特許 6912774 モード多重された光信号の等化装置

(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】6912774

(24)【登録日】2021年7月13日

(45)【発行日】2021年8月4日

(54)【発明の名称】モード多重された光信号の等化装置

(51)【国際特許分類】

   H04J 14/04 20060101AFI20210727BHJP

   H04B 10/2507 20130101ALI20210727BHJP

【ＦＩ】

   H04J14/04

   H04B10/2507

【請求項の数】6

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2017-167591(P2017-167591)

(22)【出願日】2017年8月31日

(65)【公開番号】特開2019-47283(P2019-47283A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2019年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】特許業務法人大塚国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(74)【代理人】

【識別番号】100134175

【弁理士】

【氏名又は名称】永川 行光

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(74)【代理人】

【識別番号】100170667

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 浩次

(72)【発明者】

【氏名】若山 雄太

(72)【発明者】

【氏名】釣谷 剛宏

(72)【発明者】

【氏名】岡本 淳

(72)【発明者】

【氏名】清水 新平

【審査官】 対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−０４４７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２８２７１７８（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 MIZUNO T. et al.，Mode Dependent Loss Equaliser and Impact of MDL on PDM-16QAM Few-mode Fibre Transmission，2015 European Conference on Optical Communication (ECOC)，IEEE，２０１５年 ９月

【文献】 WENG Y. et al.，Mode-Dependent Loss Mitigation Scheme for PDM-64QAM Few-Mode Fiber Space-Division-Multiplexing Systems via STBC-MIMO Equalizer，2017 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)，IEEE，２０１７年 ５月，JTh2A.66

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００−１４／０８

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３４

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モード多重された光信号の等化装置であって、
２次元平面の位置毎に、通過する光信号に所定量の遅延を与える第１遅延手段と、
前記第１遅延手段の下流側に設けられ、２次元平面の位置毎に、通過する光信号に所定量の減衰を与える減衰手段と、
前記減衰手段の下流側に設けられ、前記第１遅延手段が通過する光信号に与えた２次元平面の位置毎の遅延を相殺する様に、通過する光信号に２次元平面の位置毎の遅延を与える第２遅延手段と、
を備え、
前記第１遅延手段が２次元平面の位置毎に通過する光信号に与える遅延量は、前記減衰手段の入射面において、等化対象の各伝搬モードの光信号それぞれの空間分布のうち、他の伝搬モードの光信号の空間分布とは重ならない部分の面積が所定値以上となる様に決定されていることを特徴とする等化装置。

【請求項2】

第１マルチモード光ファイバから射出された光信号を平行光に変換して前記第１遅延手段に入射させる第１変換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の等化装置。

【請求項3】

前記第２遅延手段を通過した光信号が、第２マルチモード光ファイバに入射する様に集光する集光手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の等化装置。

【請求項4】

前記第１遅延手段と前記減衰手段の間に設けられ、前記第１遅延手段を通過した光信号を平行光に変換する第２変換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の等化装置。

【請求項5】

前記減衰手段と前記第２遅延手段との間に設けられ、前記第２変換手段と同じ光学的特性を有する第３変換手段をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の等化装置。

【請求項6】

前記第１遅延手段が２次元平面の位置毎に通過する光信号に与える遅延量は、等化対象の各伝搬モードの光信号の位相、強度、又は、位相と強度との両方に基づき決定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の等化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モード多重された光信号に含まれる異なる伝搬モードの複数の光信号の強度のばらつきを抑える等化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マルチモード光ファイバを用いて複数の伝搬モードの光を伝送するモード多重光通信においては、伝搬モード毎に伝送損失や光増幅器での利得が異なる。このため、モード多重光信号に含まれる異なる伝搬モードの複数の光信号の強度（振幅）のばらつきを抑える（等化する）等化装置が求められる。例えば、モード多重光信号をモード分離器で分離し、分離後の各伝搬モードの光信号の強度を個別に調整した後、再度、モード多重器でモード多重する構成が考えられるが、構成部品が多くなり、挿入損失が増大する。

【0003】

非特許文献１は、モード分離及びモード多重を行うことなく等化を行う等化装置を開示している。図２は、非特許文献１が開示する等化装置を示している。マルチモードファイバ７１の端部から射出される複数の伝搬モードを含むモード多重光信号は、コリメータレンズ７２により平行光に変換され、空間フィルタ７３を通過する。コリメータレンズ７４は、空間フィルタ７３を通過したモード多重光信号がマルチモードファイバ７５の端部に入射する様に、モード多重光信号を収束させる。空間フィルタ７３は、その空間位置に応じた減衰量の減衰を通過する光に与える。

【0004】

非特許文献１は、伝搬モードによって、光信号の空間分布が異なることを利用している。例えば、図３は、６つの伝搬モードそれぞれについて、伝搬方向と直交する断面における光信号の空間分布を示している。図３においては、網掛け部分が光信号の存在する部分を示している。なお、図３は、光信号の空間分布を簡略化して表現したものであり、そのスケールは実際のスケールと異なる。また、光信号の強度についても、網掛け領域の端部に向かうほど実際には弱くなる。

【0005】

図３（Ａ）は、ＬＰ_０１モードに対応し、図３（Ｂ）は、ＬＰ_１１ａモードに対応するものであるが、図３（Ａ）及び（Ｂ）から明らかな様に２つの伝搬モードにおいて、光信号空間分布の重なりは少ない。したがって、空間フィルタ７３の中心部分、つまり、ＬＰ_０１モードでは光信号の強度が強いが、ＬＰ_１１ａモードでは光信号の強度が弱い部分の減衰量を大きくすることで、ＬＰ_０１モードのみを強く減衰させることができる。逆に、ＬＰ_１１ａモードでは光強度が強いが、ＬＰ_０１モードでは光強度が弱い空間フィルタ７３の領域の減衰量を大きくすることで、ＬＰ_１１ａモードのみを強く減衰させることができる。したがって、必要な調整レベルに応じて空間フィルタ７３の各領域の減衰量を設定することで、ＬＰ_０１モードとＬＰ_１１ａモードの光の強度差を小さくすることができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｔ．Ｍｉｚｕｎｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｍｏｄｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ Ｅｑｕａｌｉｓｅｒ ａｎｄ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ＭＤＬ ｏｎ ＰＤＭ−１６ＱＡＭ Ｆｅｗ−ｍｏｄｅ Ｆｉｂｒｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"，ＥＣＯＣ２０１５，Ｐ５．９，２０１５年

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

図３（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）及び（Ｆ）は、それぞれ、ＬＰ_１１ｂ、ＬＰ_２１ａ、ＬＰ_２１ｂ及びＬＰ_０２モードの光信号の空間分布を示している。例えば、図３（Ａ）に示すＬＰ_０１モードと図３（Ｆ）に示すＬＰ_０２モードでは光信号の空間分布の重なりが大きい。また、図３にそれぞれ示す伝搬モードの光信号を多重すると、各伝搬モードの空間分布の重なる部分の面積は大きくなる。つまり、非特許文献１の構成では、多重数が大きくなると、特定の伝搬モードの光信号の強度のみを調整できず等化を行うことができなくなる。

【0008】

本発明は、多重数に拘らず、モード多重された光信号を等化できる等化装置を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様によると、モード多重された光信号の等化装置は、２次元平面の位置毎に、通過する光信号に所定量の遅延を与える第１遅延手段と、前記第１遅延手段の下流側に設けられ、２次元平面の位置毎に、通過する光信号に所定量の減衰を与える減衰手段と、前記減衰手段の下流側に設けられ、前記第１遅延手段が通過する光信号に与えた２次元平面の位置毎の遅延を相殺する様に、通過する光信号に２次元平面の位置毎の遅延を与える第２遅延手段と、を備え、前記第１遅延手段が２次元平面の位置毎に通過する光信号に与える遅延量は、前記減衰手段の入射面において、等化対象の各伝搬モードの光信号それぞれの空間分布のうち、他の伝搬モードの光信号の空間分布とは重ならない部分の面積が所定値以上となる様に決定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、多重数に拘らず、モード多重された光信号を等化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態による等化装置の構成図。

【図2】非特許文献１に記載の等化装置の構成図。

【図3】各伝搬モードの光信号の空間分布を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

【0013】

図１は、本実施形態による等化装置の構成図である。マルチモードファイバ４１の端部から複数の伝搬モードを含むモード多重光信号が射出される。このモード多重光信号は、発散しながら（広がりながら）コリメータレンズ５１に入射する。コリメータレンズ５１は、モード多重光信号を平行光に変換する。コリメータレンズ５１により平行光に変換されたモード多重光信号は位相マスク１を通過する。位相マスク１の詳細については後述する。位相マスク１を通過した光は、コリメータレンズ５２により平行光に変換され、強度マスク２を通過する。強度マスクの詳細については後述する。コリメータレンズ５３は、コリメータレンズ５２と同じ光学的特性であり、強度マスク２を通過した平行光であるモード多重光信号を、位相マスク３の所定領域に集光する。コリメータレンズ５３とコリメータレンズ５２とは同じ光学的特性であるため、位相マスク１の、モード多重光信号を射出する領域と、位相マスク３の、モード多重光信号が入射する領域は、基本的に同じとなる。位相マスク３の詳細については後述するが、位相マスク３を通過したモード多重光信号は、平行光としてコリメータレンズ５４に入射する。コリメータレンズ５４は、このモード多重光信号が、マルチモードファイバ４２の端部に入射する様に、モード多重光信号を収束させる。

【0014】

位相マスク１は、信号光が伝搬する方向とは直交する断面である２次元平面の空間位置又は領域に応じて、所定量の位相遅延を通過するモード多重光信号に与える様に構成されている。各伝搬モードの光信号は、伝搬モード毎に複素振幅、つまり、位相及び強度が異なるため、位相マスク１の同じ空間位置又は領域を通過した異なる伝搬モードの光信号は、同じ量の位相遅延が与えられても、位相マスク１からは異なる方向に射出される。したがって、位相マスク１の同じ空間位置又は領域を通過した異なる伝搬モードの光信号は、強度マスク２の異なる空間位置又は領域に入射する。なお、同じ伝搬モードの光信号が、強度マスク２に入射する空間位置又は領域は、連続している必要はない。例えば、図３（Ａ）に示すＬＰ_０１モードは、ファイバのコアの中心部において円状に信号が連続して分布しているが、強度マスク２の様々な空間位置又は領域に分散されて入射され得る。

【0015】

位相マスク１は、等化対象のモード多重光信号に含まれる各伝搬モードの光信号の空間分布が、強度マスク２の入射面において可能な限り重ならない様に、つまり、各伝搬モードの空間分布が重なっている面積が最小となる様に、あるいは、閾値以下となる様に、各空間位置又は領域での位相遅延量が決定されている。言い換えると、位相マスク１は、強度マスク２の入射面において、各伝搬モードの光信号の空間分布のうち、他の伝搬モードの光信号の空間分布とは重なりを持たない部分の面積が最大となる様に、或いは、閾値より大きくなる様に、各空間位置又は領域での位相遅延量が決定されている。上述した様に、各伝搬モードの光信号の複素振幅は異なるため、位相マスク１が、空間位置又は領域を通過する光信号に与える位相遅延の量は、等化対象の各伝搬モードの光信号の複素振幅、つまり、位相及び強度に基づいて決定される。なお、位相及び強度の両方を考慮して位相遅延量を決定するのではなく、位相又は強度に基づき位相遅延量を決定することでも、位相マスク１の同じ空間位置又は領域を通過した異なる伝搬モードの光信号を、位相マスク１からは異なる方向に射出させることができる。つまり、各伝搬モードの光信号の位相又は強度に基づき位相遅延量を決定することができる。

【0016】

強度マスク２は、その空間位置又は領域を通過する光信号に所定量の減衰を与える様に構成されている。各空間位置又は領域の減衰量は、等化対象のモード多重光信号の強度マスク２上での空間分布と、各伝搬モードの光信号に与えるべき減衰量により決定されている。

【0017】

位相マスク３は、位相マスク２が与えた位相遅延を相殺する様に、各空間位置又は領域の位相遅延量が設定されている。したがって、位相マスク３を通過した光は、平行光となってコリメータレンズ５４に入射する。

【0018】

以上の構成により、多重数に拘らず、モード多重光信号を等化することができる。

【0019】

なお、上記実施形態においては、コリメータレンズ５１〜５４を使用したが、コリメータレンズの使用は必須ではない。例えば、マルチモードファイバ４１の端部から射出される、発散するモード多重光信号をそのまま位相マスク１を通過させる構成とすることができる。この場合、位相マスク１は、その入射面における発散するモード多重光信号の空間分布に基づき、各空間位置又は領域における位相遅延量を決定する。位相マスク１からは、様々な方向に光が射出されるが、強度マスク２も、その入射面におけるモード多重光信号の空間分布に基づき、各空間位置又は領域における減衰量を決定する。位相マスク３についても同様である。

【符号の説明】

【0020】

１、３：位相マスク、２：強度マスク

【図1】

【図2】

【図3】