特許 6925259 全光モード分割逆多重化

(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】6925259

(24)【登録日】2021年8月5日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】全光モード分割逆多重化

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/2581 20130101AFI20210812BHJP

   H04J 14/04 20060101ALI20210812BHJP

   H04B 10/61 20130101ALI20210812BHJP

   G02F 2/00 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/2581

   H04J14/04

   H04B10/61

   G02F2/00

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2017-505211(P2017-505211)

(86)(22)【出願日】2015年7月29日

(65)【公表番号】特表2017-528057(P2017-528057A)

(43)【公表日】2017年9月21日

(86)【国際出願番号】US2015042562

(87)【国際公開番号】WO2016018966

(87)【国際公開日】20160204

【審査請求日】2018年7月30日

(31)【優先権主張番号】62/030,182

(32)【優先日】2014年7月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100175042

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 秀明

(72)【発明者】

【氏名】アルファノ，ロバート アール

(72)【発明者】

【氏名】ミリオーネ，ジョヴァンニ

(72)【発明者】

【氏名】ノーラン，ダニエル アロイシウス

【審査官】 対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１６１４３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／０７９２８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１２６５８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１６１８２５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 ARIK S. O. et al.，MIMO signal processing for mode-division multiplexing，IEEE Signal Processing Magazine，米国，IEEE，２０１４年 ３月，page 25-34

【文献】 ANTONELLI C. et al.，Modeling of linear and nonlinear coupling in multiple-mode fiber optic transmission with MIMO signal processing，Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers，米国，IEEE，２０１２年１１月，page 645-649

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ １０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００−１４／０８

Ｇ０２Ｆ ２／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多モード光ファイバに沿って伝送された、Ｎ＞１である、Ｎ個の結合されたコヒーレント光伝送モードをデコードする方法において、前記方法が、
データ伝送リンクの発信点において、Ｎ個のコヒーレント入力光信号[Ｍ]_In=(M1,M2,M3,...)をエンコードし、重畳して、多モード光ファイバに沿って伝送する工程、前記データ伝送リンクの前記発信点はデータエンコーダ及びモードコンバイナを備える、
前記データ伝送リンクの受信点において、前記Ｎ個の伝搬光信号のそれぞれを出力光信号[Ｍ]_outとして検出する工程、前記データ伝送リンクの前記受信点はコヒーレント検出ハードウエア及びデジタル信号プロセッサを備える、
前記出力光信号[Ｍ]_outを前記コヒーレント検出ハードウエアのＮ本の光検出チャネルに分割する工程、
前記出力光信号[Ｍ]_outの位相及び強度をベクトル場行列

として測定するために前記コヒーレント検出ハードウエアを利用する工程、
前記データ伝送リンクの前記受信点において前記Ｎ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから前記出力光信号[Ｍ]_outの出力主状態[PS_out]_1xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
前記出力主状態[PS_out]_1xn、前記出力光信号[Ｍ]_outの前記ベクトル場行列

及びそれぞれの出力信号の時間遅延τを用いて、前記出力光信号[Ｍ]_outから前記入力光信号[Ｍ]_Inを抽出するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記出力主状態[PS_out]_1xnの複素転置作用素を計算することによって前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記方法がさらに、
前記重畳入力状態[S_In]_1Xn及び前記出力主状態[PS_out]_1xnからシステムの伝達行列[Ｈ]を計算するため、
ここで、

【数1】

である、
及び関係式：

【数2】

に基づいてM1,M2,M3,...を抽出するため、前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法がさらに、
前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するため、
[S_In]_1Xnを、

【数3】

にしたがってデコンボリューション処理することによって前記入力光信号[Ｍ]_Inを決定するため、及び
前記入力光信号[Ｍ]_Inから M1,M2,M3,...を抽出するため、前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記デジタル信号プロセッサが、
前記測定されたベクトル場行列

及び前記決定された出力主状態[PS_out]_1xnから、

【数4】

にしたがって、[a]_nxnを決定する、
重畳入力状態[S_In]_1Xnを、

【数5】

にしたがって、前記入力光信号[Ｍ]_In= (M1,M2,M3,...)のベクトル場f_Inに関係付ける、ここで、[γ]_nxnの要素は、[a]_nxn、前記出力光信号の時間依存型ベクトル場f_j及び前記時間依存型ベクトル場f_jに付随する伝搬定数β_iから構成される、及び
前記ベクトル場f_InからM1,M2,M3,...を決定することを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記デジタル信号プロセッサが、

【数6】

にしたがって、[γ]_nxnの要素を決定する、ここで、a11,a12,...は[a]_nxnの要素、β₁,β₂,...は主状態時間遅延に付随する前記伝搬定数、f₁,f₂,...は前記出力光信号の時間依存型ベクトル場である、
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。

【請求項6】

光信号受信器であって、コヒーレント検出ハードウエア及び、多モード光ファイバに沿って伝送された、Ｎ＞１である、Ｎ個の重畳コヒーレント光伝送モードをデコードするために前記コヒーレント検出ハードウエアと協働するようにプログラムされた、デジタル信号プロセッサを備える光信号受信器において、前記デコードが、
前記Ｎ個の伝搬光信号のそれぞれを出力光信号[Ｍ]_outとして検出する工程、
前記出力光信号[Ｍ]_outを前記コヒーレント検出ハードウエアのＮ本の光検出チャネルに分割する工程、
前記出力光信号[Ｍ]_outの位相及び強度をベクトル場行列

として測定するために前記コヒーレント検出ハードウエアを利用する工程、
データ伝送リンクの受信点において前記Ｎ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから前記出力光信号[Ｍ]_outの出力主状態[PS_out]_1xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
前記出力主状態[PS_out]_1xn、前記出力光信号の前記ベクトル場行列

及びそれぞれの出力信号の時間遅延τを用いて、前記出力光信号[Ｍ]_outから入力光信号[Ｍ]_Inを抽出するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
前記出力主状態[PS_out]_1xnの複素転置作用素を計算することによって前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定する工程
を含むことを特徴とする光信号受信器。

【請求項7】

前記デコードがさらに、
前記重畳入力状態[S_In]_1Xn及び前記出力主状態[PS_out]_1xnからシステムの伝達行列[Ｈ]を計算するため、
ここで、

【数7】

である、
及び関係式：

【数8】

に基づいて前記入力光信号[Ｍ]In=(M1,M2,M3,...)であるM1,M2,M3,...を抽出するためである、
前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含むように前記デジタル信号プロセッサがプログラムされることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信器。

【請求項8】

前記デコードがさらに、
前記出力光信号[Ｍ]_Outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定する工程、
[S_In]_1Xnを、

【数9】

にしたがってデコンボリューション処理することによって前記入力光信号[Ｍ]_Inを決定する工程、及び
前記入力光信号[Ｍ]_In=(M1,M2,M3,...)からM1,M2,M3,...を抽出する工程、
を含むように前記デジタル信号プロセッサがプログラムされることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信器。

【請求項9】

前記デコードがさらに、
前記測定されたベクトル場行列

及び前記決定された出力主状態[PS_out]_1xnから、

【数10】

にしたがって、[a]_nxnを決定する、
前記重畳入力状態[S_In]_1Xnを、

【数11】

にしたがって、前記入力光信号[Ｍ]_In= (M1,M2,M3,...)のベクトル場f_Inに関係付ける工程、ここで、[γ]_nxnの要素は、[a]_nxn、前記出力光信号の時間依存型ベクトル場f_j、及び前記時間依存型ベクトル場fjに付随する伝搬定数β_iから構成される、及び
前記ベクトル場f_InからM1,M2,M3,...を決定する工程、
を含むように前記デジタル信号プロセッサがプログラムされることを特徴とする請求項６に記載の光信号受信器。

【請求項10】

前記デジタル信号プロセッサが、

【数12】

にしたがって、[γ]_nxnの要素を決定する、ここで、a₁₁,a₁₂,...は[a]_nxnの要素、β₁,β₂,...は前記出力光信号の前記時間依存型ベクトル場に付随する前記伝搬定数、f₁,f₂,...は前記出力光信号の時間依存型ベクトル場である、ことを特徴とする請求項９に記載の光信号受信器。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は２０１４年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／０３０１８２号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記仮特許出願の明細書の内容に依拠し、上記仮特許出願の明細書の内容はその全体が参照として本明細書に含められる。

【技術分野】

【0002】

本開示は主に、光通信リンクのＮ個の出力モードが入力通信信号を抽出するためにデコンボリューション処理され得る、システム及び方法に関する。さらに詳しくは、同時に受信されたＮ個のモード信号から多重波長信号を、モードパワー情報ではなく、出力の主状態及び受信モード場を測定することで、デコードすることができる。

【背景技術】

【0003】

多モード光ファイバは光通信ネットワークにおける伝送容量を大きくするために導入された。これらの多チャネルファイバにおいては、単コアまたは複数の独立コアにおける多数の光モードの伝送を可能にし、ネットワーク容量への激増する要求を満たすに役立たせるため、波長分割多重化が利用される。しかし、この状況においては、特定のモードで搬送された信号を相互間で結合させるモード結合が厳しい技術的課題である。このモード結合によって生じる情報スクランブルに対処するため、様々な手法が導入されている。

【0004】

多モード光ファイバ通信チャネルにおける多入力多出力（ＭＩＭＯ）通信はスクランブルされた信号を選り分けるための強力な高速前方誤り補正及び電子的補正を含むコヒーレント伝送に依存している。特許文献１に述べられているように、主状態手法は、モード結合を制限するため、光を光システムのノーマルモードに発信しようとする。残念ながら、これらの状態の生成、結合及び分割を行うために必要なコンポーネントは比較的複雑であり、更新及び制御が難題になり得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１４／０１６１４３９Ａ１号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のいくつかの実施形態にしたがえば、多モード光ファイバに沿って伝送されたＮ個の重畳コヒーレント光伝送モードをデコードする方法が提供され、方法は、
（ｉ）データ伝送リンクの発信点においてＮ個のコヒーレント入力光信号(M1,M2,M3,...)をエンコードし、結合して、多モード光ファイバに沿って伝送する工程、データ伝送リンクの発信点はデータエンコーダ及びモードコンバイナを備える、
（ii）データ伝送リンクの受信点において、Ｎ個の伝搬光信号のそれぞれを出力光信号として検出する工程、データ伝送リンクの受信点はコヒーレント検出ハードウエア及びデジタル信号プロセッサを備える、
（iii）出力光信号をコヒーレント検出ハードウエアのＮ本の光検出チャネルに分割する工程、
（iv）出力光信号の位相及び強度を出力モード，Ｍにともなうベクトル場行列

【0007】

として測定するためにコヒーレント検出ハードウエアを利用する工程、
（ｖ）データ伝送リンクの受信点におけるＮ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから出力光信号の出力主状態[PS_out]_1xnを決定するためにデジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
（vi）出力主状態[PS_out]_1xn、出力光信号のベクトル場行列

【0008】

及びそれぞれの出力信号の時間遅延τを用いて出力光信号から入力光信号[Ｍ]_Inを抽出するためにデジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含む。

【0009】

本開示の別の実施形態にしたがえば、本明細書に開示及び予想される方法の実行のため、光信号受信器が備えられる。

【0010】

本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は添付図面とともに読まれたときに最善に理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】図１は本開示の構想にしたがって実施することができるデータ伝送リンクの略図である、

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１は本開示の構想にしたがって実施することができるデータ伝送リンク１００の略図である。データ伝送リンク１００は、様々な複雑度を有する、データ伝送ネットワークまたは遠距離通信ネットワークの全てまたは一部として構成され得ると考えられる。一般に、図１において、それぞれのコヒーレント伝送モードM1, M2, M3, 等は、それぞれのコヒーレント伝送モードM1, M2, M3, 等の属性の個別の制御を可能にする、データエンコーダ２０及び、適するファイバリンク４５を介する多モード光ファイバ４０に沿う伝搬のため、エンコードされた伝送モードM1, M2, M3, 等を多重化する、モードコンバイナ３０を用いて、データでエンコードされ、リンク１００の発信点１０に入力される。データエンコーダ２０は、Ｎ個の重畳コヒーレント伝送モードM1, M2, M3, 等の位相及び強度の個別の制御に関して図１に簡略に示されているが、データエンコーダ２０は、さらにまたはあるいは、Ｎ個の重畳コヒーレント伝送モードM1, M2, M3, 等の偏波及び／またはその他の属性をエンコードするように構成され得ると考えられる。本開示のデータ伝送リンク１００の発信点１０は、例えば、コヒーレント光ＭＩＭＯ（多入力多出力）システムを含む、様々なエンコード方式を実施するために利用され得ると考えられる。

【0013】

伝搬信号は続いて、光信号受信器と称されることもある、（局部発振器ＬＯを含む）コヒーレント検出ハードウエア６０及びデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）７０を備えるように簡略に示される、データ伝送リンク１００の受信点５０において受信されてデコードされる。アナログ−デジタルコンバータＡ／Ｄもデジタル信号処理を可能にするために備えられる。コヒーレント検出ハードウエア６０の特定の構成は本開示の範囲をこえており、本主題に関する様々な従来のまたは未だ開発されていない教示のいずれからも拾い集めることができる。例えば、リ-ギャグノン(Ly-Gagnon)、等、「キャリア位相推定による光直交移相キーイング信号のコヒーレント検出(Coherent Detection of Optical Quadrature Phase-Shift Keying Signals with Carrier Phase Estimation)」、Journal of Lightwave Technology、２００６年１月、第２４巻、第１号、ｐ.１２〜２１を参照されたい。ＤＳＰ７０はコヒーレント検出ハードウエア６０と協働して本開示の信号処理アルゴリズムを実行するようにプログラムされる。この先、ＤＳＰ７０の特定の構成も本開示の範囲をこえている。ザン(Zhang)著、「光コヒーレント通信システムのためのデジタル信号処理(Digital Signal Processing for Optical Coherent Communication Systems)」、DTU Fotonik，２０１２年、は本開示を補足する、本主題に関する有用な教示を提示している。特にザンの第３章、「ＤＳＰアルゴリズムによるコヒーレント検出(Coherent Detection with DSP Algorithms)」が参考になる。

【0014】

特許文献１はデータ伝送リンクの受信点におけるＮ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルを生成するための適するハードウエア及び方法を教示している。特許文献１はＮ個の伝搬光信号の主状態の固有値及び固有ベクトルについて解くために用いることができる行列法も教示している。これらの主状態の固有値及び固有ベクトルは本明細書に説明される信号デコードを容易にするために用いることができる。

【0015】

さらに詳しくは、本開示は、モード結合がおこる、多モード光ファイバに沿って伝送されたＮ個の重畳コヒーレント光伝送モードをデコードするための方法及び付随するアーキテクチャを提示する。図１を参照すれば、データ伝送リンク１００の発信点１０において与えられた、Ｎ＞１である、Ｎ個のコヒーレント入力光信号(M1, M2, M3,...)がエンコードされ、結合されて、多モード光ファイバ４０に沿って伝送される。ここで、Ｎ個の伝搬光信号のそれぞれはデータ伝送リンク１００の受信点５０において、出力光信号を受信点５０のコヒーレント検出ハードウエア６０のＮ本の光検出チャネルに分割することによって、出力光信号として検出される。

【0016】

コヒーレント検出ハードウエア６０は、それぞれのモード位置において行列

【0017】

によって指定されるベクトル場として、出力光信号の位相及び強度を測定するために用いられ、デジタル信号プロセッサ７０が、データ伝送リンク１００の受信点５０におけるＮ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから出力光信号の出力主状態[PS_out]_1xnを決定する。デジタル信号プロセッサは続いて、出力光信号から、出力主状態[PS_out]_1xn、出力光信号のベクトル場行列

【0018】

及びそれぞれの出力信号の時間遅延τを用いて、入力光信号[Ｍ]_Inを抽出する。この抽出プロセスは、本明細書において、
第１に、出力偏波主状態（ＰＳＰ）の複素転置作用素の計算に全般的に関し、
第２に、入力の主状態のデコンボリューション処理に全般的に関し、及び
第３に、[γ]_nxnの使用にさらに詳しく関する、
３つの異なる視点から説明される。

【0019】

さらに詳しくは、デジタル信号プロセッサは、出力主状態[PS_out]_1xnの複素転置作用素を計算することで、出力光信号[Ｍ]_Outの出力主状態[PS_out]_1xnから入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するために用いることができる。次いで、システムの一般化伝達行列[Ｈ]を、重畳入力状態[S_In]_1Xn及び出力主状態[PS_out]_1xnから、

【0020】

【数1】

【0021】

にしたがって計算することができる。次いで、M1, M2, M3,...を、関係式：

【0022】

【数2】

【0023】

に少なくともある程度基づいて抽出することができる。ここで、入力光信号[Ｍ]_Inは、下式：

【0024】

【数3】

【0025】

で表される。

【0026】

異なる視点から、本開示の方法及びアーキテクチャは、初めに出力光信号[Ｍ]_outの出力主状態[PS_out]_1xnから入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するためのデジタル信号プロセッサ７０の使用に関して説明することができる。続いて、

【0027】

【数4】

【0028】

に少なくともある程度したがって、[S_In]_1Xnをデコンボリューション処理することによって入力光信号[Ｍ]_Inが決定されて、[Ｍ]_InからM1, M2, M3,...が抽出される。ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)であり、[Ｄ]は重畳入力状態と結合された入力光信号の間の関係を確立する行列である。

【0029】

別の視点から、本開示の方法及びアーキテクチャは測定されたベクトル場行列

【0030】

及び出力主状態[PS_out]_1xnからの、

【0031】

【数5】

【0032】

に少なくともある程度したがう、[a]_nxnの初期決定に関して説明することができる。ここで、[a]_nxnは、本明細書にその全体が参照として含められる、米国特許出願公開第２０１４／０１６,４３９Ａ１号明細書に説明されるように、出力モードを出力主状態に関係付ける。重畳入力状態[S_In]_1Xnは続いて、

【0033】

【数6】

【0034】

に少なくともある程度したがって、入力光信号(M1, M2, M3,...)のベクトル場f_Inに関係付けることができる。ここで、[γ]_nxnの元は、[a]_nxn、出力光信号の時間依存型ベクトル場f_j、及び時間依存型ベクトル場f_jに付随する伝搬定数β_iから構成される。したがって、M1, M2, M3,...はベクトル場f_Inから少なくともある程度決定することができる。ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)である。この視点から、デジタイル信号プロセッサ７０は、

【0035】

【数7】

【0036】

に少なくともある程度したがって、[γ]_nxnの元を決定するようにプログラムすることができる。ここで、a₁₁,a₁₂,...は[a]_nxnの元、jは虚数、β₁,β₂,...は主状態時間遅延に付随する伝搬定数、すなわち主状態固有値方程式の固有値、zは光ファイバ４０の長さで、f₁,f₂,...は出力光信号の時間依存型ベクトル場である。一実施形態において、デジタル信号プロセッサ７０は、

【0037】

【数8】

【0038】

に少なくともある程度したがって、伝搬定数β_iを決定するようにプログラムすることができると考えられる。ここで、k=2π/λであり、cは光の速度である。

【0039】

入力変調場を決定するため、式：

【0040】

【数9】

【0041】

を展開して、

【0042】

【数10】

【0043】

【数11】

【0044】

【数12】

【0045】

を与えることができる。ここで、

【0046】

は検出されるべき特定の偏波モードを表す。得られた行列は対角行列の対角成分が入力変調場であるように対角化することができる。

【0047】

この方法の結果として、米国特許出願公開第２０１４／０１６,４３９Ａ１号明細書におけるように、このアルゴリズム及び測定された出力主状態を用いることによって、時間非依存型のモード多重化及び逆多重化コンポーネントを用いてＮ個の出力信号のデコンボリューション処理を行うことができ、よって米国特許出願公開第２０１４／０１６,４３９Ａ１号明細書に説明されているような時間依存型の多重化及び逆多重化を提供する必要を無くすことができる。これらのコンポーネントは、本明細書に説明されるように、時間で変化するであろう、重畳主状態の多重化及び逆多重化に必要とされる。

【0048】

特定の特性を、または特定の態様で機能を、具現化するために、特定の方法で「プログラムされて」または「構成されて」いる本開示のコンポーネントの本明細書における記述は、目的用途の記述とは対照的に、構造の記述であることに注意されたい。さらに詳しくは、コンポーネントが「プログラム」または「構成」される態様への本明細書における言及はコンポーネントの既存の物理的状態を表し、したがって、そのコンポーネントの構造特性の限定的記述としてとられるべきである。

【0049】

本開示の主題をその特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、本明細書に開示される様々な詳細が、本明細書に添付される図面のそれぞれに特定の要素が示されている場合であっても、本明細書に説明される様々な実施形態の本質的なコンポーネントである要素にこれらの詳細が関することを暗に意味しているととられるべきではないことに注意されたい。むしろ、本明細書に添付される特許請求の範囲は本開示及び本明細書に説明される様々な発明の対応する範囲の広がりの唯一の代表ととられるべきである。さらに、添付される特許請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱することなく改変及び変形が可能であることは明らかであろう。さらに詳しくは、本明細書においては本開示のいくつかの態様が好ましいかまたは特に有利であるとされているが、本開示がそれらの態様に限定される必要はないと考えられる。

【0050】

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

【0051】

実施形態１
多モード光ファイバに沿って伝送された、Ｎ＞１である、Ｎ個の結合されたコヒーレント光伝送モードをデコードする方法において、前記方法が、
データ伝送リンクの発信点において、Ｎ個のコヒーレント入力光信号(M1,M2,M3,...)をエンコードし、重畳して、多モード光ファイバに沿って伝送する工程、前記データ伝送リンクの前記発信点はデータエンコーダ及びモードコンバイナを備える、
前記データ伝送リンクの受信点において、前記Ｎ個の伝搬光信号を出力光信号として検出する工程、前記データ伝送リンクの前記受信点はコヒーレント検出ハードウエア及びデジタル信号プロセッサを備える、
前記出力光信号を前記コヒーレント検出ハードウエアのＮ本の光検出チャネルに分割する工程、
前記出力光信号の位相及び強度をベクトル場行列

【0052】

として測定するために前記コヒーレント検出ハードウエアを利用する工程、
前記データ伝送リンクの前記受信点において前記Ｎ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから前記出力光信号の出力主状態[PS_out]_1xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記出力光信号から、前記出力主状態[PS_out]_1xn、前記出力光信号の前記ベクトル場行列

【0053】

及び前記出力光信号のそれぞれの時間遅延τを用いて、前記入力光信号[Ｍ]_Inを抽出するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含む方法。

【0054】

実施形態２
前記方法がさらに、
前記出力主状態[PS_out]_1xnの複素転置作用素を計算することによって前記出力光信号[Ｍ]_Outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記重畳入力状態[S_In]_1Xn及び前記出力主状態[PS_out]_1xnからシステムの伝達行列[Ｈ]を計算するため、
ここで、

【0055】

【数13】

【0056】

である、
及び関係式：

【0057】

【数14】

【0058】

に少なくともある程度基づいてM1,M2,M3,...を抽出するため、
ここで、

【0059】

【数15】

【0060】

である、
前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含む、実施形態１に記載の方法。

【0061】

実施形態３
前記方法がさらに、
前記出力光信号[Ｍ]_Outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するため、
[S_In]_1Xnを、

【0062】

【数16】

【0063】

に少なくともある程度したがってデコンボリューション処理することによって前記入力光信号[Ｍ]_Inを決定するため、及び
前記入力光信号[Ｍ]_InからM1,M2,M3,...を抽出するため、ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)である、
前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含む、実施形態１に記載の方法。

【0064】

実施形態４
前記デジタル信号プロセッサが、
前記測定されたベクトル場行列

【0065】

及び前記決定された出力主状態[PS_out]_1xnから、

【0066】

【数17】

【0067】

に少なくともある程度したがって、[a]_nxnを決定する、
前記重畳入力状態[S_In]_1Xnを、

【0068】

【数18】

【0069】

に少なくともある程度したがって、前記入力光信号(M1,M2,M3,...)のベクトル場f_Inに関係付ける、ここで、[γ]_nxnの元は、[a]_nxn、前記出力光信号の時間依存型ベクトル場f_j及び前記時間依存型ベクトル場f_jに付随する伝搬定数β_iから構成される、及び
少なくともある程度は前記ベクトル場f_InからM1,M2,M3,...を決定する、ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)である、
実施形態１に記載の方法。

【0070】

実施形態５
前記デジタル信号プロセッサが、

【0071】

【数19】

【0072】

に少なくともある程度したがって、[γ]_nxnの元を決定する、ここで、a₁₁,a₁₂,...は[a]_nxnの元、β₁,β₂,...は前記主状態時間遅延に付随する前記伝搬定数、f₁,f₂,...は前記出力光信号の前記時間依存型ベクトル場である、
実施形態４に記載の方法。

【0073】

実施形態６
前記デジタル信号プロセッサが前記入力信号(M1,M2,M3,...)を、

【0074】

【数20】

【0075】

を、

【0076】

【数21】

【0077】

【数22】

【0078】

【数23】

【0079】

を与えるために展開する、ここで

【0080】

は検出されるべき特定の偏波モードを表す、及び
得られた行列を、対角行列の対角成分が前記入力光信号(M1,M2,M3,...)の入力変調場を表すように、対角化する、
ことによって決定する、実施形態５に記載の方法。

【0081】

実施形態７
前記デジタル信号プロセッサが前記伝搬定数β_iを、

【0082】

【数24】

【0083】

に少なくともある程度したがって決定する、ここで、k=2π/λであり、cは光の速度である、実施形態４に記載の方法。

【0084】

実施形態８
光信号受信器であって、コヒーレント検出ハードウエア及び、多モード光ファイバに沿って伝送された、Ｎ＞１である、Ｎ個の重畳コヒーレント光伝送モードをデコードするために前記コヒーレント検出ハードウエアと協働するようにプログラムされた、デジタル信号プロセッサを備える光信号受信器において、前記デコードが、
前記Ｎ個の伝搬光信号のそれぞれを出力光信号として検出する工程、
前記出力光信号を前記コヒーレント検出ハードウエアのＮ本の光検出チャネルに分割する工程、
前記出力光信号の位相及び強度をベクトル場行列

【0085】

として測定するために前記コヒーレント検出ハードウエアを利用する工程、
データ伝送リンクの受信点において前記Ｎ個の伝搬光信号に対応する出力行列の主状態固有ベクトルから前記出力光信号の出力主状態[PS_out]_1xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記出力光信号から、前記出力主状態[PS_out]_1xn、前記出力光信号の前記ベクトル場行列

【0086】

、及びそれぞれの出力信号の時間遅延τを用いて、入力光信号[Ｍ]_Inを抽出するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含む、光信号受信器。

【0087】

実施形態９
前記デコードがさらに、
前記出力主状態[PS_out]_1xnの複素転置作用素を計算することによって前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定するために前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、及び
前記重畳入力状態[S_In]_1Xn及び前記出力主状態[PS_out]_1xnからシステムの伝達行列[Ｈ]を計算するため、
ここで、

【0088】

【数25】

【0089】

である、
及び関係式：

【0090】

【数26】

【0091】

に少なくともある程度基づいてM1,M2,M3,...を抽出するため、
ここで、

【0092】

【数27】

【0093】

である、
前記デジタル信号プロセッサを利用する工程、
を含むように、前記デジタル信号プロセッサがプログラムされる、実施形態８に記載の光信号受信器。

【0094】

実施形態１０
前記デコードがさらに、
前記出力光信号[Ｍ]_outの前記出力主状態[PS_out]_1xnから前記入力光信号[Ｍ]_Inの重畳入力状態[S_In]_1Xnを決定する工程、
[S_In]_1Xnを、

【0095】

【数28】

【0096】

に少なくともある程度したがってデコンボリューション処理することによって前記入力光信号[Ｍ]_Inを決定する工程、及び
前記入力光信号[Ｍ]_Inから M1,M2,M3,...を抽出する工程、ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)である、
を含むように、前記デジタル信号プロセッサがプログラムされる、実施形態８に記載の光信号受信器。

【0097】

実施形態１１
前記デコードがさらに、
前記測定されたベクトル場行列

【0098】

及び前記決定された出力主状態[PS_out]_1xnから、

【0099】

【数29】

【0100】

に少なくともある程度したがって、[a]_nxnを決定する工程、
前記重畳入力状態[S_In]_1Xnを、

【0101】

【数30】

【0102】

に少なくともある程度したがって、前記入力光信号(M1,M2,M3,...)のベクトル場f_Inに関係付ける、ここで、[γ]_nxnの元は、[a]_nxn、前記出力光信号の時間依存型ベクトル場f_j及び前記時間依存型ベクトル場f_jに付随する伝搬定数β_iから構成される、及び
少なくともある程度は前記ベクトル場f_InからM1,M2,M3,...を決定する工程、ここで、[Ｍ]_In＝(M1,M2,M3,...)である、
を含むように、前記デジタル信号プロセッサがプログラムされる、実施形態８に記載の光信号受信器。

【0103】

実施形態１２
前記デジタル信号プロセッサが、

【0104】

【数31】

【0105】

に少なくともある程度したがって、[γ]_nxnの元を決定する、ここで、a₁₁,a₁₂,...は[a]_nxnの元、β₁,β₂,...は前記出力光信号の前記時間依存型ベクトル場に付随する前記伝搬定数、f₁,f₂,...は前記出力光信号の時間依存型ベクトル場である、実施形態１１に記載の光信号受信器。

【0106】

実施形態１３
前記デジタル信号プロセッサが前記伝搬定数β_iを、

【0107】

【数32】

【0108】

に少なくともある程度したがって決定する、ここで、k=2π/λであり、cは光の速度である、実施形態１１に記載の光信号受信器。

【0109】

実施形態１４
光通信システムにおいて、モード多重化コンポーネント及び逆多重化コンポーネントを用いてＮ個の出力信号をデコンボリュート処理するために、実施形態１、２、３及び４のいずれかに記載されているような方法並びに米国特許出願公開第２０１４／０１６,４３９号明細書に説明されているような測定された出力主状態を用いる、光通信システム。

【符号の説明】

【0110】

１０ リンクの発信点
２０ データエンコーダ
３０ モードコンバイナ
４０ 多モード光ファイバ
４５ ファイバリンク
５０ リンクの受信点
６０ コヒーレント検出ハードウエア
７０ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
１００ データ伝送リンク

【図1】