形偏光成分の振幅および位相である。

【0063】

図８は、Ｎ個の光源または光検出器１２_１〜１２_Ｎを多モード光ファイバ１４のＮ個の対応する光学モードに優先的に並列に結合する再構成可能Ｎ×１光学モード結合器５２を含む光学デバイス５０を概略的に示す。再構成可能Ｎ×１光学モード結合器５２は、Ｎ個の１×１再構成可能光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎおよび受動Ｎ×１光結合器５４を含む。

【0064】

各１×１再構成可能光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎは、光源または光検出器１２_１〜１２_Ｎのうちの対応する１つに結合された光入力を有し、受動Ｎ×１光結合器５４の対応する光入力に接続された光出力を有する。各１×１再構成可能光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎは、図１、３、および４の１×１光学モード結合器１０、１０’、１０’’のうちの１つと同様に構築することができる。

【0065】

受動Ｎ×１光結合器５４は、そのＮ個の光入力で受け取られたＮ個の光ビームを重ね合わせ、得られる組合せ光ビームを光ファイバ１４の端面に誘導する。この重ね合せのために、Ｎ個の１×１光結合器１０_１〜１０_Ｎ内のＳＬＭの出力面の発光部分の像、または前記出力面の発光部分のフーリエ変換を、多モード光ファイバ１４の端面上に受動ｎ×ｌ光結合器５４によって並列に形成することができる。受動Ｎ×１光結合器５４は、異なる光ビームのそのような重ね合せを形成するための従来型受動光学系でよい。例えば、従来型ミラー、レンズ、偏光スプリッタなどで受動Ｎ×１光結合器５４を形成することができる。

【0066】

受動Ｎ×１光結合器５４の２×１実施形態は、例えば、ある１×１光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎが１／２または部分的に銀被覆されたミラーの裏面を照明することができ、別の１×１光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎが１／２または部分的に銀被覆されたミラーの表面を照明することができるように配置された１つまたは複数の１／２または部分的に銀被覆したミラーを含むことができる。組み合わされた透過および反射により、そのような１／２または部分的に銀被覆されたミラーは、並列に、そのような１×１光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎの両方から多モード光ファイバ１４の端面に光ビームを向け直すことができる。

【0067】

図８の受動Ｎ×１光結合器５４の１つの例示的実施形態は、例えば、図９でＮが２よりも大きいＮ個のそのようなミラーＰＳＭ_１〜ＰＳＭ_Ｎについて示されるように、Ｎまたは（Ｎ−１）個の部分的に銀被覆されたミラーの縦続接続を含むことができる。そのような実施形態では、各１×１光学モード結合器１０_１〜１０_Ｎは、そこから、部分的に銀被覆されたミラーＰＳＭ〜ＰＳＭ_Ｎのうちの対応する１つの表面に出力光を誘導することができる。そのような縦続接続では、その表面から反射された光を縦続接続の次の部分的に銀被覆されたミラーＰＳＭ_１〜ＰＳＭ_Ｎの裏面または多モード光ファイバ１４の端面に誘導するように、それぞれの部分的に銀被覆されたミラーＰＳＭ_１〜ＰＳＭ_Ｎを配置することもできる。

【0068】

本開示から、他の従来型受動光学デバイスを使用して、図８の受動Ｎ×１光結合器５４を構築できることを当業者なら理解されよう。

【0069】

図８を参照すると、光学デバイス５０は、いくつかの実施形態では光データ送信機でよい。そのような実施形態では、Ｎ個の光源または光検出器１２_１〜１２_Ｎのそれぞれは、例えば受信したデジタル・データ・ストリーム（複数可）から、データ変調光キャリアを生成する別々の光データ送信機でよい。例えば、それぞれのそのような光送信機は、デジタル・データ・ストリーム（複数可）で１つまたは複数の波長チャネル内の光キャリアを変調する従来型電気および光学デバイスを含むことができる。そのような実施形態では、受動Ｎ×１光結合器５４は、Ｎ個の光送信機のうちの異なるものから、多モード光ファイバ１４の光学モードのうちの異なるものに対するデータ変調光キャリアを選択的かつ再構成可能に多重化することができる。

【0070】

図８を参照すると、光学デバイス５０は、いくつかの代替実施形態では光データ受信機でよい。そのような実施形態では、Ｎ個の光源または検出器１２_１〜１２_Ｎのそれぞれは、例えば、受信したデータから変調された多モード光キャリアからの、復調デジタル・データ・ストリームに関する別々の光受信機でよい。例えば、それぞれのそのような光受信機は、１つまたは複数の波長チャネルを含むことのできる光学モードのうちの単一のもののデータ変調光キャリアから、デジタル・データ・ストリーム（複数可）を変調する従来型電気および光学デバイスを含むことができる。そのような実施形態では、受動Ｎ×１光結合器５４は、データから変調された多モード光キャリアを多重分離し、多モード光ファイバ１４の光学モードうちの異なるものの光を分離し、光学モードのうちの異なるものに関して受信した光をＮ個の光受信機のうちの異なるものに誘導する。

【0071】

上記の図１、３、および４の光学モード結合器１０、１０’、１０’’の様々な実施形態を、２０１１年９月１６日にＲｏｌａｎｄ Ｒｙｆによって同時に出願されている「ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＩＧＮＡＬ ＡＭＰＬＩＦＩＣＡＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ Ａ ＭＵＬＴＩＭＯＤＥ ＦＩＢＥＲ」という名称の米国特許出願に記載の光学デバイスに類似の光学デバイスで使用することができる。このＲｏｌａｎｄ Ｒｙｆの米国特許出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。上記で組み込まれる米国特許出願の中で論じられる多モード光ファイバの導波モードのうちの様々なものに光を優先的に結合するように位相マスクがその中で機能することができるとき、図１、３、および４の光学モード結合器１０、１０’、１０’’は、例えば、位相マスクのいずれかと、光増幅器の対応する入力および出力オプティクスと、上記で組み込まれる米国特許出願に記載の他の光学デバイスとを置き換えることができる。例えば、本願に記載の光学モード結合器は、上記で組み込まれる米国特許出願の光信号結合器および／または光ポンプ結合器内の位相マスクの一部またはすべてを置き換えることができる。

【0072】

例示的実施形態の詳細な説明および図面は、本発明の原理を示すに過ぎない。したがって、本明細書では明示的に説明または図示していないが、本発明の原理を実施し、特許請求される発明の中に含まれる様々な構成を当業者は考案できることを理解されよう。さらに、本明細書で列挙されるすべての例は、主に、当技術分野を促進することに対して本発明者が寄与する本発明の原理および概念を理解するのを助けるための教育目的のものに過ぎず、そのような具体的に列挙される例および条件に限定されないものと解釈すべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態を列挙する本明細書のすべての陳述、ならびにその特定の例は、その均等物を包含するものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】