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(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】5878985
(24)【登録日】2016年2月5日
(45)【発行日】2016年3月8日
(54)【発明の名称】光ＭＩＭＯ処理
(51)【国際特許分類】
H04J 14/00 20060101AFI20160223BHJP
H04J 14/04 20060101ALI20160223BHJP
H04J 14/06 20060101ALI20160223BHJP
H04B 10/2581 20130101ALI20160223BHJP
G02B 6/26 20060101ALI20160223BHJP
G02B 6/28 20060101ALI20160223BHJP
H04B 10/61 20130101ALI20160223BHJP
【ＦＩ】
H04B9/00 F
H04B9/00 268
G02B6/26
G02B6/28 P
H04B9/00 610
【請求項の数】15
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2014-542756(P2014-542756)
(86)(22)【出願日】2012年11月6日
(65)【公表番号】特表2015-506125(P2015-506125A)
(43)【公表日】2015年2月26日
(86)【国際出願番号】EP2012071903
(87)【国際公開番号】WO2013079281
(87)【国際公開日】20130606
【審査請求日】2014年7月25日
(31)【優先権主張番号】11290543.5
(32)【優先日】2011年11月28日
(33)【優先権主張国】EP
(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】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ビューロー，ヘニング
【審査官】
川口 貴裕
(56)【参考文献】
【文献】
欧州特許出願公開第０２３７２４２０（ＥＰ，Ａ１）
【文献】
欧州特許出願公開第０２３３３９９０（ＥＰ，Ａ１）
【文献】
H. Buelow et al.，High Bit-Rate MIMO Transport over Multimode Fiber， 16th Opto-Electronics And Communications Conference, OECC 2011，２０１１年 ７月，p.413-414
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０４Ｂ １０／００ − １０／９０
Ｈ０４Ｊ １４／００ − １４／０８
Ｇ０２Ｂ ６／２６
Ｇ０２Ｂ ６／２８
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
−光学的処理システムの第１の端部のマルチモードファイバへのインターフェースと、
−インターフェースに結合されたＭ個の第１の単一モード導波路（５０５）であって、Ｍ＞２であり、第１の導波路は、それぞれＭ個の第１の光信号を搬送するように配置され、Ｍ個の第１の単一モード導波路（５０５）のそれぞれは、基本モードでそれぞれの第１の光信号を搬送する、Ｍ個の第１の単一モード導波路（５０５）と、
−光学的処理システムの第２の端部のＮ個の第２の単一モード導波路（５０６）であって、Ｎ＞１であり、第２の導波路は、それぞれＮ個の第２の光信号を搬送するように配置され、Ｎ個の第２の単一モード導波路（５０６）のそれぞれは、基本モードでそれぞれの第２の光信号を搬送し、Ｎ個の第２の光信号は、それぞれ、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個のモードに関連する、Ｎ個の第２の単一モード導波路（５０６）と、
−第２の光信号の間の相関が第１の光信号の間の相関と比較して減らされるように、第１の光信号を第２の光信号に変換する光学的処理コア（５０３、５０４）であって、光学的処理コア（５０３、５０４）は、順番に複数の光学的処理ステージを含み、それぞれの光学的処理ステージが単一モード導波路の１つまたは複数の対をそれぞれ処理するために配置された１つまたは複数の光カプラを含み、これによって、Ｎ個の第２の光信号のうちの少なくとも１つが、Ｍ個の第１の光信号の一部またはすべての線形結合になるように、Ｍ個の第１の光信号の一部またはすべてをお互いに結合する、光学的処理コア（５０３、５０４）と
を含む、光学的処理システム（５００、５２０、６００、１０４０、１１０１、１４０３、１５０３、１７０２）。
−インターフェースに結合されたＭ個の第１の単一モード導波路（５０５）であって、Ｍ＞２であり、第１の導波路は、それぞれＭ個の第１の光信号を搬送するように配置され、Ｍ個の第１の単一モード導波路（５０５）のそれぞれは、基本モードでそれぞれの第１の光信号を搬送する、Ｍ個の第１の単一モード導波路（５０５）と、
−光学的処理システムの第２の端部のＮ個の第２の単一モード導波路（５０６）であって、Ｎ＞１であり、第２の導波路は、それぞれＮ個の第２の光信号を搬送するように配置され、Ｎ個の第２の単一モード導波路（５０６）のそれぞれは、基本モードでそれぞれの第２の光信号を搬送し、Ｎ個の第２の光信号は、それぞれ、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個のモードに関連する、Ｎ個の第２の単一モード導波路（５０６）と、
−第２の光信号の間の相関が第１の光信号の間の相関と比較して減らされるように、第１の光信号を第２の光信号に変換する光学的処理コア（５０３、５０４）であって、光学的処理コア（５０３、５０４）は、順番に複数の光学的処理ステージを含み、それぞれの光学的処理ステージが単一モード導波路の１つまたは複数の対をそれぞれ処理するために配置された１つまたは複数の光カプラを含み、これによって、Ｎ個の第２の光信号のうちの少なくとも１つが、Ｍ個の第１の光信号の一部またはすべての線形結合になるように、Ｍ個の第１の光信号の一部またはすべてをお互いに結合する、光学的処理コア（５０３、５０４）と
を含む、光学的処理システム（５００、５２０、６００、１０４０、１１０１、１４０３、１５０３、１７０２）。
【請求項2】
複数の光学的処理ステージのうちの光学的処理ステージは、複数の単一モードステージ導波路によって形成され、複数のステージ導波路は、光学的処理ステージの第１の端部でＭ個の第１の導波路のうちの少なくとも３つにおよび光学的処理ステージの第２の端部でＮ個の第２の導波路のうちの少なくとも１つに結合され、１つまたは複数のカプラは、カプラの第２の端部で複数のステージ導波路のうちの２つの上の２つの結合された光信号を提供するために、回転値θを使用してカプラの第１の端部で複数のステージ導波路のうちの２つの上の２つの入力光信号を混合するように配置される、請求項１に記載の光学的処理システム。
【請求項3】
２つの入力光信号および２つの結合された光信号が、デカルト座標系のｘ軸およびｙ軸を形成すると考えられる場合に、１つまたは複数の光カプラは、２つの結合された光信号を作るために回転値θだけ２つの入力光信号の回転を実行するように配置される、請求項２に記載の光学的処理システム。
【請求項4】
第１の光学的処理ステージは、位相値φだけ複数のステージ導波路のうちの１つの上の光信号の位相をシフトするように配置された複数のステージ導波路のうちの１つの上の移相器を含む、請求項２に記載の光学的処理システム。
【請求項5】
−Ｎ＞２であり、
−光学的処理コアは、Ｎ−１個の光学的処理ステージを含み、
−各光学的処理ステージは、Ｍ／２個以下のカプラを含む
請求項１から４のいずれかに記載の光学的処理システム。
−光学的処理コアは、Ｎ−１個の光学的処理ステージを含み、
−各光学的処理ステージは、Ｍ／２個以下のカプラを含む
請求項１から４のいずれかに記載の光学的処理システム。
【請求項6】
−Ｍは、Ｎ以上であり、および／または
−Ｎは、３または４または５または６または７または８または９または１０より大きい
請求項１に記載の光学的処理システム。
−Ｎは、３または４または５または６または７または８または９または１０より大きい
請求項１に記載の光学的処理システム。
【請求項7】
−Ｍ個の第１の光信号は、それぞれ、マルチモードファイバの端面上のＭ個の異なる空間的位置での光学場分布の対応するＭ個のサンプルに関連し、
−Ｎ個の第２の光信号は、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個のモードを表す
請求項１に記載の光学的処理システム。
−Ｎ個の第２の光信号は、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個のモードを表す
請求項１に記載の光学的処理システム。
【請求項8】
Ｍ個のサンプルが、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個の空間モードのうちの単一の１つの光学場分布に関連するという条件の下で、光学的処理コアは、
−Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号のうちの単一の１つに組み合わせ、および／または
−Ｎ個の第２の光信号のうちの単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成する
ように配置される、請求項７に記載の光学的処理システム。
−Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号のうちの単一の１つに組み合わせ、および／または
−Ｎ個の第２の光信号のうちの単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成する
ように配置される、請求項７に記載の光学的処理システム。
【請求項9】
Ｎ個の空間モードの単一の１つごとに、光学的処理コアは、
−Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号の異なる単一の１つに組み合わせ、および／または
−Ｎ個の第２の光信号の異なる単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成する
ように配置される、請求項８に記載の光学的処理システム。
−Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号の異なる単一の１つに組み合わせ、および／または
−Ｎ個の第２の光信号の異なる単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成する
ように配置される、請求項８に記載の光学的処理システム。
【請求項10】
光学的処理コアの１つもしくは複数のパラメータと呼ばれる、１つもしくは複数の移相器の１つもしくは複数の位相値φおよび／または１つもしくは複数のカプラの１つもしくは複数の回転値θは、調整可能である、請求項４のいずれかに記載の光学的処理システム。
【請求項11】
光学的処理コアの１つまたは複数のパラメータを決定するように配置された制御ユニット（１７０３）をさらに含み、１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の第２の光信号に基づいて決定される、請求項１０に記載の光学的処理システム。
【請求項12】
−Ｎ個の第２の光信号は、マルチモードファイバのＮ個のモードによって提供される通信チャネルを介して送信されるトレーニングシーケンスに関連し、
−制御ユニット（１７０３）は、トレーニングシーケンスおよびＮ個の第２の光信号に基づいて１つまたは複数のパラメータを決定するように配置される
請求項１１に記載の光学的処理システム。
−制御ユニット（１７０３）は、トレーニングシーケンスおよびＮ個の第２の光信号に基づいて１つまたは複数のパラメータを決定するように配置される
請求項１１に記載の光学的処理システム。
【請求項13】
−Ｍは、対であり、
−Ｍ／２個の偏光多重化された信号からＭ個の第１の光信号をおよび／またはその逆を生成するように配置されたＭ／２個の偏光ビームスプリッタをさらに含む
請求項１に記載の光学的処理システム。
−Ｍ／２個の偏光多重化された信号からＭ個の第１の光信号をおよび／またはその逆を生成するように配置されたＭ／２個の偏光ビームスプリッタをさらに含む
請求項１に記載の光学的処理システム。
【請求項14】
マルチモードファイバのＮ個の空間モードを介して送信されたＮ個の光信号を受信するように配置された光受信器（１７００）であって、Ｎ＞１であり、光受信器（１７００）は、
−Ｎ個の第２の光信号を提供するためにＭ個の第１の光信号を処理するように配置された請求項１１に記載の光学的処理システム（１７０２、１７０３）であって、処理は、光学的処理システム内に含まれる１つまたは複数の移相器および／またはカプラの１つまたは複数のパラメータに従って実行され、光学的処理システムのインターフェースは、マルチモードファイバからＭ個の単一モード導波路へＭ個の第１の光信号を抽出するように配置されたマルチモードファイバカプラ（１７０１）を含み、Ｍ≧Ｎである、光学的処理システム（１７０２、１７０３）と、
−Ｎ個の第２の光信号をＮ個の対応する受信された信号に変換するように配置されたＮ個の光電変換器（１４０４）であって、１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の受信された信号に基づいて決定される、Ｎ個の光電変換器（１４０４）と
を含む、光受信器（１７００）。
−Ｎ個の第２の光信号を提供するためにＭ個の第１の光信号を処理するように配置された請求項１１に記載の光学的処理システム（１７０２、１７０３）であって、処理は、光学的処理システム内に含まれる１つまたは複数の移相器および／またはカプラの１つまたは複数のパラメータに従って実行され、光学的処理システムのインターフェースは、マルチモードファイバからＭ個の単一モード導波路へＭ個の第１の光信号を抽出するように配置されたマルチモードファイバカプラ（１７０１）を含み、Ｍ≧Ｎである、光学的処理システム（１７０２、１７０３）と、
−Ｎ個の第２の光信号をＮ個の対応する受信された信号に変換するように配置されたＮ個の光電変換器（１４０４）であって、１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の受信された信号に基づいて決定される、Ｎ個の光電変換器（１４０４）と
を含む、光受信器（１７００）。
【請求項15】
Ｎ個の第２の単一モード導波路からのＮ個の第２の光信号をマルチモードファイバのＮ個の空間モードに、および／またはその逆に結合するように配置された光空間モードマルチプレクサ／デマルチプレクサであって、Ｎ＞１であり、
−Ｎ個の第２の光信号からＭ個の第１の光信号をおよび／またはその逆を生成するように配置された請求項７に記載の光学的処理システムであって、光学的処理システムのインターフェースは、Ｍ個の第１の単一モード導波路内で搬送されるＭ個の第１の光信号からマルチモードファイバの端面のＭ個の異なる空間的位置で光学場分布のＭ個のサンプルをおよび／またはその逆を生成するように配置された空間サンプラ（３０２、１１０２）を含み、Ｍ＞２である、光学的処理システム
を含む、光空間モードマルチプレクサ／デマルチプレクサ。
−Ｎ個の第２の光信号からＭ個の第１の光信号をおよび／またはその逆を生成するように配置された請求項７に記載の光学的処理システムであって、光学的処理システムのインターフェースは、Ｍ個の第１の単一モード導波路内で搬送されるＭ個の第１の光信号からマルチモードファイバの端面のＭ個の異なる空間的位置で光学場分布のＭ個のサンプルをおよび／またはその逆を生成するように配置された空間サンプラ（３０２、１１０２）を含み、Ｍ＞２である、光学的処理システム
を含む、光空間モードマルチプレクサ／デマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本文書は、光通信システムに関する。詳細には、本文書は、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）におけるｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）処理用の光信号プロセッサに関する。
【背景技術】
【0002】
マルチモードファイバ（ＭＭＦ）に移ることと、ＭＭＦの異なる空間モード（およびおそらくは異なる偏光モード）を介して異なるデータチャネルをトランスポートすることとによって（所与のスペクトル内で）光ファイバを介してトランスポートされる容量（ビット毎秒）を増やす、多ギガビット毎秒光伝送システムが提案されてきた。言い替えると、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）上のモード分割多重化（ＭＤＭ）が、標準的な単一モードファイバ（ＳＭＦ）の容量制限を克服するためのオプションの１つとして調査されている。
【0003】
ＭＭＦ上のＭＤＭを使用可能にするために、光ＭＭＦ増幅器および空間モードマルチプレクサ／デマルチプレクサ（ＳＭ ＤＥ／ＭＵＸ）ならびにＭＩＭＯプロセッサなどの光伝送システムのさまざまなサブシステムが、提供されなければならない。本文書は、ＭＭＦ通信システム上の光ＭＤＭの要求されるサブシステムの一部またはすべてを実現するために効率的な光信号プロセッサを提供するのに使用できるさまざまなアーキテクチャを説明するものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Ｃ．Ｒ．ＤｏｅｒｒおよびＴ．Ｆ．Ｔａｕｎａｙ、「Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｅ−，Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−，ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ．２３、ＮＯ．９、２０１１年５月１日、５９７頁
【非特許文献2】Ｄａｖｉｄ Ｂ．Ｍｏｒｔｉｍｏｒｅ、「Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ４ Ｘ ４ ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｆｕｓｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｒｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ、Ｖｏｌ．９、Ｎｏ．３、１９９０年１月２０日、３７１−３７４頁
【非特許文献3】Ｈ．Ｂｕｅｌｏｗ他、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｆｉｂｅｒ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＥＣＯＣ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（２０１１年）
【非特許文献4】Ａ．Ｔａｒｉｇｈａｔ他、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｌｉｎｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．、２００７年５月、１−８頁
【非特許文献5】Ｎｏｏｒｄｅｇｒａａｆ他、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｉｓｓｕｅ ３、１９８８−１９９４頁、２００９年
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一態様によれば、光学的処理システム、たとえば、光ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）処理システムを説明する。光学的処理システムは、複数の光（空間および／または偏光）モードを搬送するように構成されたマルチモードファイバに関連して使用されてもよい。このために、光学的処理システムは、光学的処理システムの第１の端部のマルチモードファイバへのインターフェースを含むことができる。さらに、光学的処理システムは、光学的処理システムの第１の端部のＭ個の第１の単一モード導波路を含むことができ、Ｍ＞２である（たとえば、Ｍ＞３または４または５または６または７または８または９）。Ｍ個の第１の導波路は、マルチモードファイバへのインターフェースに結合されてもよい。第１の導波路は、それぞれＭ個の第１の光信号を搬送するように構成される。さらに、光学的処理システムは、光学的処理システムの第２の端部のＮ個の第２の単一モード導波路を含み、Ｎ＞１である（たとえば、Ｎ＞２または３または４または５または６または７または８または９）。第２の導波路は、それぞれＮ個の第２の光信号を搬送するように構成され、Ｎ個の第２の光信号は、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個の（空間および／または偏光）モードに関連する。Ｍは、Ｎ以上とすることができる。
【0006】
さらに、光学的処理システムは、第１の光信号を第２の光信号に変換するように構成された光学的処理コアを含む。このために、光学的処理コアは、光学的処理コア内で１つまたは複数の導波路によって搬送される光信号を操作するように構成された複数の光学的処理コンポーネント（光学的処理ユニットとも呼ばれる）を含むことができる。具体的には、光学的処理コアは、Ｎ個の第２の光信号の少なくとも１つ（たとえばすべて）がＭ個の第１の光信号のうちの一部またはすべてからの寄与を含む、たとえばＮ個の第２の光信号の少なくとも１つまたはすべてがＭ個の第１の光信号のすべての線形結合になるように、Ｍ個の第１の光信号の一部またはすべて（たとえば、それぞれ）をお互いに結合する複数の光カプラを含むことができる。このために、光カプラは、２つの光導波路によってトラバースされてもよく、光カプラは、２つの光導波路の間の結合の度合を定義する回転値θを使用することができる。光学的処理コアは、伝達行列を実施するのに十分な光カプラを含むことができる。
【0007】
全体的に、光学的処理コアは、たとえば伝達行列Ｈを使用して、Ｍ個の第１の光信号の間の相関と比較して、Ｎ個の第２の光信号の間の相関を減らすように構成され、または既に設計されているものとすることができる。相関は、タイムラインに沿った少なくとも２つの光信号の間の相関に関するものとすることができる。Ｍ個の第１の光信号およびＮ個の第２の光信号は、それぞれＭ個の第１のディジタル信号およびＮ個の第２のディジタル信号として表現可能であり得る。変換行列Ｈすなわち光学的処理コアは、Ｎ個の第２のディジタル信号のすべての対の間の相関が、Ｍ個の第１のディジタル信号のすべての対の間の相関より少なくなることを保証することができる。この文脈では、相関は、所定の時間期間にわたる２つのディジタル信号の乗算されたサンプルの（移動）平均として決定されてもよい。
【0008】
光学的処理コアは、１つまたは複数の光学的処理ステージを含むことができる。１つまたは複数の光学的処理ステージは、複数の単一モードステージ導波路によってトラバースされる。複数のステージ導波路は、光学的処理ステージの第１の端部でＭ個の第１の導波路のうちの少なくとも３つに結合される。好ましい実施形態では、複数のステージ導波路は、光学的処理ステージの第１の端部でＭ個の第１の導波路のすべてに（間接的に）結合される。これは、光学的処理ステージが、Ｍ個の第１の光信号のすべてから導出される１つまたは複数の光信号を処理できることを意味する。
【0009】
さらに、複数のステージ導波路は、光学的処理ステージの第２の端部でＮ個の第２の導波路のうちの少なくとも１つに結合される。これは、光学的処理ステージが、Ｎ個の第２の光信号のうちの少なくとも１つに寄与する光信号を提供することを意味する。
【0010】
光学的処理ステージは、移相器および光カプラのうちの１つまたは複数を含むことができる。移相器は、通常、複数のステージ導波路のうちの少なくとも１つに適用され、移相器は、位相値φ（本文書ではΦとも呼ばれる）によって複数のステージ導波路のうちの１つの上の光信号の位相をシフトするように構成される。光カプラは、通常は複数のステージ導波路のうちの２つに適用される。光カプラは、カプラの第２の端部で複数のステージ導波路のうちの２つの上の２つの結合された光信号を提供するために、回転値θを使用してカプラの第１の端部で複数のステージ導波路のうちの２つの上の２つの入力光信号を混合するように構成される。光カプラの機能は、２つの入力光信号および２つの結合された光信号が、デカルト座標系のｘ軸およびｙ軸を形成すると考えられる場合に、光カプラは、２つの結合された光信号を作るために回転値θによる２つの入力光信号の回転を実行するように構成されると説明することができる。
【0011】
一実施形態では、処理ステージは、ステージ導波路の１つまたは複数の異なる対（ステージ導波路のそれぞれは、多くとも１つの対に含まれる）を処理する１つまたは複数の光カプラを含む。光学的処理コアは、Ｍ個の第１の光信号のすべてがＮ個の第２の光信号のそれぞれに寄与できることを保証するために、順番の処理ステージのシーケンスを含むことができ、第１の光学的処理ステージの第２の端部の複数のステージ導波路は、入れ換えられた形で第２の光学的処理ステージの第１の端部の複数のステージ導波路に結合される。したがって、ステージ導波路の異なる対が、第１の処理ステージではなく第２の処理ステージ内の光カプラによって処理されてもよい。Ｎ＞２について、光学的処理コアがＮ−１個以下の処理ステージを含む場合に、Ｍ個の第１の光信号のそれぞれが、Ｎ個の第２の光信号のそれぞれに寄与できることを示すことができる。しかし、一般に、Ｎ−１個を超えるステージによってこれを実現することもできる。各処理ステージは、Ｍ／２個以下のカプラを含むことができる。
【0012】
Ｍ個の第１の光信号は、マルチモードファイバの端面上のＭ個の異なる空間的位置での光学場分布の対応するＭ個のサンプルに関連することができる。言い替えると、Ｍ個の第１の光信号は、マルチモードファイバの端面のＭ個の異なる位置で光学場分布をサンプリングすることによって入手され得る。Ｍ個の異なる位置は、通常、サンプリングされるＮ個の空間モードの対称性に依存して選択される。具体的には、Ｍ個の異なる位置は、通常、Ｍ個の空間サンプルを使用してマルチモードファイバのＮ個の空間モードの間の区別を可能にするように選択される。言い替えると、Ｍ個の異なる位置は、Ｎ個の異なる空間モードの場の分布がＭ個の空間サンプルの異なるセットにつながるように選択されなければならない。
【0013】
光学的処理コアの伝達行列Ｈは、Ｎ個の第２の光信号がマルチモードファイバによって搬送されるＮ個のモードを表すように設計されてもよい。言い替えると、伝達行列Ｈは、Ｍ個の空間サンプルがＮ個のモードに変換されるように設計されてもよい。
【0014】
たとえば、これは、Ｍ個のサンプルが、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個の空間モードのうちの単一の１つの光学場分布に関連するという条件の下で、光学的処理コアが、Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号のうちの単一の１つに組み合わせるように構成されるように光学的処理コアを選択することによって達成され得る。光システムの可逆性を考慮すると、逆の条件も通常はあてはまる、すなわち、Ｍ個のサンプルが、マルチモードファイバによって搬送されるＮ個の空間モードのうちの単一の１つの光学場分布に関連するという条件の下で、光学的処理コアは、Ｎ個の第２の光信号のうちの単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成するように構成される。
【0015】
したがって、光学的処理システムは、マルチモードファイバのＮ個のモードのうちの１つのサンプリングされた場のエネルギが、Ｎ個の第２の導波路のうちの正確に１つに集中される形で、Ｍ個の第１の導波路とＮ個の第２の導波路とを連結することができる。この条件は、Ｎ個のモードのすべておよびＮ個の第２の導波路のすべてについて満たされてもよい。すなわち、Ｎ個の空間モードの各単一の１つについて、光学的処理コアは、Ｍ個の第１の光信号をＮ個の第２の光信号の異なる単一の１つに組み合わせ、かつ／または逆に、Ｎ個の第２の光信号の異なる単一の１つからＭ個の第１の光信号を生成するように構成されてもよい。
【0016】
その結果、光（空間）モードマルチプレクサ／デマルチプレクサについて説明され得る。モードマルチプレクサ／デマルチプレクサは、Ｎ個の第２の単一モード導波路からのＮ個の第２の光信号をマルチモードファイバのＮ個の空間モードに、および／またはその逆に結合するように構成され、Ｎ＞１である。このために、空間モードマルチプレクサ／デマルチプレクサは、たとえば光学的処理システムのインターフェースの形で、Ｍ個の第１の単一モード導波路内で搬送されるＭ個の第１の光信号からマルチモードファイバの端面のＭ個の異なる空間的位置で光学場分布のＭ個のサンプルを（Ｍ＞２）を生成する（マルチプレクサ）および／またはその逆を生成する（デマルチプレクサ）ように構成された空間サンプラを含むことができる。さらに、モードマルチプレクサ／デマルチプレクサは、本文書で説明される光学的処理システムを含むことができる。光学的処理システムは、Ｎ個の第２の光信号からＭ個の第１の光信号を生成する（マルチプレクサ）および／またはその逆を生成する（デマルチプレクサ）ように構成される。
【0017】
光学的処理コアの１つもしくは複数のパラメータと呼ばれる、１つもしくは複数の移相器の１つもしくは複数の位相値φおよび／または１つもしくは複数のカプラの１つもしくは複数の回転値θは、調整可能とすることができる。この場合に、光学的処理システムは、適応光信号処理（たとえば、チャネル等化）に使用されてもよい。たとえば、光学的処理システムは、光学的処理コアの１つまたは複数のパラメータを決定するように構成された制御ユニットを含むことができる。１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の第２の光信号に基づいて決定され得る。具体的には、１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の第２の光信号の知られているまたは所望の特性（または性質）（たとえば、Ｎ個の第２の光信号の間の無相関性）に基づいて決定されてもよい。たとえば、Ｎ個の第２の光信号を、マルチモードファイバのＮ個のモードによって提供される通信チャネルを介して送信されるトレーニングシーケンスに関連付けることができる。その場合に、制御ユニットは、トレーニングシーケンスおよびＮ個の第２の光信号に基づいて１つまたは複数のパラメータを決定するように構成され得る。
【0018】
したがって、マルチモードファイバのＮ個の空間モードを介して送信されたＮ個の光信号を受信するように構成された光受信器であって、Ｎ＞１である、光受信器について説明され得る。光受信器は、たとえば、光学的処理システムのインターフェースの形で、マルチモードファイバからＭ個の単一モード導波路にＭ個の第１の光信号を抽出するように構成されたマルチモード光ファイバカプラ（Ｍ≧Ｎ）を含むことができる。そのようなマルチモードファイバカプラの例は、たとえば、結合された導波路構造である。さらに、光受信器は、本文書で説明される光学的処理システムを含む。光学的処理システムは、Ｎ個の第２の光信号を提供するためにＭ個の第１の光信号を処理するように構成される。この処理は、光学的処理システム内に含まれる１つまたは複数の移相器および／またはカプラの１つまたは複数のパラメータに従って実行される。さらに、光受信器は、Ｎ個の第２の光信号をＮ個の対応する受信された（電気またはディジタル）信号に変換するように構成されたＮ個の光電変換器を含むことができる。光学的処理システムの１つまたは複数のパラメータは、Ｎ個の受信された信号に基づいて決定され得る。
【0019】
光学的処理システムは、偏波多重化と互換にされてもよく、すなわち、光学的処理システムは、空間モードだけではなく、偏光モードをも扱うことができることに留意されたい。このために、光学的処理システムは、Ｍ／２個の偏光多重化された信号からＭ個の第１の光信号を生成し、かつ／またはその逆を行う（その場合に、Ｍは通常は対である）ように構成されたＭ／２個の偏光ビームスプリッタをさらに含むことができる。
【0020】
本文書で概要を示される好ましい実施形態を含む方法およびシステムを、単独でまたは本文書で開示される他の方法およびシステムと組み合わせて使用できることに留意されたい。さらに、本文書で概要を示される方法およびシステムのすべての態様を、任意に組み合わせることができる。具体的には、特許請求の範囲の特徴を、任意の形でお互いと組み合わせることができる。
【0021】
本発明を、下で添付図面を参照して例示的な形で説明する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】モード変換器を使用するモードスプリッタ／コンバイナ配置例を示すブロック図である。
【図2】結合された導波路構造を使用するモードスプリッタ／コンバイナ配置例を示す概略図である。
【図3a】突き合わせ結合（ｂｕｔｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）を使用する空間サンプラ例を示す図である。
【図3b】突き合わせ結合を使用する空間サンプラ例を示す図である。
【図4】複数の格子を使用する空間サンプラ例を示す図である。
【図5】光信号処理を含む全域通過フィルタ例を示す図である。
【図6】光信号処理を利用するもう１つの全域通過フィルタ例を示す図である。
【図7a】光信号処理ユニット例を示す図である。
【図7b】光信号処理ユニット例を示す図である。
【図8】偏光多重化された光信号のモードスプリッタ／コンバイナ例を示すブロック図である。
【図9】偏光多重化された光信号のもう１つのモードスプリッタ／コンバイナ例を示すブロック図である。
【図10】複数の光モードのさまざまな空間サンプルの光パワーを対応する複数の単一モード導波路に集中し、その逆を行うように構成されたもう１つの全域通過フィルタ例を示す図である。
【図11a】例の光全域通過フィルタおよび異なる空間サンプラ例を含む例のモードスプリッタ／コンバイナを示す図である。
【図11b】光全域通過フィルタ例および空間サンプラの異なる例を含むモードスプリッタ／コンバイナ例を示す図である。
【図12】空間モードアドドロップマルチプレクサ（ａｄｄ−ｄｒｏｐ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）例を示すブロック図である。
【図13】マルチモード伝送用の光伝送システム例を示す概略図である。
【図14】光チャネル等化に使用される光全域通過フィルタ例を示す図である。
【図15】光チャネル等化に使用されるもう１つの光全域通過フィルタ例を示す図である。
【図16】融着ファイバカプラ（ｆｕｓｅｄ ｆｉｂｅｒ ｃｏｕｐｌｅｒ）例を示す図である。
【図17】チャネル等化用の適応光全域通過フィルタを含む光受信器例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
導入セクションで概要を示したように、モードスプリッタ（および逆にモードコンバイナ）は、空間分割多重化（ＳＤＭ）（またはモード分割多重化）に基づくＭＭＦ伝送を実現するために重要なコンポーネントである。
【0024】
モードスプリッタ／コンバイナは、ＭＭＦ伝送ファイバの送信側および受信側に配置され、マルチモード送信器の異なるピグテールをＭＭＦの異なるＭＭＦモード場（ＬＰモード）に多重化し、あるいは、異なるＭＭＦモード場（ＬＰモード）を受信器の異なるピグテールに多重分離する。
【0025】
現在使用されているモードスプリッタ／コンバイナは、通常、出力のそれぞれにあるマルチモードパワーディバイダおよび異なるモード変換器（位相ホログラム）に基づく。バルク光パワーディバイダおよびモード変換器を含むモードスプリッタ／コンバイナ１００の例を、図１に示す。モードスプリッタ／コンバイナ１００は、２つのＳＭＦモード（ＬＰ０１）を、それぞれＭＭＦモードＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂに多重化する。そのようなモードスプリッタ／コンバイナの欠点は、パワーディバイダの使用に起因する比較的多い損失（１／Ｎ）および比較的高コストのバルク光実現である。
【0026】
モードスプリッタ／コンバイナ２００の代替実現は、断熱変化する屈折率分布を有する結合された導波路構造（たとえば、フォトニック結晶ファイバ）に基づく（図２を参照されたい）。導波路構造２００は、ＭＭＦのＬＰ（直線偏光）モードをＳＭＦ出力ピグテールの基本モードに変換する４つの結合された単一モード導波路によって形成される。モードスプリッタ／コンバイナ２００は、原理的には無損失であるが、複雑な導波路構造の実現は、高コストになる可能性がある。さらに、より大きいモード数（Ｎ）へのモードスプリッタ／コンバイナ２００のスケーラビリティは、挑戦的課題になる可能性がある。
【0027】
本文書では、光信号処理を利用するモードスプリッタ／モードコンバイナアーキテクチャを説明する。説明されるモードスプリッタ／コンバイナは、フォトニック集積回路（ＰＩＣ）、たとえばシリコンＰＩＣを使用するコスト効率のよい実現を可能にする。さらに、説明されるモードスプリッタ／コンバイナは、相対的に少ない電力消費を示す。さらに、説明されるモードスプリッタ／コンバイナは、モードのより大きいモード数Ｎまでスケーラブルである。
【0028】
モードスプリッタ（モードコンバイナ）は、ＭＭＦ場の異なる区域を光学的に空間サンプリングすることによって、すなわち、ＭＭＦの端面の異なる区域をサンプリングすることによって、実現されてもよい。ＭＭＦ場の異なる区域のサンプリングは、複数のパッチＰ１，…，ＰＭを使用して実施することができ、Ｍは、パッチの総数である。いわゆるパッチは、１区域内の光学場を収集し、これを単一モード導波路または単一モードファイバの場に変換する。ある区域の光を、単一モード導波路またはそのマルチモード部分の基本モードがファイバの基本モード（図３の導波路チューブを参照されたい）に断熱変換される導波路テーパーの基本モードに集中させるレンズまたはレンズ系で実現し得る。通常、パッチの個数Ｍは、ＭＭＦ内で搬送されるモードの個数Ｎに基づいて選択される。Ｎ個のモードの分離（または結合）を可能にするために、Ｍは、Ｎ以上でなければならない。図３ａ、ｂおよび４に、空間サンプラ３００、４００の例を示す。図３ａおよびｂの空間サンプラ３００は、ＭＭＦ ３０１の端面の４つの異なる位置または区域で光をサンプリングし、これによってＭ＝４のパッチＰ１，…，Ｐ４を提供するＭ＝４のＳＭＦ ３０２を含む。図４の空間サンプラ４００は、垂直格子カプラ４０２を有するシリコンフォトニック集積回路（ＰＩＣ）を使用してＭ＝７のパッチを提供する。異なる応用例に関する図４の技術プラットフォームの実例による説明は、引用により組み込まれているＣ．Ｒ．ＤｏｅｒｒおよびＴ．Ｆ．Ｔａｕｎａｙ、「Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｅ−，Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−，ａｎｄ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ」、ＩＥＥＥ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＥＴＴＥＲＳ、ＶＯＬ．２３、ＮＯ．９、２０１１年５月１日、５９７頁に見出すことができる。
【0029】
空間サンプラ３００、４００は、ＭＭＦ場のＭ個のパッチまたはサンプルを提供し、Ｎ個のモードを分離するために、Ｍ個の空間サンプルにさらなる光学的処理を適用することが提案される。さらなる処理が、伝達関数Ｈを有するＭＩＭＯフィルタを提供する単一モード導波路フィルタ構造で実行されてもよい。
【0030】
受信器での光信号の偏光が、通常、多くの応用例で知られていないので、偏波ダイバーシティ動作でさらなる処理を実行することが有益である可能性がある。この場合に、空間サンプラ３００は、図３ｂに示されているように、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３０３を含むことができる。ＰＢＳ ３０３は、ｍ＝１，…，Ｍ個の空間サンプルのそれぞれについて、２つの空間サンプルＰｍｘおよびＰｍｙを提供する。その後、別々のＭＩＭＯフィルタ（ＨｘおよびＨｙ）が、ＸおよびＹの偏光を個別に処理することができる。
【0031】
したがって、ＭＭＦ信号の異なる区域の光を、空間サンプラ３００、４００のＭ個のパッチ３０２、４０２によって取り込むことができる。空間サンプラ３００、４００は、空間サンプリングされた光を、Ｍ個の単一モード導波路（またはファイバ）の基本モードに変換することができる。パッチの光すなわち、Ｍ個の単一モード導波路の光は、光ＭＩＭＯフィルタ（ＮｘＭ伝達行列Ｈを提供する）内で処理される。Ｎ個のＬＰモードの、ｉ＝０１、１１ａ、１１ｂなどである信号ＡＬＰｉは、分離され、光ＭＩＭＯフィルタの出力のＮ個の単一モード出力導波路に現れる。
【0032】
それぞれＸおよびＹの偏光に関する光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０の例を、図５に示す。Ｍ＝４の空間サンプル５０１が、空間サンプラ３００、４００からそれぞれのＭ個の単一モード入力導波路５０５を介して光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０に入る。光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０は、Ｍ個の単一モード入力導波路５０５のうちの１つまたは複数の光信号を変更するように構成された複数の光学的処理ユニット５０３、５０４を含む。光学的処理ユニット５０３、５０４の例は、調整可能な移相器５０３（位相パラメータφ）および調整可能なカプラ５０４（回転パラメータθ）である。光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０の出力では、ＭＭＦ ３０１内で搬送されるＮ個のＬＰモードの、ｉ＝０１、１１ａ、１１ｂなどであるＮ＝３個の光信号ＡＬＰｉが、Ｎ個の単一モード出力導波路５０６内で供給される。たとえば、パッチ信号５０１ Ｐ１ｘ、Ｐ２ｘ、Ｐ３ｘ、Ｐ４ｘが、Ｎ個の単一モード出力導波路５０６がＭＭＦ ３０１内で搬送されるＮ個のＬＰモードの、ｉ＝０１、１１ａ、１１ｂなどである光信号ＡＬＰｉを搬送するように、光学的に処理される。同様の処理が、Ｙ偏光について実行されてもよい。
【0033】
光学的処理ユニット５０３、５０４のパラメータは、ＭＭＦによって搬送される空間モードに関する理論的考慮事項に基づいて設計されてもよい。この概要が、下でさらに詳細に示される。その代わりにまたはそれに加えて、光学的処理ユニット５０３、５０４のパラメータは、初期トレーニングフェーズの文脈で調整され得る。そのようなトレーニングフェーズ中に、知られている光信号を、光伝送経路全体を介して伝送することができ、光学的処理ユニット５０３、５０４のパラメータを、受信器（光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０の下流）での誤り基準またはひずみ基準が最小にされるように適合させることができる。その代わりにまたはそれに加えて、パラメータを、光伝送経路全体の変化に連続的に適合させる（たとえば、適当な誤り基準またはひずみ基準に関連する定数剰余アルゴリズム（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｍｏｄｕｌｏ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ、ＣＭＡ）を使用して）ことができる。
【0034】
理論的な観点から、諸実施形態では、光ＭＩＭＯフィルタ５００、５２０と組み合わされた空間サンプラ３００、４００の使用は、次の態様に頼る。空間サンプラ３００、４００は、その出力（すなわち、図３ｂのＰＢＳ ３０３の入力）で基本（ＬＰ０１）モードを提供する。増加するパッチ数Ｍに伴って、結合されたパッチ導波路のＭ個の固有ベクトルの最小のＮ個は、ＭＭＦのＮ個の空間モードに収束する。言い替えると、ファイバの各ＬＰモードは、支配的に、結合されたパッチの対応するモードにのみ結合する。さらに、ＭＩＭＯフィルタＨ（ＨｘおよびＨｙ）５００、５２０は、Ｍ個の入力を有するが出力の（等しいまたは減らされた）個数Ｎを有するＭＩＭＯ全域通過である。フィルタＨ（ＨｘおよびＨｙ）５００、５２０は、その空間的にサンプリングされた光信号がＭ個のパッチ導波路５０５内で搬送されるＭＭＦのＮ個のモードの各モードを出力導波路５０６のうちの特定の１つに変換するように（「内部的に」）構成される。しかし、ＭＭＦのＬＰモードと同一のモードプロファイルを有するモードだけが、パッチで励起されるので、Ｎ個の出力だけが使用される。さらに、内部伝達行列Ｈは、Ｋ個の伝達関数Ｔｉ、ｉ＝１…Ｌ（図５ではＬ＝３）によって記述されるＫ個の処理ステージ５０７のカスケードによって形成されるユニタリ（無損失）回転行列である。Ｌ個の伝達ステージ５０７のそれぞれは、パワーまたは位相を分散させることによって回転を実行する。このために、伝達ステージ５０７は、１つまたは複数の光学的処理ユニット５０３、５０４を含む。上で示したように、光学的処理ユニット５０３、５０４は、分数（パワー）結合比（ｔａｎ（θ））２を有するカプラ５０４または位相φの位相シフトを施す移相器５０３とすることができる。全ＭＩＭＯフィルタ伝達関数Ｈは、Ｌ個のステージの伝達関数をカスケードすることによって入手される、すなわち、Ｈ＝ＴＬ ＴＬ−１ ＴＬ−２…Ｔ１である。カスケードされたステージ５０７の個数Ｌは、要求されるユニタリ変換を実行するのに十分でなければならず、通常は数値的に決定され得る。処理ユニットの微調整（たとえば、熱光学移相器を使用する）は、限られた個数のパッチへおよびＮ個の出力ポート５０６の間の最大消衰への調節を可能にすることができる。
【0035】
次では、本文書で説明される空間モードマルチプレクサ（または、逆に空間モードデマルチプレクサ）を、さらに詳細に分析する。空間モードマルチプレクサ（ＳＭＭｕｘ）の基本的な機能性は、その振幅が２Ｎ次元複素振幅ベクトル
【0036】
【数1】
【0037】
【数2】
【0038】
【数3】
【0039】
【数4】
【0040】
【数5】
【0041】
以下では、ＭＭＦのモードが、ＭＭＦの断面（または端面）にまたがるＭ個の光パッチＰ１，…，ＰＭによって構成されるフェーズアレイ（ｐｈａｓｅ−ａｒｒａｙ）タイプの空間場シンセサイザ（ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｅｌｄ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）によって励起されると仮定する。各パッチは、２つの直交偏光状態（ＳＯＰ）ｘおよびｙにある２つの入力信号の対（Ｂ１ｘ，Ｂ１ｙ），…，（ＢＭｘ，ＢＭｙ）を、各パッチの出力ファセットの励振場ｅ１，…，ｅＭに変換する。以下の分析では、ｅｉの場分布ｆｉ（ｉ＝１，…，Ｍ）は、パッチ出力のコア直径２ｒを有するＬＰ０１モードのガウス関数であると仮定する。各パッチは、ｘ偏光およびｙ偏光の成分ｅｉ＝（Ｂｉｘｆｉ，Ｂｉｙｆｉ）（ｉ＝１…Ｍ）を有するベクトル場ｅｉ＝（ｅｉｘ，ｅｉｙ）を生成する。便宜上、すべてのパッチへの入力信号を、励起振幅ベクトル
【0042】
【数6】
【0043】
【数7】
【0044】
パッチの励起振幅
【0045】
【数8】
【0046】
【数9】
【0047】
【数10】
【0048】
【数11】
【0049】
【数12】
【0050】
【数13】
【0051】
【数14】
【0052】
パッチの個数Ｍの増加に伴って、全パッチ場は、ＬＰモード場ｅＬＰＮ，ｐｏｌをよりよく近似することができ、その結果として、結合損失ならびに他のモードへのクロスカップリングを、原理的には０まで減らすことができる。結合行列Ｋの各列を、ＭＭＦの断面にわたるＬＰモード場のサンプルのベクトルと考えることができるので、パッチの増加する個数Ｍは、結合行列Ｋの異なる列ベクトルＫｉ（ｉ＝１，…，２Ｎ）が、異なるＬＰモードを表し、したがって、異なるＫｉが、ますます直交になる、すなわち、Ｋｉ・（Ｋｊ）＊が、Ｍの増加に伴ってｉ≠ｊについて０に収束することを暗示する。
【0053】
上記を考慮すると、適当なＳＭＭｕｘの設計は、２つの課題に分割される。第１のステップでは、振幅ＡＣｈ１ｘ，ＡＣｈ１ｙ，…，ＡＣｈＮｘ，ＡＣｈＮｙを有する２Ｎ個の信号すなわち２Ｎ個のベクトル（ＡＣｈ１ｘ，０，…，０，０）Ｔ，（０，ＡＣｈ１ｙ，…，０，０）Ｔ，（０，０，…，ＡＣｈＮｘ，０）Ｔ，（０，０，…，０，ＡＣｈＮｙ）Ｔを、伝達行列Ｈを使用して理論的には損失なしで２Ｎ個の直交ベクトル
【0054】
【数15】
【0055】
以下では、３つの入力信号５０２を、それぞれ各入力信号についてｆｅｗ−ｍｏｄｅ ＭＭＦのＮ＝３個の異なる空間ＬＰモード（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ）を励起するフェーズドアレイパッチ刺激の３つの異なるセット
【0056】
【数16】
【0057】
【数17】
【0058】
【数18】
【0059】
図６に示された多重分離フィルタ６００の例の設計は、少なくともモード場区域にわたる空間サンプリングの粒度が十分に微細である場合すなわち、Ｍが十分に大きい場合に、異なる直交ＬＰモードの空間サンプル
【0060】
【数19】
【0061】
【数20】
【0062】
【数21】
【0064】
【数23】
【0065】
【数24】
【0066】
【数25】
【0067】
【数26】
【0068】
【数27】
【0069】
【数28】
【0070】
【数29】
【0071】
【数30】
【0072】
【数31】
【0073】
【数32】
【0074】
以下では、ユニタリ伝達特性を有するＭＩＭＯフィルタ導波路構造６００は、図７ａ、図７ｂに示されているように、角度θによって定義される結合比を有する実数値の２ｘ２カプラ７００を使用することによって導出される。図７ａに、実数値のカプラ７００を示す。実数値のカプラ７００は、伝達関数として実数値の回転行列Ｒ（θ）を有し、±π／２の光移相器７０１と（ｓｉｎθ）２／（ｃｏｓθ）２＝（ｔａｎθ）２のパワー結合比（ｐｏｗｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ）を有する方向性カプラ７０２とからなるものとすることができる。導波カプラ７０２は、複素伝達行列
【0075】
【数33】
【0076】
【数34】
【0077】
各カプラは、２つの隣接する入力信号を処理する。４入力の場合には、図６で使用されている２つのカプラのスタック６０５によって示されるように、２つのカプラが並列に動作することができる。２つのカプラのスタック６０５は、２つの位相値θ１およびθ２に依存する、サイズ４ｘ４の伝達行列
【0078】
【数35】
【0079】
【数36】
【0080】
【数37】
【0081】
一般に、ユニタリＭｘＭ行列ＧにつながるＭＩＭＯフィルタ６００は、ＭｘＭ ＭＩＭＯ全域通過フィルタと呼ばれる場合があるが、導波路交差（Ｓ（ｍ，ｎ））、移相器（Ｆ（φｉ））、およびカプラ（Ｃ（θｉ））の連結によって形成される。この３つの基本的な処理要素の連結は、全伝達関数Ｔ＝Ｃ・Ｆ・Ｓを有する処理セグメントと定義され得る。そのような処理セグメントのＭ−１個までの連結が、通常、最も外側の導波路（１およびＭ）が干渉する可能性があることを保証するのに必要である。したがって、Ｇは、Ｍ−１個（または、Ｍ＝４およびＭ＝９を有する次の例によって実証されるように、Ｍ−１個未満）の処理セグメントの左乗法の積になる。
【0082】
【数38】
【0083】
【数39】
【0084】
この組織的手順を、図６に示されているように、Ｎ＝３個のＬＰモードの例について示す。
【0085】
・第１の処理セグメントＴ１（符号６１１）への入力で、各モードは、各パッチ内の波を励起する、すなわち、３つのベクトル
【0086】
【数40】
【0087】
・ベクトル
【0088】
【数41】
【0089】
・左の２つのカプラの上側カプラは、その上側出力ポートにＬＰ０１信号を集めなければならず、下側カプラは、その下側出力ポートにＬＰ１１ｂ信号を集めなければならない。２つのそれぞれのＬＰモード信号の２つの入力振幅の比率は、１および−１であり、回転角度はθ１＝θ２＝π／４となる、すなわち、カプラは、１：１カプラ（実数値の３−ｄＢカプラ）になる。
【0090】
・処理セグメントＴ２（符号６１２）では、サンプルベクトル
【0091】
【数42】
【0092】
・３つすべての入力刺激に関するＴ１の出力信号は、実数値で、したがって、位相回転が必要であり、Ｆ２は単位行列Ｉ４である。
【0093】
・処理セグメントＴ２の２つのカプラは、図６のＭＩＭＯ全域通過フィルタの右側部分に示されているように、並列に動作する。モードＬＰ０１が、右上カプラの入力ポートに、同一の振幅を伴い、位相差なしで現れる。θ１＝π／４なので、上側出力ポート６２１でのこれらの入力信号の建設的干渉およびこのカプラの下側出力ポート６２２では０干渉となる。この角度では、対応する入力振幅がπの位相差を示すので、ＬＰ１１ａモードの信号は、上側カプラの下側出力ポート６２２に完全に転送される。
【0094】
・右下カプラの仕事は、πの位相差を示すＬＰ１１ｂモードの２つの等しい振幅の信号を転送することである。やはり、このθ２＝π／４は、下側出力ポート６２４で光を集める１：１カプラによって達成される。光は、上側出力ポート６２３に供給されない。
【0095】
図６のＭＩＭＯ全域通過導波路構造は、単一の偏光処理についてＭ＝４個のパッチからＬ＝３個のＬＰモードへの（およびその逆の）変換に合わせて調整される。図８では、ＬＰモードの両方の偏光ｘおよびｙが伝送チャネルとして活用されるＳＭＭｕｘ ８００が示されている。これは、単一偏光送信器信号Ｃｈ１ｘ…Ｃｈ３ｘが、それぞれｘ偏光を有するモードＬＰ０１ｘ、ＬＰ１１ａｘ、およびＬＰ１１ｂｘを励起しなければならず、送信器信号Ｃｈ１ｙ…Ｃｈ３ｙが、パッチの同一のセットによってｙ偏光を有するモードＬＰ０１ｙ、ＬＰ１１ａｙ、およびＬＰ１１ｂｙにマッピングされなければならないことを意味する。２つの（同一の）光ＭＩＭＯ全域通過フィルタ８０１、８０２は、ｘ偏光およびｙ偏光のための２つの独立の励起信号を生成する。この２つの全域通過出力信号ベクトル
【0096】
【数43】
【0097】
【数44】
【0098】
２つの偏光ｘおよびｙを処理する代替案９００を、図９に示し、ここで、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ９０１は、ｘ偏光およびｙ偏光について、同一の信号処理を実行する、すなわち、同一の伝達関数Ｈを示す。これは、偏光マルチプレクサＰｏｌＭ１…ＰｏｌＭ４ ３０３によって単一の偏光送信器信号を第１の偏光多重化することと、その後に全域通過フィルタ９０１を適用することとを可能にする。
【0099】
以下では、５つのＬＰモードに関する光ＭＩＭＯ全域通過フィルタのさらなる例を説明する。５つのＬＰモードの場合に、５つの最低次の空間ＬＰモードは、３つの前述のモードＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、およびＬＰ１１ｂと、ＬＰ１２ａおよびＬＰ１２ｂとである。対応するモード場ｅＬＰｐｑを、図１０の最上部に示す。図３ａの空間サンプラ３００のＭ＝４個のパッチによって提供される空間サンプルは、損失なしにＬＰ１２ａモードおよびＬＰ１２ｂモードを多重分離するのに十分な情報を含まない。したがって、パッチの個数は、図１０の左部分に示された幾何学的配置１０３０で、Ｍ＝４からＭ＝９に増やされる。Ｍ＝９個より少数のパッチは、Ｎ＝５個のノードの多重分離を可能にしなければならない。しかし、外側の円の８個のパッチ（Ｐ２…Ｐ９）は、ＬＰモードと同一の方位対称を示す。これが、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ構造を単純化する。したがって、空間サンプラの（すなわち、空間サンプラのパッチの）幾何形状が、サンプリングされるモードの空間場の幾何形状に整列されることが有益である可能性がある。５つの空間サンプル列ベクトル
【0100】
【数45】
【0101】
【数46】
【0102】
【数47】
【0103】
【数48】
【0104】
図１０の右側部分には、対応するＭＩＭＯ全域通過フィルタの導波路構造が示されている。このＭＩＭＯフィルタ１０４０は、Ｎ＝５個の直交サンプルベクトル
【0105】
【数49】
【0106】
以下では、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ設計およびパッチ最適化に使用されるモード場サンプルに関する態様を説明する。上の例では、無損失光ＭＩＭＯ全域通過フィルタの設計に関して、Ｎ個の空間モードのサンプル
【0107】
【数50】
【0108】
【数51】
【0109】
したがって、ＭＩＭＯフィルタ設計に関して、並列に動作するＭ個の同一の単一モード導波路を含み、パッチの配置に対応する幾何学的方位を有する結合された導波路構造の、しばしばスーパーモードと呼ばれる、モードの固有ベクトルであるモードサンプルＢ１…ＢＭを使用することができる。したがって、図６の配置のサンプルベクトル
【0110】
【数52】
【0111】
【数53】
【0112】
【数54】
【0113】
Ｍ＝９個のパッチの場合についてこの手順にしかるべく従うと、
【0114】
【数55】
【0115】
【数56】
【0116】
図１１ａおよび図１１ｂに、異なるタイプの空間サンプラとのＭＩＭＯ全域通過フィルタの組合せを示す。図１１ａでは、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１１０１が、フィルタ１１０１から来る光をＭＭＦ ３０１に結合するのに、またはＭＭＦ ３０１から来る光をサンプリングし、サンプリングされた光をフィルタ１１０１に渡すのに、垂直格子を利用する空間サンプラ１１０２と組み合わせて図示されている。図１１ｂは、図３ａの空間サンプラ３０２と組み合わせてフィルタ１１０１を示す。
【0117】
光ＭＩＭＯ全域通過フィルタを、ＭＭＦに光を結合するかＭＭＦから光を抽出するために、融着ファイバまたは融着導波路（たとえば図２および図１６に示された）の配置と組み合わせることもできることに留意されたい。結合行列Ｋが知られている場合には、光ＭＩＭＯ全域通過フィルタの伝達行列Ｈは、Ｋ・ＨがＩ２Ｎを近似するように決定されてもよい。たとえば、融着ファイバカプラの結合行列Ｋを、引用により組み込まれているＨ．Ｂｕｅｌｏｗ他、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｆｉｂｅｒ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＥＣＯＣ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（２０１１年）に記載されているように導出されてもよい。
【0118】
したがって、ＭＭＦの１つまたは複数の光モードの複数の空間サンプルの光パワーを、対応する１つまたは複数の単一モード導波路（光モードごとに１つの単一モード導波路）へおよびその逆に集中させるＭＩＭＯ全域通過フィルタが提供され得る。光ＭＩＭＯ全域通過フィルタは、モードスプリッタ／コンバイナを形成するために空間サンプラに関連して使用されてもよい。モードスプリッタ／コンバイナ（および、特にＭＩＭＯ全域通過フィルタ）は、ＰＩＣ集積に適する。さらに、説明されるモードスプリッタ／コンバイナは、図６および図１０によって示されるように、より多数Ｎ個の光モードに簡単にスケーリング可能である。さらに、説明されるモードスプリッタ／コンバイナは、パワー分割損失を示さず、全処理損失を、増加するパッチ数を用いて、すなわち、空間サンプラの増加する分解能を用いて、最小化することができる。ＭＩＭＯ全域通過フィルタによって実行される光信号処理を考慮すると、モードスプリッタ／コンバイナは、電子ＤＳＰ ＭＩＭＯ処理を使用するモード多重分離に基づく解決策と比較して、より少ない電力消費を示す。
【0119】
上で説明したモードスプリッタ／コンバイナは、空間モードアドドロップマルチプレクサを作るために使用され得る。空間モードアドドロップマルチプレクサ１２００の例を、図１２に示す。モードスプリッタ／コンバイナ１２０１、１２０２は、異なる空間モードがアドドロップマルチプレクサ（ＡＤＭ）１２００内の単一モード導波路上で提供されるように、ＡＤＭ １２００の入力／出力で使用される。したがって、個々のモードを、対応する単一モード導波路上で操作する（たとえば、光スイッチ１２０２を使用してドロップまたは追加する）ことができる。
【0120】
上で説明したモードスプリッタ／コンバイナの文脈では、光ＭＩＭＯ全域通過フィルタは、空間サンプルのパワーを特定の単一モード導波路にまたはその逆に集中させるために、主に、固定されたまたはプリセットされた光学的処理コンポーネントを含んだ。以下では、可変光学的処理パラメータを使用する光ＭＩＭＯフィルタの例を説明する。そのような適応光ＭＩＭＯフィルタが、光領域で光マルチモード伝送システムのモード多重分離および／またはチャネル等化を実行するために使用されてもよい。
【0121】
導入セクションで既に概要を示したように、光ファイバを介して（所与のスペクトル内で）トランスポートされる容量（ビット毎秒）は、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）を使用することと、ＭＭＦの異なる空間モード（および偏光モード）を介して異なるデータチャネルをトランスポートすることとによって高めることができる。無線システムまたは有線システムのＭＩＭＯ伝送に似て、オリジナルデータチャネルが、すべての受信器信号の合同ディジタル信号処理（ＤＳＰ）によって、Ｎ個のコヒーレントな受信器（たとえば、単一搬送波または光ＯＦＤＭ）によって検出されたすべての信号の混合物から分離され得る（たとえば、引用により組み込まれている、Ａ．Ｔａｒｉｇｈａｔ他、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ａｎｄ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｌｉｎｋｓ」、ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｇ．、２００７年５月、１−８頁を参照されたい）。上で言及した参考文献に示されたシステムセットアップは、伝送品質すなわち、特定のＯＳＮＲを条件としてすべてのチャネルを介してトランスポートできるビットレートが、ファイバの曲げに起因するモードの間の結合と共に、異なる空間ＭＭＦモードの位相ドリフトに起因して統計的に変化する可能性があるという短所を示す。受信器側では、送信されたチャネルの安定した多重分離は、通常、ファイバおよび入出力カプラに沿ったモード結合が電子ＭＩＭＯ処理によって取り消される場合に限って可能である。
【0122】
図１３に、ＭＭＦ ３０２を介して同一波長の複数のデータチャネルを伝送するコヒーレント光伝送システム１３００の例を示す。受信器内のＭＩＭＯ信号処理１３０１は、ファイバに励振される異なるデータ信号の分離を可能にする。これらの光ＭＭＦ伝送システム１３００は、通常、図１３ではＭＩＭＯ信号処理ユニット１３０１として参照されるディジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニット内でのすべてのチャネルの信号サンプルの同時処理に基づく。一般に、より高次元のバタフライＦＩＲフィルタが、ＤＳＰユニット内で実現される。これは、ＤＳＰ内の各ディジタル化された信号サンプルの複雑で電力を消費する処理をもたらす。適度に複雑なシステム（たとえば、ｆｅｗ ｍｏｄｅファイバすなわちＦＭＦ）について、処理労力の削減は、入力カプラおよび出力カプラとしてのモードスプリッタ（たとえば、モードスプリッタ／コンバイナが、図１および２に記載されている）の使用によって達成され得る。モードスプリッタは、各送信器ピグテールまたは各受信器ピグテールをＭＭＦ ３０１の１つのモードに接続する。上で示したように、図１のモードスプリッタは、出力のそれぞれの、比較的多い損失を示すマルチモードパワーディバイダおよびさまざまなモード変換器（たとえば、位相ホログラム）に基づく。その一方で、図２および１６に示された融着ファイバ単一モード−マルチモードカプラは、少ない損失を示すが、ＤＳＰ処理を必要とする可能性がある強いモード結合を示す（たとえば、上で言及した参考文献、Ｈ．Ｂｕｅｌｏｗ他、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｆｉｂｅｒ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＥＣＯＣ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（２０１１年）で示されるように。
【0123】
ＭＩＭＯ処理ＤＳＰ内ですべてのコヒーレント受信器サンプルのディジタル処理を適用する（図１３に示されているように）のではなく、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１４０３を形成する一体化された光導波路構造内で、コヒーレント受信器１４０４による検出の前に、モードスプリッタまたはモードカプラの出力で光信号を処理することを提案する。これを、図１４の配置１４００によって示す。ＭＭＦ ３０１出力の空間モードスプリッタ１４０１および偏光モードスプリッタ１４０２の出力で、調整可能な移相器５０３および調整可能なカプラ５０４のカスケードが、光ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１４０３を形成する。調整可能なカプラ５０４は、調整可能な移相器および１：１カプラを含むことができる（図７ａおよび図７ｂに示されているように）。ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１４０３は、全光入力パワーおよび全光出力パワーが等しくなるように設計される。さらに、ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１４０３の伝達行列Ｈは、通常はユニタリである。
【0124】
図６および１０に示されたプリセットされたＭＩＭＯ全域通過フィルタの文脈で既に概要を示したように、移相器の調整すなわち一体化された光構造のパラメータφおよびθの調整が、モードスプリッタ１４０１から来る光の異なる組合せを異なる受信器１４０４に向けるために使用され得る。具体的には、各送信器信号が、別の受信器１４０４にトランスポートされてもよい。ＸおよびＹの送信器偏光は、それぞれの出力ポートに多重分離されてもよい。光全域通過フィルタ１４０３の出力では、受信器バンク１４０４（Ｒｘ）が、モード多重分離され偏光多重分離された信号を検出することができる。
【0125】
全域通過フィルタパラメータ（φおよびθ）の個数は、全域通過フィルタ１４０３の伝達行列がユニタリなので、通常は最小限である。したがって、電子（または光）ＭＩＭＯバタフライＦＩＲと比較して、適合させなければいけないパラメタはより少ない。
【0126】
パラメータは、制御ユニット（図示せず）によって実際の伝送経路条件に適合され得る。第１のステップでは、フィルタパラメータのプリセッティングが、トレーニングシーケンスによって達成され得る。変化するチャネル条件へのさらなる適合またはトラッキングが、チャネルの間の相関を最小にすることによって実行され得る。たとえば、誤り基準を定義することができ、誤り基準は、受信器１４０４でのチャネルの間の相関を示す。たとえば勾配降下法を使用して、フィルタパラメータは、誤り基準を減らすために、すなわち、受信器１４０４でのチャネルの間の相関を減らすために調整され得る。
【0127】
言い替えると、制御ユニットは、測定されたチャネル伝達行列（たとえば、トレーニングシーケンスに依存する）から開始することができ、チャネル伝達行列の逆行列である（できる限り近い）全域通過伝達行列を数値計算することによって、全域通過伝達行列を調整することができる。微調整およびトラッキングが、オプションで、存在する信号サンプルを使用して計算される相関を最小にすることによって、実行され得る。伝達行列の更新レートは、信号のシンボルーレートよりも（大幅に、たとえば１桁）小さくすることができる。
【0128】
図１４の例の全域通過フィルタ１４０３では、複数の空間モードを含む光学的処理は、通常はＭＭＦ ３０１に沿ったクロスカップリングから損害を受ける空間モードに制限される（たとえば、同一の位相定数を有する縮退モードであるＬＰ１１ａおよびＬＰ１１ｂ）。図１５に、空間モードのすべての可能な組合せの間の光学的処理を可能にする光ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１５０３を示す。言い替えると、光ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１５０３は、Ｎ＝３個の空間モードのすべての間の相互作用を可能にする光ＭＩＭＯ全域通過フィルタの包括的な例である。図１５の配置例では、融着ファイバカプラ１５０１が、ＭＭＦ ３０１からＭＩＭＯ全域通過フィルタ１５０３へ（またはその逆）光を向けるのに使用される。融着ファイバモードスプリッタ１５０１は、無損失であるが、通常は、非縮退モードの間の結合を導入する。したがって、フィルタ１５０３での光学的処理は、ファイバのすべてのモードに拡張される。ＭＩＭＯ全域通過フィルタ１５０３は、Ｎ＝３個の空間モードを多重分離すると同時にチャネルの間の相関を減らし、これによって、光伝送システムのチャネル伝達行列の逆行列を近似するために使用され得る。これは、適応可能なＭＩＭＯ全域通過フィルタ１５０３を、図６および図１０の文脈で概要を示したモード分割／組合せならびにチャネル等化に使用できることを意味する。
【0129】
図１６に、７つのモード用の例の融着ファイバカプラ１６００を示す（側面図および正面図）。そのような例の融着ファイバカプラ１６００は、引用により組み込まれているＮｏｏｒｄｅｇｒａａｆ他、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｉｓｓｕｅ ３、１９８８−１９９４頁、２００９年および上で言及した参考文献、Ｈ．Ｂｕｅｌｏｗ他、「Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ−Ｆｉｂｅｒ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｓｐａｔｉａｌ Ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＥＣＯＣ、Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ（２０１１年）に記載されている。
【0130】
差動モード遅延、ＰＭＤ（偏波モード分散、またはＧＶＤ（群速度分散）が無視できなくなるか、コヒーレント受信器内で独立に補償することができない場合に、光遅延ステージ（シンボル期間の約半分以下）が必要になる場合があることに留意されたい。その代わりに、より強いひずみについて、光スライスフィルタが、信号を複数のスペクトルスライスに分解することができる。次に、信号のこれらのスライスを、光ＭＩＭＯ全域通過フィルタによって独立に処理することができ、その後、反対方向で動作する第２のスライスフィルタが、独立に処理されたスライスから等化された信号を再構成することを可能にする。
【0131】
図１７に、偏光多重分離および／またはチャネル等化用の適応光全域通過フィルタ１７０２を含む光受信器１７００のブロック図の例を示す。ＭＭＦは、空間モードデマルチプレクサ／マルチプレクサ１７０１にリンクされる。そのような空間モードデマルチプレクサ／マルチプレクサ１７０１は、融着ファイバとして（たとえば、図１６を参照されたい）、たとえば図１および２に示されたモードスプリッタ／コンバイナとして、またはたとえば図１１ａおよび図１１ｂに示された（固定された）光全域通過フィルタを含むモードスプリッタ／コンバイナとして、実現され得る。空間モードデマルチプレクサ／マルチプレクサ１７０１は、対応する複数の単一モード導波路上の複数の単一モード光信号を提供する。ＭＭＦのＮ個の空間モードに対応するＮ個のチャネルの場合に、空間モードデマルチプレクサ／マルチプレクサ１７０１は、対応するＮ個の単一モード導波路上にＮ個の光信号を提供しなければならない。
【0132】
Ｎ個の光信号は、最初に送信されたＮ個の入力信号をＮ個の光信号から多重分離するために、適応光学フィルタ１７０２内で処理される。このために、適応光学フィルタ１７０２は、光マルチモード伝送システムの伝達関数の逆関数をモデル化しなければならない。これは、光学フィルタ１７０２のパラメータ（すなわち、移相器およびカプラの角度φおよびθ）が、それに従ってセットされなければならないことを意味する。これは、Ｎ個の受信された信号に基づいて光学フィルタ１７０２の適当なパラメータを決定する制御ユニット１７０３によって行われ得る。具体的には、フィルタ１７０２のＮ個の出力導波路は、Ｎ個の対応する光受信器にリンクされ、これによって、Ｎ個の受信された信号（電気領域、おそらくはディジタル領域の）を提供することができる。これらの受信された信号は、光学フィルタ１７０２の適当なパラメータを決定するために処理され得る。たとえば、Ｎ個の受信された信号は、知られているトレーニングシーケンスに応答して受信された信号に対応することができ、これによって、制御ユニット１７０３がＮ個の光信号の間の相関を減らす光学フィルタ１７０２のパラメータを決定することを可能にする。その代わりにまたはそれに加えて、パラメータは、Ｎ個の受信された信号（電気領域および／またはディジタル領域の）から決定された誤り基準の連続的なトラッキングに従って連続的に適合され得る。これは、Ｎ個の光信号が光領域で処理される（すなわち、多重分離および／またはチャネル等化が光領域で実行される）が、その処理を行うための適当なパラメータは、受信された信号（電気／ディジタル領域の）から決定されることを意味する。
【0133】
本文書では、ＭＭＦ上のＭＤＭを可能にするために光学的処理に使用できる光ＭＩＭＯフィルタを説明した。具体的には、光ＭＩＭＯフィルタは、効率的な空間モードスプリッタ／コンバイナを実現するために使用され得る。さらに、光ＭＩＭＯフィルタは、チャネル等化を光領域で直接に実行するために使用され得る。その結果、ＭＩＭＯ処理が、電力効率のよい形で実行され得る。言い替えると、光ＭＩＭＯフィルタの使用は、電力を消費する電子ＤＳＰ処理の大幅な削減につながる。さらに、光ＭＩＭＯフィルタの使用は、ＤＳＰ処理労力を増やさずに、モードスプリッタの光学経路損を回避することを可能にする。
【0134】
この説明および図面が、単に提案される方法およびシステムの原理を例示するものであることに留意されたい。したがって、当業者が、本明細書で明示的に説明されずまたは図示されないが、本発明の原理を実施し、本発明の趣旨および範囲に含まれるさまざまな配置を考案できることを了解されたい。さらに、本明細書で列挙されたすべての例は、主に、当技術を促進するために本発明人によって貢献される提案される方法およびシステムならびに概念の原理を読者が理解するのを助ける教育的目的のみのためのものであることが特に意図され、そのような具体的に列挙された例および条件への限定を伴わないものとして解釈されなければならない。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態ならびに本発明の特定の例を列挙する本明細書のすべての言説は、その同等物を包含することが意図されている。