特許 5995296 光受信装置、マルチコア光ファイバ及び光伝送システム

(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】5995296

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】光受信装置、マルチコア光ファイバ及び光伝送システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2507 20130101AFI20160908BHJP

   H04J 14/00 20060101ALI20160908BHJP

   H04J 14/04 20060101ALI20160908BHJP

   H04J 14/06 20060101ALI20160908BHJP

   G02B 6/02 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   H04B9/00 251

   H04B9/00 F

   G02B6/02 461

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-78930(P2015-78930)

(22)【出願日】2015年4月8日

(62)【分割の表示】特願2011-230380(P2011-230380)の分割

【原出願日】2011年10月20日

(65)【公開番号】特開2015-159584(P2015-159584A)

(43)【公開日】2015年9月3日

【審査請求日】2015年4月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】高良 秀彦

(72)【発明者】

【氏名】久保田 寛和

(72)【発明者】

【氏名】盛岡 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 扇太

【審査官】 後澤 瑞征

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１０／０３８８６３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／００４８３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０８２６５６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ１０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ１４／００−１４／０８

Ｇ０２Ｂ ６／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のコアを１つのグループにまとめたコアグループ部を複数備え、前記コアグループ部の間のクロストークを遮断されたマルチコア光ファイバを接続され、前記マルチコア光ファイバからチャネル信号を受信するチャネル信号受信部と、
前記コアグループ部毎の前記チャネル信号の間のクロストーク量を非対角要素として含む前記コアグループ部毎の前記チャネル信号についてのチャネル行列、及び前記チャネル信号受信部が受信した前記チャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置が送信した前記チャネル信号の電界または強度を演算するチャネル信号演算部と、
を備え、
前記チャネル行列は、最近接するコアの間については前記非対角要素が有限値であり、最近接しないコアの間については前記非対角要素が０であることを特徴とする光受信装置。

【請求項2】

複数のコアを１つのグループにまとめた複数のコアグループ部、並びに、前記コアグループ部の間を他のコアを介することなく引き離すことにより、前記コアグループ部の間のクロストークを遮断するクロストーク遮断部を備えるマルチコア光ファイバと、
請求項１に記載の光受信装置と、
を備えることを特徴とする光伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

光伝送システムの大容量化を目指して、シングルコア光ファイバを用いた光伝送システムが研究されているのみならず、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムが研究されている。マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムでは、コアの間のクロストークが存在するが、コアの間のクロストークを低減する必要がある。

【0003】

従来の第１の光伝送システムの構成を図１に示す（非特許文献１を参照）。光伝送システムは、送信から受信までの順序で、信号１、・・・、ｎを入力して送信する光送信装置１１、複数の送信信号を結合する結合器１２、マルチコア光ファイバ１３、複数の受信信号を分離する分離器１４及び信号１’、・・・、ｎ’を受信して出力する光受信装置１５から構成される。光受信装置１５は、光信号を電気信号に変換する光電変換部１５１及び偏波分離や分散補償などの信号処理を行なう信号処理部１５２から構成される。信号処理部１５２は、必要がなければ構成から除外してもよい。コア数が増えるほど又は伝送距離が伸びるほど、コアの間のクロストークが増大するため、コア数が制限され又は伝送距離がシングルコア光ファイバを用いた光伝送システムと比べて制限される。

【0004】

一方、コア間クロストークの小さいトレンチ構造を有するマルチコア光ファイバの研究開発が進められている（非特許文献２を参照）。また、従来の第２の光伝送システムの構成を図２に示す（非特許文献３を参照）。光伝送システムは、送信から受信までの順序で、信号１、・・・、ｎを入力して送信する光送信装置１１、複数の送信信号を結合する結合器１２、マルチコア光ファイバ１３、複数の受信信号を分離する分離器１４及び信号１’、・・・、ｎ’を受信して出力する光受信装置１５から構成される。光受信装置１５は、光信号を電気信号に変換する光電変換部１５１、クロストーク除去部１５３及び偏波分離や分散補償などの信号処理を行なう信号処理部１５２から構成される。信号処理部１５２は、必要がなければ構成から除外してもよい。

【0005】

クロストーク除去部１５３は、複数の入力信号を処理して複数の出力信号を生成するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）技術を用いて、コアの間のクロストークを除去する（非特許文献４を参照）。マルチコア光ファイバ１３がｎ個のコアを有するならば、複数の入力信号及び複数の出力信号はｎ次のチャネル行列で関連付けられる。つまり、複数の出力信号を示す列ベクトルは、複数の入力信号を示す列ベクトルにｎ次のチャネル行列を乗算したものとなる。よって、複数の入力信号を示す列ベクトルは、複数の出力信号を示す列ベクトルにｎ次のチャネル行列の逆行列を乗算したものとなる。このように、ｎ次のチャネル行列が分かれば、複数の出力信号に基づいて、複数の入力信号が分かり、コアの間のクロストークを除去することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｂ．Ｚｈｕ，ｅｔ ａｌ．，“Ｓｅｖｅｎ−ｃｏｒｅ ｍｕｌｔｉｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｏｒ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ”，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１１１１７−１１１２２，２０１０．

【非特許文献2】Ｔ．Ｈａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｕｌｔｒａ−ｌｏｗ−ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｍｕｌｔｉ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｔｏ ｕｌｔｒａ−ｌｏｎｇ−ｈａｕｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ”，ＯＳＡ／ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２０１１，ＰＤＰＣ２，２０１１．

【非特許文献3】Ｐ．Ｊ．Ｗｉｎｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，“ＭＩＭＯ ｃａｐａｃｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｏｕｔａｇｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｉｎ ｓｐａｔｉａｌｌｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍｓ”，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１７，ｐｐ．１６６８０−１６６９６，２０１１．

【非特許文献4】大鐘武雄 他著、「わかりやすいＭＩＭＯシステム技術」、オーム社、２００９．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

コア数又はチャネル数が増大すれば、伝送容量は向上するが、クロストーク除去部１５３において、回路規模や消費電力が増大し、行列演算が複雑になる。それも、コア数又はチャネル数が増大すれば、コア数又はチャネル数の自乗に比例して、行列演算が複雑になる。例えば、チャネル行列の逆行列を求めるために、偏波多重を考慮して、コア数又はチャネル数が４であれば、（４×２）×（４×２）＝６４回の演算で済むが、コア数又はチャネル数が１２であれば、（１２×２）×（１２×２）＝５７６回の演算が要る。

【0008】

ＭＩＭＯ技術は、無線通信で開発されており、光通信で応用されている。無線通信では、環境の変化に高速に対応するため、チャネル行列を常時更新しているが、光通信では、環境の変化は少ないにも関わらず、チャネル行列を常時更新している。よって、クロストーク除去部１５３において、無駄に処理負担が増大している。

【0009】

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

複数のコアを１つのグループにまとめたコアグループ部を複数備え、コアグループ部の間のクロストークを遮断することとした。

【0011】

具体的には、本発明は、複数のコアを１つのグループにまとめたコアグループ部を複数備え、前記コアグループ部の間のクロストークを遮断されたマルチコア光ファイバを接続され、前記マルチコア光ファイバからチャネル信号を受信するチャネル信号受信部と、前記コアグループ部毎の前記チャネル信号の間のクロストーク量を非対角要素として含む前記コアグループ部毎の前記チャネル信号についてのチャネル行列、及び前記チャネル信号受信部が受信した前記チャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置が送信した前記チャネル信号の電界または強度を演算するチャネル信号演算部と、を備え、前記チャネル行列は、最近接するコアの間については前記非対角要素が有限値であり、最近接しないコアの間については前記非対角要素が０であることを特徴とする光受信装置である。

【0012】

この構成によれば、全コアをまとめてチャネル行列の演算をするのではなく、コアグループ部毎にチャネル行列の演算をするため、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することができる。

【0013】

また、本発明は、複数のコアを１つのグループにまとめた複数のコアグループ部と、前記コアグループ部の間を他のコアを介することなく引き離すことにより、前記コアグループ部の間のクロストークを遮断するクロストーク遮断部と、を備えることを特徴とするマルチコア光ファイバである。

【0014】

この構成によれば、全コアをまとめてチャネル行列の演算をするのではなく、コアグループ部毎にチャネル行列の演算をするため、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することができる。

【0015】

また、本発明は、前記クロストーク遮断部の屈折率は、前記コアの周囲に位置するクラッドの屈折率より小さいことを特徴とするマルチコア光ファイバである。

【0016】

この構成によれば、チャネル信号の間のクロストーク量のうち、０としたい部分について、より確実に０とすることができるため、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担をさらに低減することができる。

【0017】

また、本発明は、上記の光受信装置と、上記のマルチコア光ファイバと、を備えることを特徴とする光伝送システムである。

【発明の効果】

【0018】

本発明は、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】従来の第１の光伝送システムの構成を示す図である。

【図2】従来の第２の光伝送システムの構成を示す図である。

【図3】実施形態１の光伝送システムの構成を示す図である。

【図4】実施形態１のマルチコア光ファイバの断面を示す図である。

【図5】実施形態１のマルチコア光ファイバの断面を示す図である。

【図6】実施形態１のマルチコア光ファイバの断面を示す図である。

【図7】実施形態２の光伝送システムの構成を示す図である。

【図8】実施形態２のマルチコア光ファイバの断面を示す図である。

【図9】実施形態２のマルチコア光ファイバの断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

添付の図面を参照して本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発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

【0021】

（実施形態１）
実施形態１の光伝送システムの構成を図３に示す。光伝送システムは、送信から受信までの順序で、信号１、・・・、ｎを入力して送信する光送信装置１１、複数の送信信号を結合する結合器１２、マルチコア光ファイバ１３、複数の受信信号を分離する分離器１４及び信号１’、・・・、ｎ’を受信して出力する光受信装置１５から構成される。光受信装置１５は、光電変換部１５１、クロストーク量記憶部１５４、クロストーク除去部１５３及び偏波分離や分散補償などの信号処理を行なう信号処理部１５２から構成される。信号処理部１５２は、必要がなければ構成から除外してもよい。

【0022】

光電変換部１５１は、マルチコア光ファイバ１３を接続され、マルチコア光ファイバ１３からチャネル信号を受信し、チャネル信号受信部に対応する。クロストーク量記憶部１５４は、チャネル信号の間のクロストーク量を、チャネル信号についてのチャネル行列の非対角要素として、固定して記憶している。クロストーク除去部１５３は、クロストーク量記憶部１５４が固定して記憶しているチャネル信号の間のクロストーク量を非対角要素として含むチャネル信号についてのチャネル行列、及び光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を演算し、チャネル信号演算部に対応する。

【0023】

クロストーク量記憶部１５４は、マルチコア光ファイバ１３のうちコア間のクロストークが遮断されていないコアから受信されたチャネル信号の間のクロストーク量を、チャネル信号についてのチャネル行列の有限値である非対角要素として、固定して記憶してもよい。クロストーク量記憶部１５４は、マルチコア光ファイバ１３のうちコア間のクロストークが遮断されているコアから受信されたチャネル信号の間のクロストーク量を、チャネル信号についてのチャネル行列の０である非対角要素として、固定して記憶してもよい。

【0024】

実施形態１のマルチコア光ファイバの断面を図４から図６までに示す。図４に示したマルチコア光ファイバ１３は、通常の１２芯のマルチコア光ファイバである。図５に示したマルチコア光ファイバ１３は、１２芯を有しクロストーク遮断部１３２を有するマルチコア光ファイバである。図６に示したマルチコア光ファイバ１３は、１２芯を有しクロストーク遮断部１３２に低屈折率部１３３を有するマルチコア光ファイバである。図４から図６まででは、１２芯のマルチコア光ファイバについて、本発明を適用しているが、任意の芯数のマルチコア光ファイバについて、本発明を適用してもよい。

【0025】

図４に示したマルチコア光ファイバ１３では、あるコア１３１に最近接するコア１３１は、最大で６芯である。図５に示したマルチコア光ファイバ１３では、クロストーク遮断部１３２は、コア１３１の間を他のコア１３１を介することなく引き離すことにより、コア１３１の間のクロストークを遮断し、あるコア１３１に最近接するコア１３１は、最大で３芯に留まる。図６に示したマルチコア光ファイバ１３では、低屈折率部１３３の屈折率は、コア１３１の周囲に位置するクラッドの屈折率より小さく、クロストーク遮断効果が高く、あるコア１３１に最近接するコア１３１は、最大で３芯に留まる。

【0026】

次に、クロストーク除去部１５３及びクロストーク量記憶部１５４の処理について説明する。光伝送システムの設置時点から光伝送システムの使用時点まで、環境の変化が少ないため、チャネル信号の間のクロストーク量の変化も少ない。そこで、光受信装置１５は、光伝送システムの設置時点で、チャネル信号の間のクロストーク量を測定又は計算で求めておく。そして、クロストーク量記憶部１５４は、光伝送システムの設置時点で、チャネル信号の間のクロストーク量を、チャネル信号についてのチャネル行列の非対角要素として、固定して記憶しておく。最近接するコア１３１の間については、チャネル行列の非対角要素を有限値として固定して記憶することができる。最近接しないコア１３１の間については、チャネル行列の非対角要素を０として固定して記憶することができる。チャネル行列の逆行列を計算して記憶することもできる。

【0027】

クロストーク除去部１５３は、クロストーク量記憶部１５４が固定して記憶しているチャネル信号の間のクロストーク量を非対角要素として含むチャネル信号についてのチャネル行列、及び光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を演算する。具体的には、複数の光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルは、複数の光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルに、チャネル行列を乗算したものとなる。よって、複数の光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルは、複数の光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルに、チャネル行列の逆行列を乗算したものとなる。これにより、クロストーク除去部１５３は、最近接するコア１３１の間のクロストークを除去することができる。

【0028】

以上に説明したように、チャネル信号の間のクロストーク量を、常時更新することなく固定して記憶しており、チャネル信号の間のクロストーク量を、一部のみ有限値として他の一部は０とするため、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することができる。コア数又はチャネル数が大幅に増大しても、クロストーク除去の処理負担は大幅には増大しない。

【0029】

（実施形態２）
実施形態２の光伝送システムの構成を図７に示す。光伝送システムは、送信から受信までの順序で、信号１、・・・、ｎを入力して送信する光送信装置１１、複数の送信信号を結合する結合器１２、マルチコア光ファイバ１３、複数の受信信号を分離する分離器１４及び信号１’、・・・、ｎ’を受信して出力する光受信装置１５から構成される。光受信装置１５は、光電変換部１５１、クロストーク除去部１５３及び偏波分離や分散補償などの信号処理を行なう信号処理部１５２から構成される。信号処理部１５２は、必要がなければ構成から除外してもよい。

【0030】

光電変換部１５１は、マルチコア光ファイバ１３を接続され、マルチコア光ファイバ１３からチャネル信号を受信し、チャネル信号受信部に対応する。マルチコア光ファイバ１３は、複数のコアを１つのグループにまとめたコアグループ部を複数備え、コアグループ部の間のクロストークを遮断される。クロストーク除去部１５３は、コアグループ部毎のチャネル信号についてのチャネル行列、及び光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を演算し、チャネル信号演算部に対応する。

【0031】

実施形態２のマルチコア光ファイバの断面を図８から図９までに示す。図８に示したマルチコア光ファイバ１３は、３つのコアグループ部１３４からなる１２芯を有し、クロストーク遮断部１３５を有するマルチコア光ファイバである。図９に示したマルチコア光ファイバ１３は、３つのコアグループ部１３４からなる１２芯を有し、クロストーク遮断部１３５に低屈折率部１３６を有するマルチコア光ファイバである。図８から図９まででは、１２芯のマルチコア光ファイバについて、本発明を適用しているが、任意の芯数のマルチコア光ファイバについて、本発明を適用してもよい。

【0032】

図８に示したマルチコア光ファイバ１３では、クロストーク遮断部１３５は、コアグループ部１３４の間を他のコア１３１を介することなく引き離すことにより、コアグループ部１３４の間のクロストークを遮断し、あるコア１３１に最近接するコア１３１は、最大で３芯に留まる。図９に示したマルチコア光ファイバ１３では、低屈折率部１３６の屈折率は、コア１３１の周囲に位置するクラッドの屈折率より小さく、クロストーク遮断効果が高く、あるコア１３１に最近接するコア１３１は、最大で３芯に留まる。

【0033】

次に、クロストーク除去部１５３の処理について説明する。クロストーク除去部１５３は、コアグループ部１３４毎のチャネル信号についてのチャネル行列、及び光電変換部１５１が受信したチャネル信号の電界または強度に基づいて、光送信装置１１が送信したチャネル信号の電界または強度を演算する。具体的には、複数の光電変換部１５１が受信したコアグループ部１３４毎のチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルは、複数の光送信装置１１が送信したコアグループ部１３４毎のチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルに、コアグループ部１３４毎のチャネル行列を乗算したものとなる。よって、複数の光送信装置１１が送信したコアグループ部１３４毎のチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルは、複数の光電変換部１５１が受信したコアグループ部１３４毎のチャネル信号の電界または強度を示す列ベクトルに、コアグループ部１３４毎のチャネル行列の逆行列を乗算したものとなる。これにより、クロストーク除去部１５３は、最近接するコア１３１の間のクロストークを除去することができる。

【0034】

図４に示したマルチコア光ファイバ１３を用いると、チャネル行列の逆行列を求めるために、偏波多重を考慮して、（１２×２）×（１２×２）＝５７６回の演算が要る。図８又は図９に示したマルチコア光ファイバ１３を用いると、チャネル行列の逆行列を求めるために、偏波多重を考慮して、（４×２）×（４×２）＝６４回の演算で済む。コアグループ部１３４毎のチャネル行列を、光伝送システムの設置時点で、測定又は計算で求めて固定して記憶してもよい。クロストーク除去の処理負担をさらに低減することができる。

【0035】

以上に説明したように、全コアをまとめてチャネル行列の演算をするのではなく、コアグループ部毎にチャネル行列の演算をするため、マルチコア光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、クロストーク除去の処理負担を低減することができる。コア数又はチャネル数が大幅に増大しても、クロストーク除去の処理負担は大幅には増大しない。

【産業上の利用可能性】

【0036】

本発明に係る光受信装置、マルチコア光ファイバ及び光伝送システムは、光伝送システムの大容量化を目指すにあたり、コア数又はチャネル数を増大させても、クロストーク除去の処理負担を増大させないことができる。

【符号の説明】

【0037】

１１：光送信装置
１２：結合器
１３：マルチコア光ファイバ
１４：分離器
１５：光受信装置
１３１：コア
１３２：クロストーク遮断部
１３３：低屈折率部
１３４：コアグループ部
１３５：クロストーク遮断部
１３６：低屈折率部
１５１：光電変換部
１５２：信号処理部
１５３：クロストーク除去部
１５４：クロストーク量記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】