特許 7539067 モード特性補償器、マルチモード増幅システム及びモード多重伝送システム

(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】

(24)【登録日】2024-08-15

(45)【発行日】2024-08-23

(54)【発明の名称】モード特性補償器、マルチモード増幅システム及びモード多重伝送システム

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/12 20060101AFI20240816BHJP

   G02F 1/01 20060101ALI20240816BHJP

   H04B 10/294 20130101ALI20240816BHJP

   H01S 3/10 20060101ALN20240816BHJP

【ＦＩ】

G02B6/12 311

G02F1/01 C

H04B10/294

H01S3/10 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021069858

(22)【出願日】2021-04-16

(65)【公開番号】P2022164394

(43)【公開日】2022-10-27

【審査請求日】2023-09-27

(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

(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】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(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】森 崇嘉

(72)【発明者】

【氏名】坂本 泰志

(72)【発明者】

【氏名】今田 諒太

(72)【発明者】

【氏名】中島 和秀

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 剛

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 晋聖

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 孝憲

【審査官】林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－００３７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４８９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１４０００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３６５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１３９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２４７０３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３６９８８４８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／１２－６／１４

Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５

Ｇ０２Ｆ １／２１－１／３９

Ｈ０１Ｓ ３／００－３／３０

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

ＪＳＴ７８５０／ＪＳＴ Ｐｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

４以上の基本モードを互いに異なるモードで主導波路に合波し、前記主導波路の４以上のモードをモードごとに基本モードで分波する、モード合分波機能を備えるモード特性補償器であって、
前記主導波路と非接触の平行導波路を伝搬する基本モードを前記主導波路の高次モードに結合させ、前記主導波路との間でモード変換を発生させるカプラーを備え、
前記カプラーは、それぞれ、
カプラーごとに予め定められた高次モードに、前記平行導波路から前記主導波路に結合させる２つの結合部と、
前記２つの結合部の間に配置され、前記平行導波路及び前記主導波路が結合せずかつ前記平行導波路と前記主導波路との間で伝搬遅延差を生じさせる、遅延量の可変な遅延部と、
を備え、
前記カプラーは、それぞれ、前記遅延部の未調整時の遅延量が、前記平行導波路から前記主導波路に結合する前記高次モードの光のパワーが極大となる複数の値のうち、当該遅延量に相当する光の位相差の波数による微分の絶対値が最小となる値に設定されており、
前記主導波路におけるモード間の強度差が各基本モードの強度差よりも小さくなるように、前記カプラーに備わる前記遅延部の遅延量が調整されている、
モード特性補償器。

【請求項2】

前記カプラーは、それぞれ、前記遅延部の温度を調整するヒーターを備え、
前記遅延部の温度を調整することで、前記遅延部の遅延量が調整される、
請求項１に記載のモード特性補償器。

【請求項3】

前記主導波路は、長手方向に導波路幅が連続的に変化するテーパー部を持ち、
前記テーパー部は、Ｅ１３モード及びＥ３１モードをＬＰ２１ｂモード及びＬＰ０２モードに変換する、
請求項１又は２に記載のモード特性補償器。

【請求項4】

前記結合部は、所望の光の波長範囲に対して、前記平行導波路を伝搬するモードの実効屈折率が、前記主導波路のモードの実効屈折率と排他的に一致する、導波路幅、高さ及び比屈折率差を備え、
前記結合部における前記平行導波路及び前記主導波路の導波路間隔及び当該導波路間隔の結合長が、モード変換により前記平行導波路を導波する光パワーの０．４～０．６倍が前記主導波路を伝搬するよう定められている、
請求項１から３のいずれかに記載のモード特性補償器。

【請求項5】

複数のモードを有する波長多重信号を増幅するマルチモード光増幅器と、
増幅後の波長多重信号をモードごとに分波するモード分波器と、
前記モード分波器で分波された波長多重信号ごとに波長利得補償を行う波長利得補償器と、
波長利得補償された波長多重信号間の利得差を補償し、前記利得差を補償後の波長多重信号を、前記モード分波器で分波前のモードに変換し、合波する、請求項１から４のいずれかに記載のモード特性補償器と、
を備えるマルチモード増幅システム。

【請求項6】

ｎ（ｎは４以上の整数）個の波長多重信号を発する送信機と、
ｎ個の波長多重信号を互いに異なるモードのモード多重信号に合波する、請求項１から４のいずれかに記載のモード特性補償器と、
前記モード特性補償器で合波されたモード多重信号を伝搬するマルチモードファイバと、
前記マルチモードファイバで伝搬されたモード多重信号を、モードごとに分離するモード分波器と、
前記モード分波器でモードごとに分離されたｎ個の波長多重信号を、波長ごとに分離し、受信する受信機と、
を備えるモード多重伝送システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、４以上のモードの強度差を補償可能にする装置、並びにこれを備えるマルチモード増幅システム及びモード多重伝送システムに関する。

【背景技術】

【0002】

モード多重伝送において、マルチモード伝送路中のモード間の損失差を補償するＭＤＬ（Ｍｏｄｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ）補償器が提案されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。非特許文献１は３モードのモード間の損失差を補償する空間型ＭＤＬ補償器であり、非特許文献２は３モードのモード間の損失差を補償するＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）型のＭＤＬ補償器である。一方で、６モードのモード多重伝送を可能にする合分波器が提案されている（例えば、非特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】Ｔ． Ｍｉｚｕｎｏ ｅｔ ａｌ．， “Ｍｏｄｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ ｅｑｕａｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ＭＤＬ ｏｎ ＰＤＭ－１６ＱＡＭ ｆｅｗ－ｍｏｄｅ ｆｉｂｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，” ＥＣＯＣ２０１５， Ｐ５．９ （２０１５）

【文献】Ｎ． Ｓｕｇａｗａｒａ ｅｔ ａｌ．， “３－Ｍｏｄｅ ＰＬＣ－Ｂａｓｅｄ Ｍｏｄｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ Ｅｑｕａｌｉｚｅｒ ｉｎ ＭＤＭ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，”ＯＥＣＣ２０１９， ＴｕＥ２－２ （２０１９）

【文献】Ｎ． Ｈａｎｚａｗａ ｅｔ ａｌ．， “Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＬＣ－ｂａｓｅｄ ｓｉｘ－ｍｏｄｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，” ＥＣＯＣ２０１５， Ｐ２．６ （２０１５）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１及び２は３モードのモード間の強度差を補償することができるが、３モードよりも多いモードについてはモードごとに強度差をダイナミックに補償するデバイスは実現されていなかった。

【0005】

本開示は、４モード以上であっても、モード間の強度差を補償可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のモード特性補償器は、
４以上の基本モードを互いに異なるモードで主導波路に合波し、前記主導波路の４以上のモードをモードごとに基本モードで分波するモード合分波機能を備えるモード特性補償器であって、
前記主導波路と非接触の平行導波路を伝搬する基本モードを前記主導波路の高次モードに結合させ、前記主導波路との間でモード変換を発生させるカプラーを備え、
前記カプラーは、それぞれ、
カプラーごとに予め定められた高次モードに、前記平行導波路から前記主導波路に結合させる複数の結合部と、
前記複数の結合部の間に配置され、前記平行導波路及び前記主導波路が結合せずかつ前記平行導波路と前記主導波路との間で伝搬遅延差を生じさせる、遅延量の可変な遅延部と、
を備え、
前記主導波路から出力されるモード間の強度差が各基本モードの強度差よりも小さくなるように、前記カプラーに備わる遅延部の遅延量が定められている。

【0007】

本開示のマルチモード増幅システムは、
複数のモードを有する波長多重信号を増幅するマルチモード光増幅器と、
増幅後の波長多重信号をモードごとに分波するモード分波器と、
前記モード分波器で分波されたモードごとに波長利得補償を行う波長利得補償器と、
波長利得補償された波長多重信号間の利得差を補償し、前記利得差を補償後の波長多重信号を、前記モード分波器で分波前のモードに変換し、合波する、本開示のモード特性補償器と、
を備える。

【0008】

本開示のモード多重伝送システムは、
ｎ（ｎは４以上の整数）個の波長多重信号を発する送信機と、
ｎ個の波長多重信号を互いに異なるモードのモード多重信号に合波する、本開示のモード特性補償器と、
前記モード特性補償器で合波されたモード多重信号を伝搬するマルチモードファイバと、
前記マルチモードファイバで伝搬されたモード多重信号を、モードごとに分離するモード分波器と、
前記モード分波器でモードごとに分離されたｎ個の波長多重信号を、波長ごとに分離し、受信する受信機と、
を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、４モード以上であっても、モード間の強度差を補償可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係るモード特性補償器を説明する図である。

【図2】カプラーの構造の一例である。

【図3】カプラーの構造パラメータの説明図を示す。

【図4】各カプラーの構造パラメータの値の一例を示す。

【図5】カプラー２４（ＷＩＮＣ＃４）における導波路幅と実効屈折率を示す。

【図6】ＷＩＮＣ構造の結合部の模式図を示す。

【図7】結合長Ｌ_ｃに対するＬＰ１１ａモードからＬＰ１１ａモード及びＬＰ１１ｂからＬＰ２１ａモードの透過率の一例であり、（ａ）はｇ＝５．５μｍ、（ｂ）はｇ＝６．５μｍ、（ｃ）はｇ＝７．５μｍの場合を示す。

【図8】Ｌ_ｄに対する式（５）及び（６）の特性を示す。

【図9】温度に対する波長特性の一例を示す。

【図10】本実施形態に係るマルチモード増幅システムの構成例を示す。

【図11】本実施形態に係る光伝送システム構成例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。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。

【0012】

（実施形態例１）
図１は、本実施形態のモード特性補償器を説明する図である。本実施形態のモード特性補償器は、全ての導波路の高さｈが一定の場合の６モードのモード合分波器であり、さらに６モードの損失差・利得差を補償する機能を備える。図１では、本開示の一例として、６つの基本モード（ＬＰ０１）モードが入力され、互いに異なる６つのモード（ＬＰ０１モード、ＬＰ１１ａモード、ＬＰ１１ｂモード、ＬＰ２１ａモード、ＬＰ２１ｂモード、ＬＰ０２モード）に合波する例を示す。

【0013】

モード特性補償器は、主導波路１１及び副導波路１２，１３に非接触であり、カプラーを持つｍ本（ｍは３以上の整数）の脇導波路１５～１９をさらに備える。脇導波路１５～１９は、所望の光の波長範囲に対して、伝搬するモードの実効屈折率が主導波路１１の低次側のｍ個の高次モードの実効屈折率と排他的に一致していることを特徴とする。

【0014】

図１ではｍ＝５の場合の構成例を示し、脇導波路１５はカプラー２１－２を持ち、脇導波路１６はカプラー２１－３を持ち、脇導波路１７はカプラー２１－４を持ち、脇導波路１８はカプラー２１－５を持ち、脇導波路１９はカプラー２１－６を持つ。各カプラーは、主導波路１１との間でモード変換を発生させ、光パワーを移行させる。図１では、カプラーを「ｃｏｕｐｌｅｒ」と表示している。

【0015】

モード特性補償器は、主導波路１１、副導波路１２，１３及び脇導波路１５～１９に非接触である少なくとも１本の中間導波路１４を備える。主導波路１１、副導波路１２，１３、中間導波路１４及び脇導波路１５～１９は、導波路の高さｈが同じであり、主導波路１１、副導波路１２，１３、中間導波路１４及び脇導波路１５～１９の少なくとも１つがＬＰ１１ａモードをＬＰ１１ｂモードに変換するモード回転子２５、２６を含む。また、主導波路１１は、長手方向に導波路幅が連続的に増加し、カプラー２２で副導波路１２から主導波路１１に結合したＥ３１モードをＥ１３モードに変換するテーパー３１を含む。また、主導波路１１は、長手方向に導波路幅が連続的に減少し、Ｅ１３モード及びＥ３１モードをＬＰ２１ｂモード及びＬＰ０２モードに変換するテーパー３２を含む。この６モード合分波器に備わる各カプラーを後述のＷＩＮＣディバイダ（波長無依存カプラー型任意分岐比ディバイダ）にすることにより、ヒーターによるダイナミックなモード制御が可能となる。

【0016】

図２は、各カプラー２１～２４（ｃｏｕｐｌｅｒ１、ｃｏｕｐｌｅｒ２、ｃｏｕｐｌｅｒ３、ｃｏｕｐｌｅｒ４）が備えるＷＩＮＣディバイダの構造の一例である。カプラー２１は、カプラー２１－２～２１－６を含む。なお、図１の各カプラー２１～２４は、このように複数ある結合部を１つに省略して図示している。

【0017】

各カプラーは、２つの平行導波路１１１及び１１２により構成されており、複数の結合部１２１及び１２２を備え、結合部１２１及び１２２の間に並行する導波路１１１及び１１２間で伝搬遅延差を生じる遅延部１２３を有している。導波路１１１上の結合部１２１側の端部にポート＃１が配置され、導波路１１２上の結合部１２１側の端部にポート＃２が配置され、導波路１１１上の結合部１２２側の端部にポート＃３が配置され、導波路１１２上の結合部１２２側の端部にポート＃４が配置されている。

【0018】

遅延部１２３には、遅延量ΔＬを調整するヒーターが備わっている。結合部１２１及び１２２では、伝搬するモードの半分程度、例えば０．４～０．６倍のパワーが他方の導波路に移るよう結合長Ｌ_ｃや導波路間隔ｇなどのパラメータが設定されている。図２では、一例として、「３ｄＢ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｄｅｒ」と記載している。遅延部の導波路１１１の長さＬ_１は、Ｌ_ｍ＋２Ｌ_ｄで表される。遅延部の導波路１１２の長さＬ_２は、Ｌ_１＋ΔＬで表される。導波路１１１及び１１２の幅ｗ_１及びｗ_２、高さｈ、導波路間隔ｇ、結合長Ｌ_ｃなどのパラメータを適切に設計し、ヒーターにより遅延量ΔＬを調整することで、モードの強度比率を変えることが出来る。すなわち、各モードについて強度調整が可能となるため、各モードの強度差を補償することができる。

【0019】

図３に、各カプラーの構造パラメータの説明図を示す。導波路２０が、曲率半径Ｒで曲がり、角度θのところで逆方向にＳ字形状に曲がっている例を示す。ｘ軸方向の長さｓ_ｄ、半径Ｒ、ｚ軸方向の長さＬ_ｄは下記式の関係がある。

【数1】

上式により、Ｌ_ｄとＲが定まれば、ｓ_ｄを求めることができる。

【0020】

図４に、各カプラーの構造パラメータの値の一例を示す。カプラー２１（ＷＩＮＣ＃１）では入力ポート＃２から入力されたＬＰ０１モードが出力ポート＃３ではＬＰ１１ａモードに、カプラー２２（ＷＩＮＣ＃２）では入力ポート＃２から入力されたＬＰ１１ａモードが出力ポート＃３ではＥ３１モードに、カプラー２３（ＷＩＮＣ＃３）では入力ポート＃２から入力されたＬＰ１１ａモードが出力ポート＃３ではＥ３１モードに、カプラー２４（ＷＩＮＣ＃４）では入力ポート＃２から入力されたＬＰ１１ｂモードが出力ポート＃３ではＬＰ２１ａモードに、変換される。

【0021】

図５にＷＩＮＣ＃４における導波路幅と実効屈折率を示す。カプラー２４（ＷＩＮＣ＃４）では、ＬＰ１１ｂモードからＬＰ２１ａモードを好きな割合で励振したい。一方で、ＬＰ１１ａモードがＬＰ０１モードに変換されてしまう。図６に、カプラー２４におけるＷＩＮＣ構造の結合部の模式図を示す。図６で示すように、ＬＰ１１ａモードは主導波路１１をそのまま抜け、ＬＰ１１ｂモードがＬＰ２１ａモードに３ｄＢに分割するような動作となる設計が必要になる。

【0022】

図７に、カプラー２４の導波路間隔ｇを、（ａ）５．５μｍ、（ｂ）６．５μｍ、（ｃ）７．５μｍに設定した場合の、結合長Ｌ_ｃに対するＬＰ１１ａモードからＬＰ１１ａモード（ポート＃１からポート＃３）への透過率、およびＬＰ１１ｂモードからＬＰ２１ａモード（ポート＃２からポート＃３）への透過率を示す。例えば、ｇ＝７．５μｍ、Ｌ_ｃ＝１０ｍｍのとき、ＬＰ１１ａモードからＬＰ１１ａモード（ポート＃１からポート＃３）への透過率は略１、ＬＰ１１ｂモードからＬＰ２１ａモード（ポート＃２からポート＃３）への透過率は略０．５である。このため、ｇ＝７．５μｍ、Ｌ_ｃ＝１０ｍｍのとき、ＬＰ１１ａモードは主導波路１１をそのまま抜け、ＬＰ１１ｂモードがＬＰ２１ａモードに３ｄＢに分割する動作となる。このように、導波路間隔ｇ及び結合長Ｌ_ｃを調整することで、ＬＰ１１ａモードは主導波路１１をそのまま抜け、ＬＰ１１ｂモードがＬＰ２１ａモードに３ｄＢに分割する動作となることが分かる。

【0023】

以上により、６モードの各モードについてＷＩＮＣディバイダ構造により各モードの強度を調整し、モード間損失差およびモード利得差を補償するデバイスを実現することが出来る。

【0024】

なお、本開示のモード特性補償器は、逆方向から６モードのモード多重信号を入力することで、モード間の強度差を補償した基本モードを出力するモード分波器として機能する。このため、本開示はモード間の強度差を補償可能なモード合分波器を提供することができる。また、本実施形態例では６モードについて例示したが、各モードについてＷＩＮＣ構造を用いることで任意のモード数でモードの損失差、利得差の補償が実現可能である。

【0025】

（実施形態例２）
本実施形態では、６モードのモード特性補償器について、波長依存性を低減する設計として、遅延部における導波路１１１及び１１２間の遅延量ΔＬを調整する例について説明する。

【0026】

図２のポート＃２にＬＰ０１モードの光を入射した場合の、ポート＃３からのＬＰ１１ａモードの光の出力パワーは、次式で表される。

【数2】

【0027】

ここで、Ａ３は図２のポート＃３の複素振幅、κは結合部１２１及び１２２での結合係数、Ｌ_ｃは結合部１２１及び１２２での結合長である。また、結合部１２１及び１２２の結合（偶奇）モード、導波路１１１，１１２を伝搬するモードの伝搬定数をそれぞれβ_ｅ、β_ｏ、β_１、β_０としたとき、
（数３）
ｑ＝（β_ｅ－β_ｏ）／２
δ＝（β_１－β_０）／２
Δφ＝β_０（Ｌ_２＋Ｌ_ｃ）－β_１（Ｌ_１＋Ｌ_ｃ）
とする。ここで、Ｌ_１は遅延部の導波路１１１の長さ、Ｌ_２は遅延部の導波路１１２の長さである。

【0028】

今、中心波長を１５５０ｎｍとし、中心波長において、導波路１１１，１１２のＬＰ１１ａ、ＬＰ０１モードが位相整合し（δ＝０）、結合部１２１及び１２２が適切に動作する設計（ｑＬ_ｃ＝π／４）において、ポート＃２にＬＰ０１モードの光を入射した場合の、ポート＃３からのＬＰ１１ａモードの光の出力パワーは、

【数4】

となる。

【0029】

広帯域に１００％に近い透過率を得るためには、上式が１で、なおかつ、Δφの波長依存性が小さければよい。よって、広帯域設計のための条件式は下記である。

【数5】

【数6】

なお、ｋ＝（ｑ^２－δ^２）^１／２、λ_０は光の波長、ｋ（波数）を２π／λ_０、Ｎ_１、Ｎ_２はそれぞれ導波路１１１、１１２の群屈折率である。

【0030】

図８にＬ_ｄに対する式（５）及び（６）の特性を示す。図８（ａ）はＷＩＮＣ＃１、図８（ｂ）はＷＩＮＣ＃２、図８（ｃ）はＷＩＮＣ＃３、図８（ｄ）はＷＩＮＣ＃４の特性を示す。そこで、式（６）の値が０に近くかつ式（５）の値が１に近い値になるように、ＷＩＮＣ＃１～＃４のＬ_ｄを選択する。例えば、ＷＩＮＣ＃１：Ｌ_ｄ＝２６１８μｍ、ＷＩＮＣ＃２：Ｌ_ｄ＝１０６２６ｍ、ＷＩＮＣ＃３：Ｌ_ｄ＝６５９０μｍ、ＷＩＮＣ＃４：Ｌ_ｄ＝３４０８μｍにおいて広帯域設計となる。Ｌ_ｍは全てのＷＩＮＣに対して４０００μｍである。その他の構造パラメータは図４に示すとおりである。

【0031】

図９に、温度に対する波長特性の一例を示す。図９（ａ）はＷＩＮＣ＃１、図９（ｂ）はＷＩＮＣ＃２、図９（ｃ）はＷＩＮＣ＃３、図９（ｄ）はＷＩＮＣ＃４の特性を示す。図９に示すように、各波長において、温度を８０°にすると透過率は６０％程度まで低下し、温度を０°にすると透過率は１００％近くまで上げることができる。このため、導波路１１２の遅延部１２３のヒーターの温度を調整することで、広帯域にモードの強度を調整できる。

【0032】

（実施例形態３）
図１０に、本開示に係るマルチモード増幅システムの構成例を示す。６モード（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ，ＬＰ２１ａ，ＬＰ２１ｂ，ＬＰ０２モード）の利得補償の構成例を示す。６モード対応のマルチモードＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ－Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ－Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）８１の後段のモード分波器８２により各モードが基本モードであるＬＰ０１モードに変換される。マルチモードＥＤＦＡ８１に入力される信号が波長多重信号の場合、モード分波器８２では、増幅後の波長多重信号がモードごとに分波される。それぞれの波長多重信号は、波長利得補償器（ＤＷＧ補償）８３を通り、モードごとに波長間の利得差の補償が行われる。

【0033】

その後、モード間の利得差を補償する機能を有するモード合波器８４による合波する。このとき、波長利得補償器８３は、モード分波器８２で分波前のモードに変換し、合波する。モード合波器８４は、実施例形態１及び２で説明した本開示のモード特性補償器を用いることができる。このため、波長利得補償器８３で波長利得補償された波長多重信号間の利得差を補償することができる。

【0034】

なお、６モード全てを使う必要はなく、モード数を限定して励振しても良く、モード分波器で全ての６モードを分波しても良いし、限定的なモードだけを分波しても良い。また、マルチモードＥＤＦＡ８１に代えて、複数のモードを有する波長多重信号を増幅可能な任意のマルチモード光増幅器を用いることができる。

【0035】

図１１に本開示に係るモード多重伝送システムの構成例を示す。本システムでは、ｎ個の波長多重信号を送信する波長多重信号送信機９１と、ｎ個の波長多重信号を波長分離し受信する波長多重信号受信機９２と、各波長多重信号送信機９１からの波長多重信号を互いに異なるモードのモード多重信号に合波するモード合波器９３と、モード多重信号をモードごとに分離するモード分波器９４と、モード合波器９３及びモード分波器９４を接続するモード数がｎであるマルチモードファイバ９５と、を有している。モード合波器９３及びモード分波器９４の少なくともいずれかは、実施形態例１または２に記載のモード特性補償器を用いる。

【0036】

モード合波器９３は、ｎ個の波長多重信号を互いに異なるモードのモード多重信号に合波する。本開示のモード多重伝送システムは、本開示のモード特性補償器を備えるため、モード間の強度差の少ないモード多重信号をマルチモードファイバ９５において伝送することができる。

【0037】

また、モード分波器９４は、マルチモードファイバ９５で伝搬されたｎ個のモード多重信号をモードごとに分離する。これにより、ｎ個の波長多重信号がモード分波器９４から出力される。本開示のモード多重伝送システムは、本開示のモード特性補償器を備えるため、モード多重信号にモード間の強度差が生じた場合であっても、モード間の強度差を補償し、均一な強度の波長多重信号を受信機９２に出力することができる。

【0038】

伝送の中継では、マルチモードアンプ９６、さらには利得補償器９７を有していてもよい。マルチモードアンプ９６及び利得補償器９７は、図１０に示す構成を採用することができる。例えば、マルチモードアンプ９６はマルチモードＥＤＦＡ８１を備え、利得補償器９７はモード分波器８２、波長利得補償器８３及びモード合波器８４を備える。

【0039】

なお、本明細書においてはガラス系材料を用いた平面光波回路に関する実施例を記載したが、その材料は当然ほかのものであってもかまわない。たとえば、ＳｉやＩｎＧａＡｓＰなどの半導体、またポリマーなどの有機物を用いた平面光波回路であっても、本明細書記載の実施形態例と同様の効果を得ることができる。また、使用する波長帯に関しても、本明細書記載の実施形態例では１．５～１．６μｍ程度としているが、より波長の長い中赤外領域（２μｍ以上）や可視光帯であっても構わない。

【0040】

以上説明したように、本開示のモード特性補償器は、
６モードを主導波路に合波する光合波器であって、
各モードを主導波路に結合するカプラー（２１～２４）に、
ＷＩＮＣディバイダと、
各ＷＩＮＣディバイダの遅延部の遅延量ΔＬを可変とする手段（遅延部の温度を調整するヒーター）と、を備え、
各カプラーに備わる遅延部の遅延量ΔＬを調整することで、各モードの強度差を補償可能にする。これにより、本実施形態のモード特性補償器は、モード損失差・利得差補償器として機能する。

【0041】

ここで、本開示のモード特性補償器は、
ｎ（ｎは４以上の整数）個のモードが伝搬可能であり、長手方向に導波路幅が連続的に変化するテーパー部を持つ主導波路（１１）と、
前記主導波路１１に非接触であり、前記主導波路との間でモード変換を発生させ、光パワーを移行させる結合部を持つ導波路（１２～１６）と、
を基板上に備えるモード特性補償補償器であって、
ｍ（ｍは２以上の整数）以上のモードを伝搬可能な導波路１と
導波路１（１１１）と平行した導波路２（１１２）と、
平行に配置された前記導波路１と前記導波路２のそれぞれが近接する結合部を２つ以上有し、
導波路間で結合しない領域である遅延導波路部を前記結合部の間に有し、
導波路１と導波路２の遅延部において生ずる光波の位相遅延差Δτが前記遅延部の遅延量ΔＬにより調整され、
導波路１と導波路２が近接する部分において、
所望の光の波長範囲に対して、導波路２を伝搬するモードの実効屈折率が、導波路１のｍ－１個のモードの実効屈折率と排他的に一致するよう導波路幅・高さ・比屈折率差が調整され、
結合部の長さ及び結合部における導波路間隔が、モード変換により導波路２を導波する光パワーの０．４～０．６倍が導波路１を伝搬するよう定められることを特徴とするモード合分波器を具備し、
モードごとに強度を調節できることを特徴とし、
脇導波路１５から主導波路１１に結合したＬＰ１１ａモードは主導波路１１をそのまま抜け、
中間導波路１４のＬＰ０１モードが、主導波路１１のＬＰ２１ａモード、中間導波路１４のＬＰ０１モードに３ｄＢに分割される、
構成を採用した。

【0042】

（本開示の効果）
６モードのモード特性補償器について、ＷＩＮＣ構造を用いることでダイナミックにモードの強度を調整することが出来、本デバイスを伝送路中で用いることで、モード依存損失の補償、マルチモード増幅器に用いることでモード利得差補償が可能となる。

【0043】

（本開示のポイント）
４以上のモードのモード合波器の結合器（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ：ＡＤＣ）にＷＩＮＣディバイダに適用することにより、ヒーターによるダイナミックなモード間の利得差の補償の制御が可能になる。
特に、導波路間隔ｇ及び結合長Ｌ_ｃを適切に設計することで、ＬＰ１１ａモードは主導波路１１をそのまま抜け、ＬＰ１１ｂモードがＬＰ２１ａモードに３ｄＢに分割するような動作設計が可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本開示は情報通信産業に適用することができる。

【符号の説明】

【0045】

１１：主導波路
１２、１３：副導波路
１４：中間導波路
１５、１６、１７、１８、１９：脇導波路
２０：導波路
２１－２，２１－３，２１－４，２１－５，２１－６，２２，２３，２４：カプラー
８１：マルチモードＥＤＦＡ
８２：モード分波器
８３：波長利得補償器
８４：モード合波器
９１：波長多重信号送信機
９２：波長多重信号受信機
９３、９４：モード合分波器
９５：マルチモードファイバ
９６：マルチモードアンプ
９７：利得補償器
１１１、１１２：導波路
１２１、１２２：結合部
１２３：遅延部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】