JP5079664B2

JP5079664B2 - 光波長分割多重通信システム並びに励振器及びモードフィルタ

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Publication number: JP5079664B2
Application number: JP2008290073A
Authority: JP
Inventors: 信智半澤; 恭三辻川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Inc USA
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Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2012-11-21
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Description

本発明は、光波長多重通信システム並びに励振器及びモードフィルタに関し、より詳細には、マルチモード光ファイバケーブルと波長の異なる複数の信号光を用いる光波長分割多重型（ＷＤＭ）技術を活用する光波長多重通信システム並びに励振器及びモードフィルタに関する。

現在、ユーザ系から短中距離の通信への適用を目指して１Ｇｂｐｓおよび１０Ｇｂｐｓ−Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などの光ＬＡＮ技術が急速に普及している。特にコア径の大きなマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）と安価な０．８μｍ近傍を中心波長とする光源や受光器を組み合わせたシステムが短距離の伝送を中心に用いられている。

しかしながら、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の規格ではグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の屈折率分布を持つＭＭＦの伝送距離は、伝送速度１Ｇｂｐｓで５５０ｍ、最近の広帯域のＭＭＦを用いた場合でも１０Ｇｂｐｓでは３００ｍとされている。これはマルチモードファイバ特有の多モード分散によって信号劣化が生じてしまうためである。

また、伝送容量の拡大、高速化には波長分割多重（ＷＤＭ）伝送が有効であるにもかかわらず、ＭＭＦに対しては、これまでＷＤＭ伝送はほとんど行われてこなかった。これは、多モード分散にコアガラスの材料分散が加わるため、屈折率分布の制御によって多モード分散を広い波長領域で小さくすることが困難であったためである。この問題を解決するために、例えば、伝送路用のＭＭＦに、それとは別個の多モード分散を補償するための分散補償用のＭＭＦを接続する方法が提案されている（非特許文献１参照）。

図１に、従来のＭＭＦ伝送路と多モード分散補償用ＭＦＦを用いたシステム構成例を示す。それぞれ異なる波長λ_１〜λ_ｎの信号光を出力するｎ個の光送信器１１１が光合波器１１２に接続され、合波された信号光は光合波器１１２の出力端に接続されたＭＭＦ伝送路１１３に入射される。ＭＭＦ伝送路１１３の他端は、波長λ_１〜λ_ｎの信号光をそれぞれ受信するｎ個の光受信器１１６が接続された光分波器１１４に接続されている。光分波器１１４と各光受信器１１６との間には、分散補償用ＭＭＦ１１５がそれぞれ接続されている。

しかし、図１に示すように、各光受信器１１６の前段に分散補償用ＭＭＦ１１５を設置した場合、ＭＭＦ伝送路１ｋｍに対して厳密に屈折率分布を制御した分散補償用ＭＭＦ１１５が１００ｍ程度必要とされており、コスト増加や分散補償用ＭＭＦ１１５の追加設置のための接続スペースの確保といった問題が生じる。また、分散補償用ＭＭＦ１１５の最適なファイバ長は、使用波長、ＭＭＦ伝送路長に応じて変化し、原理的にＭＭＦ伝送路１１３の屈折率分布が既知である必要がある。従って、この方法が適用できるのは、上述した一定の条件を満たすことができる場合に限られる。

一方、ＭＭＦにおいて、入射側に励振器を設置し、入射するモードの総数を少なくすることで（限定モード励振）、伝送距離を拡大する方法が知られている。この方法は、大別すると、（１）ＭＭＦのコア中心からずれた点に光を入力し、少数の高次のモードを励振する方法（オフセット入力）、（２）ＭＭＦのコア中心に少数の低次のモードを励振する方法があるが、例えば、最近急速に開発の進んでいる１０Ｇｂｐｓや４０Ｇｂｐｓの高速伝送時においては、（２）の低次モード励振の方が伝送距離の拡大効果は大きい（非特許文献２参照）。

図２に、従来のＭＭＦ伝送路とＳＭＦによる励振器を用いたシステム構成例を示す。この方法では、ＧＩ型のＭＭＦ伝送路２１３の入射側に、通常のＳＭＦ２１２（１．３μｍ帯ゼロ分散シングルモードファイバ）を励振器として軸ずれを抑えて接続することで１０Ｇｂｐｓや４０Ｇｂｐｓの高速伝送時に数ｋｍにおよぶ伝送距離を実現している。この構成で効果が得られる理由は、使用した波長１．３μｍにおいて、ＧＩ型のＭＭＦ伝送路２１３の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径（ＭＦＤ）とＳＭＦ２１２のＭＦＤがほぼ一致しており、シングルモード状態での励振が実現されているためと考えられる。

しかし、この従来の方法では、使用波長は励振器として用いるＳＭＦ２１２のシングルモード波長域（典型的には１．２６μｍ以上の波長域）に限定され、０．８μｍ近傍や０．６μｍ近傍の安価な光源やデバイスを活用することができない。この問題を解決するために、原理的には０．６μｍから０．８μｍ付近でシングルモードとなるファイバを励振器に用いることも考えられる。

竹永勝宏、官寧、松尾昌一郎、姫野邦治、「ＷＤＭ伝送用マルチモード分散補償ファイバ」、電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、２００３年、ＳＢ−７−４Ｄ．Ｈ．Ｓｉｍ，Ｙ．Ｔａｋｕｓｈｉｍａ，Ｙ．Ｃ．Ｃｈｕｎｇ，"Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆ１０Ｇｂ／ｓａｎｄ４０Ｇｂ／ｓＳｉｇｎａｌｓｏｖｅｒ３．７ｋｍｏｆＭｕｌｔｉｍｏｄｅＦｉｂｅｒｕｓｉｎｇＭｏｄｅ−ＦｉｅｌｄＭａｔｃｈｅｄＣｅｎｔｅｒＬａｕｎｃｈｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅ"，ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００７．ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ２００７．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ、２５−２９Ｍａｒｃｈ２００７，ｐｐ．１−３ＫｕｎｉｍａｓａＳｉｔｏｈ，ＹｕｋｉｈｉｒｏＴｓｕｃｈｉｄａ，ＭａｓａｎｏｒｉＫｏｓｈｉｂａ，"Ｅｎｄｌｅｓｓｌｙｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｈｏｌｅｙｆｉｂｅｒｓ：ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｏｒｅｄｅｓｉｇｎ"，ＯｐｔｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００５，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２６，ｐｐ．１０８３３−１０８３９熊谷智宣、姚兵、大薗和正、黒沢芳宣、立蔵正男、「フォトニッククリスタルファイバとＳＭＦの接続検討」、電子情報通信学会総合大会、２００４年、Ｃ−３−１４３ＫｕｎｉｍａｓａＳａｉｔｏｈ，ＭａｓａｎｏｒｉＫｏｓｈｉｂａ，"Ｅｍｐｉｒｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｓｉｍｐｌｅｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｓ"，ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａ，ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，１０Ｊａｎｕａｒｙ２００５，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１，ｐｐ．２６７−２７４

しかしながら、通常の構造のファイバでは、ＭＦＤが小さくなってしまいＭＭＦ伝送路２１３のＭＦＤと一致させることが困難となるため、シングルモード励振ができない。同時にＭＭＦ伝送路２１３との間に接続損失が生じてしまうため、十分な効果が得られない。または、効果が仮に得られるとしても、その効果は特定の波長域（励振器がシングルモード動作する波長域）に限定されてしまう。さらに、ステップインデックス型（ＳＩ型）のＭＭＦの基底伝搬モードＬＰ０１のＭＦＤは４０μｍ程度にも及ぶため、励振器の挿入損失が極めて大きくなり、この手法を適用しても効果が期待できない。

すなわち、従来構造のファイバを用いる限り、広い波長域で動作し、挿入損失が小さいシングルモード励振器を実現できなかった。従って、ＭＭＦを用いて０．６μｍから１．６μｍ帯といった幅広い波長帯を自由に用いて高速ＷＤＭ伝送を行うことは従来非常に困難であった。なお、以上の励振器に関する議論は、受信器側伝搬モードＬＰ０１以外を除去するために用いるモードフィルタに対しても、同様に成り立つ。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＭＭＦ光ケーブルを利用して、０．６μｍから１．６μｍ帯の伝送波長域を自由に用いることができ、かつ波長毎の伝送可能距離を大幅に拡大することができる光波長多重通信システム並びに励振器及びモードフィルタを提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する２つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を含む送信器と、シングルモード状態で入力された信号光を伝搬するマルチモード光ファイバケーブル伝送路と、信号光を分波する分波器及び前記分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器とから構成される光波長分割多重通信システムにおいて、信号光の高次モードを除去し、シングルモードの光を励振する励振器を前記送信器中の光合波器の後段又はマルチモード光ファイバケーブル伝送路の前段若しくは途中に備え、前記励振器は、前記送信器中の光源が出力する信号光の最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用い、前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源から出力された信号光の波長λ _Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）の平均波長１／ｎ・Σλ _Ｎでのモードフィールド径が、前記平均波長における前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する２つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を含む送信器と、シングルモード状態で入力された信号光を伝搬するマルチモード光ファイバケーブル伝送路と、信号光を分波する分波器及び前記分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器とから構成される光波長分割多重通信システムにおいて、信号光の高次モードを除去し、シングルモードの光を励振する励振器を前記送信器中の光合波器の後段又はマルチモード光ファイバケーブル伝送路の前段若しくは途中に備え、前記励振器は、前記送信器中の光源が出力する信号光の最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用い、前記のマルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源の内の１つから出力された信号光の波長λ _Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）におけるモードフィールド径が、前記波長λ _Ｎにおける前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の波長分割多重通信システムにおいて、前記励振器と前記受信器との間のマルチモード光ファイバケーブル伝送路の途中に、前記最短波長λ-_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の波長分割多重通信システムにおいて、最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを前記受信器中に備えたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の波長分割多重通信システムで用いられるモードフィルタであって、前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源から出力された信号光の波長λ_Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）の平均波長１／ｎ・Σλ_Ｎでのモードフィールド径が、前記平均波長における前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項３又は４に記載の波長分割多重通信システムで用いられるモードフィルタであって、前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源の内の１つから出力された信号光の波長λ_Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）におけるモードフィールド径が、前記波長λ_Ｎにおける前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする。

本発明は、励振器又は伝送路中にモードフィルタとして短尺のフォトニック結晶光ファイバ（ＰＣＦ）を設置することで基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬し、ＬＰ０１以外のモードの光パワーを抑圧し、伝送距離を制限する要因であった多モード分散の影響を軽減することで、伝送距離を大幅に拡大することができる。

また、ＬＰ０１以外のモードの光パワーが抑圧されていることからＬＰ０１モードとＬＰ０１以外のモードとのモード間結合（モード間での光パワーのやりとり）も比較的小さい。そのため、励振器によってシングルモード光を入力後、ＭＭＦ伝送路中の接続点や曲げなどによって、各信号波長λ_ＮにおいてＬＰ０１以外の高次モードが発生したとしても、伝送路途中や受信器にモードフィルタを適宜配置してこれらを除去することにより、信号劣化を生じさせることなく伝送距離を拡大することができる。

さらに、ＰＣＦはその空孔構造を最適化することによって、すべての波長域でシングルモード動作することが可能であり、かつＭＦＤについてもシングルモード条件を保ちつつ任意の径に調整することができる。従って、ＰＣＦによって、広波長域で動作し、挿入損失の小さい励振器やモードフィルタを実現でき、ＭＭＦ伝送路とこれらの励振器やモードフィルタを利用した広波長域ＷＤＭ伝送システムを実現することができる。

本発明のＷＤＭ通信システム構成によれば、既存のＭＭＦケーブルやＶＣＳＥＬなどの経済的な短波長用光源を活用し、従来技術では困難であった０．６μｍから１．６μｍ帯の伝送波長域を自由に用いた高速ＷＤＭ伝送を実現するとともに、波長毎の伝送可能距離を大幅に拡大することが可能となる。

特に、既存のルートに敷設されたＭＭＦを用いて１波長、１Ｇｂｐｓ程度の伝送速度のシステムが既に導入されている場合、そのＭＭＦを張り替えることなくＷＤＭ化や、１波長当りの高速化（１０Ｇｂｐｓ化、４０Ｇｂｐｓ化）といったバージョンアップを容易に実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図３（ａ）〜（ｄ）に、本発明の一実施形態に係るＷＤＭ通信システムの構成例を示す。送信器３１１は異なる波長を出力するＮ個の光源３１７と光合波器３１２から構成される。光合波器３１２で合波されたＮ個の信号光は、ＭＭＦ伝送路３１３を伝搬し、受信器３１５において波長毎に各受光回路３１８でそれぞれ受信される。図３（ａ）では、短尺のＰＣＦによる励振器３１６は、送信器３１１中に実装され、光合波器３１２の前方のＭＭＦ伝送路３１３側、すなわち光合波器３１２の出力端側に設置する。

尚、本明細書では、標準的なコア径５０μｍ及び６２．５μｍのＭＭＦ（ＧＩ型又はＳＩ型）を想定しているが、ＭＭＦ伝送路３１３のコア径はこれに限定されることはなく、その他のコア径でも励振器３１６又はモードフィルタ３１９として用いるＰＣＦの構造を適宜変えることによって、同様な効果を得ることができる。

一方、図３（ａ）の構成においては、伝送距離、曲げや接続点などの条件に応じて、伝送路途中で高次モードが発生し、多モード分散による信号劣化が生じる場合がある。その場合は、高次モードを除去するモードフィルタ３１９を受信器３１５中の光分波器３１４の後方のＭＭＦ伝送路３１３側、すなわち光分波器３１４の入力端側に設置する（図３（ｂ））、又はさらにＭＭＦ伝送路３１３の途中の接続点にも設置する（図３（ｃ））ことで伝送劣化を防ぐことができる。尚、状況に応じて、モードフィルタ３１９を前述の位置以外の異なる場所に複数個設置してもよい。

さらには、図３（ｄ）の構成のように、短尺のＰＣＦによる励振器３１６を、送信器３１１の外の各種の光ファイバ伝送路（ＳＭＦ、ＭＭＦ、ＰＣＦなど）３２０の途中の接続点に設置する構成も可能である。

本発明の一実施形態に係る短尺のＰＣＦによる励振器３１６又はモードフィルタ３１９の構造と構成例について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）中の励振器３１６として、例えば、既に多くの研究発表が報告されている三角格子状に空孔が配置されたＰＣＦ（非特許文献３参照）を使用できる。

図４（ａ）〜（ｃ）に、三角格子状に空孔が配置されたＰＣＦの基本構造を示す。図４において、Λは空孔の間隔、ｄは空孔の径で、材料としては一般に純石英ガラスが用いられる。また、図４（ａ）は中心のコア部分が空孔１個分、（ｂ）は中心のコア部分が空孔３個分、（ｃ）は中心のコア部分が空孔７個分に相当する構造である。

図４（ａ）の構造のＰＣＦでは、空孔直径をｄ、空孔間隔をΛとすると、空孔の占有率を表すパラメータｄ／Λが約０．４２４よりも小さい場合、伝送波長がどんなに短くなってもＬＰ０１モードのみを伝搬し、完全なシングルモードで動作することが理論的に明らかにされている（非特許文献３参照）。同様に、図４（ｂ）の構造ではｄ／Λが約０．１６５よりも小さい場合に、図４（ｃ）の構造ではｄ／Λが約０．０４６よりも小さい場合に、完全なシングルモードで動作することが理論的に明らかにされている。

従って、ｄ／Λについて前記条件を満たすように設計したＰＣＦであれば、送信器３１１がどのような波長の信号光を使用しても本発明の励振器３１６又はモードフィルタ３１９として用いることができる。

又は、本発明のＷＤＭ通信システム中の光源３１７の最短波長をλ_１としたとき、励振器３１６又はモードフィルタ３１９はこの波長λ_１でシングルモード動作するように設計されていれば良い。

図５に、光ファイバの動作波長、コア半径、屈折率の値によらず伝搬特性を統一的に記述できる正規化周波数ＶとΛ／λの関係を図４（ａ）の構造のＰＣＦについて算出したグラフを示す。尚、正規化周波数Ｖは下記で定義される。

ここで、ｋは波数、ｎ_１はコアの屈折率、ａはコア径、Δは非屈折率差である。図５中のＶ＝２．４０５よりＶ値が小さければシングルモードで伝搬し、大きい場合には多モード伝搬になる。ｄ／Λ＝０．４２４ではＶ値が２．４０５を超えることが無く波長に依存せずシングルモードで動作する。仮に、ｄ／Λが０．４２４以上であっても、空孔間隔Λを調整して波長λ_１においてＶ値を２．４近傍もしくはそれ以下とすることができれば、シングルモード条件が満たされるので、そのように設計したＰＣＦであれば本発明の励振器３１６又はモードフィルタ３１９として用いることができる。つまり使用するＰＣＦのｄ／Λの条件は、最短波長λ_１の値に応じて緩和することができ、最短波長λ_１においてＬＰ０１モードのみを伝搬するという条件下で、ｄ／Λの値を適宜選択することができる。

但し、後述の実施形態２で述べるように、本発明の励振器３１６又はモードフィルタ３１９のＭＦＤは、ＭＭＦ伝送路３１３と接する端面側でＭＭＦ伝送路３１３のＭＦＤと整合あるいは概略一致していることが好ましい。その観点からは、ｄ／Λが０．４２４以下である方が、空孔間隔Λの値を自由に変化させることができるので、ＭＦＤの調整が容易になる。

次に図６（ａ）に、本発明の一実施形態に係る励振器３１６又はモードフィルタ３１９の構成例を示す。励振器３１６又はモードフィルタ３１９は、上述のｄ／Λの条件を満たす短尺のＰＣＦ６１２の両端に、図３のＭＭＦ伝送路３１３と同様な構造のＭＭＦ光コード６１１と６１３とを融着接続して作製できる。ＰＣＦ６１２の長さとしては、クラッド部分を伝搬するクラッドモードを除去するために数ｃｍから１ｍ程度とすれば十分である。

また、図６（ｂ）に、ＰＣＦの片側のみにＭＭＦ光コードを融着接続した励振器３１６又はモードフィルタ３１９の構成例を示す。ＭＭＦ光コードが接続されていない側のＰＣＦの端面は開放端として各種コネクタなどを取り付けて接続することも可能である。

また、図６（ｃ）に、片端にＭＭＦ光コード６３１を、もう１つの片端にＳＭＦ光コード６３３を、ＰＣＦ６３２の両端に融着接続した励振器３１６又はモードフィルタ３１９の構成例を示す。この構成は、ＳＭＦ用光源や図３（ｄ）のようにＳＭＦ伝送路３１９と励振器３１６を接続する場合に好適となる。この際は、上述したようにＰＣＦ断面構造のシングルモード条件、つまりｄ／Λに関する条件を維持しながら、加熱延伸などの方法によって適宜ＰＣＦをテーパ化し、それぞれの端面においてＳＭＦ光コード、ＭＭＦ光コードのＭＦＤと整合させることが好ましい。

図６（ａ）〜（ｃ）の励振器３１６又はモードフィルタ３１９は、短尺なのでＭＭＦ光ファイバコードとＰＣＦのファイバ部分の伝送損失は無視できる。一方、空孔のない通常の構造の光ファイバ（ＳＭＦ）とＰＣＦとの融着接続損失は、放電時間などの条件を最適化し、両者のファイバのＭＦＤが比較的よく整合している場合は、１箇所あたり０．２ｄＢ程度の値が実現可能である（非特許文献４参照）。このことから、コア径のより大きなＭＭＦ光ファイバコードとＰＣＦの融着接続を行う図６（ａ）〜（ｃ）の構成においても、挿入損失が０．５から１ｄＢ程度の低損失な励振器３１６又はモードフィルタ３１９が実現できる。

上述の励振器３１６又はモードフィルタ３１９では、通常の構造の光ファイバに対して効果が確認されている（Ａ）曲げの付与、（Ｂ）屈折率整合材の塗布、（Ｃ）被覆膜厚を厚くするなどの方法を用いて、クラッドモード光の伝搬を防ぐことができる。従って、加えてこれらの方法を用いれば、図６（ａ）〜（ｃ）の構成をさらに短尺化、小型化することができる。

上述したように図６（ａ）〜（ｃ）に示す励振器３１６又はモードフィルタ３１９は小型なので、図３（ａ）、（ｂ）のように、送受信器中に実装することができる。図３（ａ）、（ｂ）の構成では、ＭＭＦ伝送路３１３の構成は変化しないため、特定の１地点から他の１地点（ＰｏｉｎｔｔｏＰｏｉｎｔ）のＭＭＦ伝送区間に、既に単一波長のシステムが導入されているような場合、旧システムの送受信器を本発明の送受信器３１１、３１５に取り替えることで容易に通信や光ＬＡＮシステムの波長数、ひいては伝送容量の大幅な拡張を行うことができる。また、図３（ｃ）のシステム構成では伝送に用いるＭＭＦケーブルが成端収容されている途中の収容架などで、該当するＭＭＦにモードフィルタを接続すれば良い。

次に、短尺のＰＣＦによる励振器３１６又はモードフィルタ３１９のＭＦＤをＭＭＦ伝送路３１３のＭＦＤと概略一致させる方法について説明する。一例として、波長０．８μｍから１．５５μｍの範囲の複数波長の使用を想定した場合について述べる。このとき、ＧＩ型ＭＭＦのＭＦＤは典型的には、波長０．８μｍで１０μｍ程度、波長１．５５μｍで１５μｍ程度である。

図４に示すＰＣＦのＭＦＤは、一般的に通常の構造の光ファイバのＭＦＤよりも小さい。従って、ＭＦＤを概略一致させる方法として、（１）使用波長の平均値の波長において、ＭＭＦのＭＦＤの平均値とＰＣＦのＭＦＤを一致させる、（２）使用波長の１つにおいて、ＭＭＦのＭＦＤとＰＣＦのＭＦＤを一致させる、この２つが考えられる。

（１）の方法としては、例えば波長１．２μｍ（（０．８＋１．５５）／２）でＭＦＤが１２．５μｍ（（１０＋１５）／２）になる構造のＰＣＦを設計・作製すれば良い。ＰＣＦの構造から、各波長のＭＦＤを理論的に計算・予測することが可能であり、図７（ａ）の構造ＰＣＦ（ｄ＝４．０μｍ、Λ＝９．５μｍ）を用いることで、波長１．２μｍでＭＦＤがほぼ１２．５μｍの値を実現できる（非特許文献５参照）。より厳密な調整が必要な場合は、上記の構造を微調整したＰＣＦを数種類作製し、実際にＭＦＤを測定して、１２．５μｍに値が最も近い最適なＰＣＦを用いれば良い。

図８（ａ）に、図７（ａ）に示す構造を有するＰＣＦのＭＦＤの波長依存性を示す。ＭＭＦの値と全波長域で完全に一致させることはできないが、ＰＣＦのＭＦＤの波長依存性は小さく、ＭＦＤの不整合による接続損失は波長０．８μｍから１．５５μｍにおいて変動幅は０．１ｄＢ以内に抑えることができる。ＭＦＤの不整合による接続損失は以下の式で表される。

ここで、ηは接続損失、Ｗ_１、Ｗ_２はＭＭＦ、ＰＣＦのＭＦＤ値である。この方法では、いずれの波長でも平均的にＭＦＤの整合を実現し、挿入損失の増加を防ぐとともに、高次モードの光パワーを抑制することができる。

（２）の方法としては、例えば波長０．８μｍでＭＦＤが１０μｍになる構造のＰＣＦを設計・作製すれば良い。前記の非特許文献５によれば、ＰＣＦの構造から、各波長のＭＦＤを理論的に計算・予測することが可能であり、図７（ｂ）の構造のＰＣＦ（ｄ＝０．４９μｍ、Λ＝３．０μｍ）を用いることで、波長０．８μｍのＭＦＤがほぼ１０μｍの値を実現できる。より厳密な調整が必要な場合は、図７（ｂ）の構造を微調整したＰＣＦを数種類作製し、実際にＭＦＤを測定して、１０μｍに値が最も近い最適なＰＣＦを用いれば良い。

図８（ｂ）に、図７（ｂ）に示す構造を有するＰＣＦのＭＦＤの波長依存性を示す。ＭＭＦの値と全波長域で完全に一致させることはできないが、ＭＦＤが一致している０．８μｍではＭＦＤの不整合による接続損失は非常に小さく抑えられ、０．８μｍから１．５５μｍにおけるＭＦＤ不整合による接続損失の変動幅は０．０６ｄＢ以内に抑えることができる。この方法では、特定の波長でＭＦＤの厳密な整合を実現し、挿入損失の増加を防ぐとともに、高次モードの光パワーを抑制することができる。

（１）と（２）の方法は、許容される送受信間の光レベル差（ｄＢ）の波長依存性、使用光源の線幅などを考慮して、適宜選択すれば良い。つまり、他の波長に比べて特定の波長（典型的には最も短い使用波長）で伝送劣化が大きく伝送可能距離が短いと予想される場合は、（２）の方法を用いて該当の波長でＭＦＤを整合させることが好適となる。

従来技術であるＭＭＦ伝送路と多モード分散補償用ＭＭＦを用いたシステムの構成例を示す図である。従来技術であるＭＭＦ伝送路とＳＭＦによる励振器を用いたシステムの構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係るＷＤＭ通信システムの構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係るＰＣＦの断面構造の例を示す図である。ＰＣＦのＶ値とΛ／λの関係の例を示す図である。本発明の一実施形態に係る励振器又はモードフィルタの構成例を示す図である。本発明の一実施形態に係る励振器又はモードフィルタとして用いるＰＣＦの断面構造の例を示す図である。本発明の一実施形態に係る励振器又はモードフィルタとして用いるＰＣＦのＭＦＤの波長依存性を示す図である。

符号の説明

１１１、２１１、３１１光送信器
１１２、３１２光合波器
１１３、３１３ＭＭＦ伝送路
１１４、３１４光分波器
１１５分散補償用ＭＭＦ
１１６、２１４、３１５光受信器
２１２ＳＭＦ
２１３ＭＭＦ
３１６励振器
３１７光源
３１８受光回路
３１９モードフィルタ
３２０光ファイバ伝送路
６１１、６１３、６２１、６３１ＭＭＦ光コード
６１２、６２２、６３２ＰＣＦ
６３３ＳＭＦ光コード

Claims

電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する２つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を含む送信器と、シングルモード状態で入力された信号光を伝搬するマルチモード光ファイバケーブル伝送路と、信号光を分波する分波器及び前記分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器とから構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
信号光の高次モードを除去し、シングルモードの光を励振する励振器を前記送信器中の光合波器の後段又はマルチモード光ファイバケーブル伝送路の前段若しくは途中に備え、前記励振器は、前記送信器中の光源が出力する信号光の最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用い、前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源から出力された信号光の波長λ _Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）の平均波長１／ｎ・Σλ _Ｎでのモードフィールド径が、前記平均波長における前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする波長分割多重通信システム。
電気信号を変換して波長の異なる信号光を出力する２つ以上の光源及び前記各光源から出力される信号光を合波する光合波器を含む送信器と、シングルモード状態で入力された信号光を伝搬するマルチモード光ファイバケーブル伝送路と、信号光を分波する分波器及び前記分波器から出力される波長の異なる信号光を電気信号に変換する複数の受光回路を含む受信器とから構成される光波長分割多重通信システムにおいて、
信号光の高次モードを除去し、シングルモードの光を励振する励振器を前記送信器中の光合波器の後段又はマルチモード光ファイバケーブル伝送路の前段若しくは途中に備え、前記励振器は、前記送信器中の光源が出力する信号光の最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用い、前記のマルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源の内の１つから出力された信号光の波長λ _Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）におけるモードフィールド径が、前記波長λ _Ｎにおける前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とする波長分割多重通信システム。
前記励振器と前記受信器との間のマルチモード光ファイバケーブル伝送路の途中に、前記最短波長λ-_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長分割多重通信システム。
最短波長λ_１において基本伝搬モードＬＰ０１のみを伝搬するフォトニック結晶光ファイバを用いたモードフィルタを前記受信器中に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の波長分割多重通信システム。
請求項３又は４に記載の波長分割多重通信システムで用いられるモードフィルタであって、
前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源から出力された信号光の波長λ_Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）の平均波長１／ｎ・Σλ_Ｎでのモードフィールド径が、前記平均波長における前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とするモードフィルタ。
請求項３又は４に記載の波長分割多重通信システムで用いられるモードフィルタであって、
前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路と接する端面において、前記光源の内の１つから出力された信号光の波長λ_Ｎ（Ｎ＝１、２、３、・・・、ｎ）におけるモードフィールド径が、前記波長λ_Ｎにおける前記マルチモード光ファイバケーブル伝送路の基底伝搬モードＬＰ０１のモードフィールド径と一致することを特徴とするモードフィルタ。