JP2013257354A - モード合分波器、光送受信装置及び光通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、既存のファイバデバイスを用いてモード多重伝送を広帯域で実現することを目的とする。
【解決手段】モード合波部１３は、第２導波路１２が伝搬する基本モードを有する光信号を、第１導波路１１の高次モードを有する光信号に変換し、第１導波路１１が伝搬する基本モードを有する光信号に、変換後の第１導波路１１の高次モードを有する光信号を合波する。モード合波部１３は、第１導波路１１及び第２導波路１２の間でモード結合が可能である結合部１４と、第１導波路１１及び第２導波路１２の間でモード結合が不能であり光路差を設定する遅延部１５と、から構成される。結合部１４での光路長及び遅延部１５での光路差を適切に設計することにより、モード合波部１３全体のモード合波効率は、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マルチモード光ファイバを利用する光通信システムにおいて、複数のモードを有する光信号の生成又は分波を行なう技術に関する。

現在、光ファイバネットワークにおけるトラフィックは増大しており、伝送高速度化や多値変調技術や波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）など、様々な手法を用いて伝送容量の拡大を図ってきた。しかしながら、既設の伝送路や従来の伝送方式を用いた伝送容量の拡大が将来的に困難になると予想されるため、波長領域の拡大、新たな伝送ファイバや伝送方式が検討されている。

波長領域を拡大する方法として、現在利用されていない波長帯を利用して、広波長域のＷＤＭを実現して、伝送容量を拡大する検討もなされている。しかしながら、伝送損失が波長帯により異なるため、使用できる波長帯は限定されると考えられる。さらに、広波長域にわたり増幅が可能な光増幅器も実現が困難であるため、広波長域のＷＤＭを実現するためには多くの課題がある。

新たな伝送ファイバに関しては、非特許文献１では、ファイバ非線形による波形歪を抑圧するために、実効断面積（Ａｅｆｆ）を拡大できるファイバ構造が提案されている。ファイバ非線形の抑圧は、ファイバへ入力できる入力パワーの増加につながり、伝送高速度化や更なる多値化を可能にするなど、優位性を得られる。しかし、Ａｅｆｆの拡大は単一モード動作を前提としており、曲げ損失と単一モード動作がトレードオフの関係にあるため、Ａｅｆｆの大幅な拡大が困難という課題がある。

新たな伝送方式に関しては、非特許文献２では、無線の伝送方式において周波数利用効率を向上させるために利用されている直交した周波数成分を利用するＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）が、非特許文献３では、マルチモード光ファイバを適用するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）が、検討されている。しかし、送受信器において複雑な信号処理を必要とするため、演算処理の高速化などの課題がある。

特開平８−２８８９１１号公報

Ｔ．Ｍａｔｓｕｉ，Ｔ．Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｋ．Ｔｓｕｊｉｋａｗａ ａｎｄ Ｓ．Ｔｏｍｏｔａ，"Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｂｅｎｄｉｎｇ ｌｏｓｓ ａｎｄ Ａｅｆｆ ｏｆ ＞ ２００μｍ２ ｆｏｒ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，" ＯＦＣ２０１０，ＰＤＰＡ２ （２０１０）． Ｂｅｎｎ Ｃ．Ｔｈｏｍｓｅｎ，"ＭＩＭＯ ｅｎａｂｌｅｄ ４０Ｇｂ／ｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｏｄｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｉｎ ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ ｆｉｂｅｒ，" ＯＦＣ２０１０，ＯＴｈＭ６ （２０１０）． Ｃ．Ｐ．Ｔｓｅｋｒｅｋｏｓ ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｊ．Ｋｏｏｎｅｎ，"Ｍｏｄｅ−ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｐａｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｉｎ ａ ｍｏｄｅ ｇｒｏｕｐ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ ｌｉｎｋ，" Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．３２，ｐｐ．１０４１−１０４３ （２００７）． Ｋ．Ｊｉｎｇｕｊｉ,Ｎ．Ｔａｋａｔｏ，Ｙ．Ｈｉｄａ，Ｔ．Ｋｉｔｏｈ ａｎｄ Ｍ．Ｋａｗａｃｈｉ，"Ｔｗｏ−Ｐｏｒｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｐｏｉｎｔ−Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ，"Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．１０，ｐｐ．２３０１−２３１０，１９９６． Ｂ．Ｅ．Ｌｉｔｔｌｅ ａｎｄ Ｔ．Ｍｕｒｐｈｙ，"Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｕｌｅｓ ｆｏｒ Ｍａｘｉｍａｌｌｙ Ｆｌａｔ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｉｄｅｒｓ Ｕｓｉｎｇ Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，"ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．９，Ｎｏ．１２，ｐｐ．１６０７−１６０９，１９９７．

特許文献１では、光ファイバの伝搬モードを利用した多重方法が提案されている。しかし、所望の高次モードを励振する方法が提案されておらず、単一波長で利用することを前提としているため、大容量化の実現が困難という課題がある。

非特許文献３では、光ファイバの伝搬モードを利用するためのモード合分波器が提案されている。ここで、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせることによりモード結合を行ない、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせることによりモード分波を行なう。つまり、精度の良いモードの合分波方法及び多数のモードの多重・分離方法が提案されていないため、多重信号間の損失やクロストークが存在することから、構成が複雑になり長距離大容量伝送の実現が困難という課題がある。

特許文献１及び非特許文献３では、伝搬モードが複数存在する光ファイバを利用して、光ファイバの伝搬モードそれぞれをキャリアとして利用するモード多重伝送において、既存のファイバデバイスは基本モードでの動作が前提であるため、既存のファイバデバイスをそのまま用いてモード多重伝送を実現することは困難である。

特許文献１及び非特許文献３では、モード合分波器は、合分波効率が低いため、長距離伝送や高速伝送が困難であり、空間系を利用するため、構成が複雑であり、合分波効率が低いうえ波長依存性が高いため、広帯域伝送が困難である。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、既存のファイバデバイスを用いてモード多重伝送を広帯域で実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、モード合分波器において、第１導波路は、第ｎ_１次モードを有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｎ_１及びｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能であり、第２導波路は、第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能であり、第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路の第ｎ_２次モードが結合可能であるようにした。

モード合波時には、第１導波路が第ｎ_１次モードを有する光信号を入力され、第２導波路が第ｎ_２次モードを有する光信号を入力され、第１導波路が第ｎ_１次モード及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を出力するようにした。

モード分波時には、第１導波路が第ｎ_１次モード及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を入力され、第２導波路が第ｎ_２次モードを有する光信号を出力し、第１導波路が第ｎ_１次モードを有する光信号を出力するようにした。

第１導波路及び第２導波路が並行する領域は、第１導波路及び第２導波路の間でモード結合が可能である結合部と、第１導波路及び第２導波路の間でモード結合が不能であり光路差を設定する遅延部と、から構成される。結合部での光路長及び遅延部での光路差を適切に設計することにより、モード合分波器全体のモード合分波効率は、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となる。

具体的には、本発明は、第ｎ_１次モード（ｎ_１は正の整数）を有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第１導波路と、前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードと結合可能である第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第２導波路と、前記第２導波路が伝搬する第ｎ_２次モードを有する光信号を、前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号に変換し、前記第１導波路が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号に、変換後の前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を合波するモード合波部と、を備え、前記モード合波部は、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置され、モード合波が発生する領域である結合部と、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード合波が発生しない領域である遅延部と、を有し、前記モード合波部全体のモード合波効率は、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とするモード合波器である。

この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、モード多重伝送を広帯域で実現するモード合波器を提供することができる。

また、本発明は、ｎ_１＝ｎ_２であることを特徴とするモード合波器である。

また、本発明は、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであることを特徴とするモード合波器である。

この構成によれば、第１導波路及び第２導波路は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を広帯域で実現することができる。

また、本発明は、第ｎ_１次モード（ｎ_１は正の整数）を有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第１導波路と、前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードと結合可能である第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第２導波路と、前記第１導波路が伝搬する第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を、前記第２導波路の第ｎ_２次モードを有する光信号に変換し、前記第１導波路が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号から、変換後の前記第２導波路の第ｎ_２次モードを有する光信号を分波するモード分波部と、を備え、前記モード分波部は、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置され、モード分波が発生する領域である結合部と、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード分波が発生しない領域である遅延部と、を有し、前記モード分波部全体のモード分波効率が、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とするモード分波器である。

この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、モード多重伝送を広帯域で実現するモード分波器を提供することができる。

また、本発明は、ｎ_１＝ｎ_２であることを特徴とするモード分波器である。

また、本発明は、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであることを特徴とするモード分波器である。

この構成によれば、第１導波路及び第２導波路は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を広帯域で実現することができる。

また、本発明は、モード合波器と、前記第１導波路に第ｎ_１次モードを有する光信号を出力する第１送信機と、前記第２導波路に第ｎ_２次モードを有する光信号を出力する第２送信機と、を備えることを特徴とする光送信装置である。

この構成によれば、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を広帯域で実現する光送信装置を提供することができる。

また、本発明は、モード分波器と、前記第１導波路から第ｎ_１次モードを有する光信号を入力される第１受信機と、前記第２導波路から第ｎ_２次モードを有する光信号を入力される第２受信機と、を備えることを特徴とする光受信装置である。

この構成によれば、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を広帯域で実現する光受信装置を提供することができる。

また、本発明は、光送信装置と、光受信装置と、前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、前記第１導波路の第ｎ_１次モードを有する光信号及び前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、を備えることを特徴とする光通信システムである。

この構成によれば、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入出力する既存の送受信機を用いてモード多重伝送を広帯域で実現する光通信システムを提供することができる。

本発明は、モードの合波や分波の精度を良くし、合波時の損失や分波時のクロストークを低減し、既存のファイバデバイスを用いてモード多重伝送を広帯域で実現することができる。

実施形態１のモード合分波器の構成を示す図である。 実施形態２のモード合分波器の構成を示す図である。 実施形態２における比屈折率差及び導波路幅の関係を示す図である。 実施形態２における比屈折率差及び相互作用長の関係を示す図である。 実施形態２における使用波長及び結合効率の関係を示す図である。 実施形態２における使用波長及び結合効率の関係を示す図である。 実施形態２のモード合分波器の設計方法を示す図である。 実施形態２のモード合分波器の設計方法を示す図である。 実施形態３のモード合分波器の構成を示す図である。 実施形態４の光通信システムの構成を示す図である。

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。

（実施形態１）
実施形態１のモード合分波器の構成を図１に示す。モード合分波器１は、第１導波路１１、第２導波路１２及びモード合分波部１３から構成される。第１導波路１１は、第ｎ_１次モード（ｎ_１は正の整数）を有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能である。第２導波路１２は、第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能である。第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路１２の第ｎ_２次モードは、結合可能であり、このことについて説明する。

図１の上側は、第１導波路１１及び第２導波路１２において、実際の屈折率を実線で示し、各モードの実効屈折率を破線で示す。実際の屈折率は、第１導波路１１及び第２導波路１２のコア部分で大きくなり、第１導波路１１及び第２導波路１２のクラッド部分で小さくなる。第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードの実効屈折率は、第２導波路１２の第ｎ_２次モードの実効屈折率とほぼ一致し、第１導波路１１の第ｎ_１次モードの実効屈折率より小さい。よって、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路１２の第ｎ_２次モードは、位相整合が図られて結合可能である。

モード合分波器１がモード合波器として機能する場合について説明する。図１の左側が入力側であり、図１の右側が出力側である。第１導波路１１は、第ｎ_１次モードを有する光信号を入力される。第２導波路１２は、第ｎ_２次モードを有する光信号を入力される。第１導波路１１及び第２導波路１２が並行するモード合波部１３は、第２導波路１２が伝搬する第ｎ_２次モードを有する光信号を、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号に変換し、第１導波路１１が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号に、変換後の第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を合波する。このように、第ｎ_１次モード及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号が、モード合波されている。

本発明では、非特許文献３と異なり、光ファイバでの励振位置をモードごとに異ならせてモード結合を行なうことはなく、第１導波路１１及び第２導波路１２の相互間で、異なるモード間の結合を図ることによりモード合波を行なう。よって、モードの合波の精度を良くし、合波時の損失を低減するモード合波器を提供することができる。

モード合波時において、ｎ_１＝ｎ_２であってもよく、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであってもよい。このときには、第１導波路１１及び第２導波路１２は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力する既存の送信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。実施形態２−４では、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであるとして、説明を行なう。

モード合分波器１がモード分波器として機能する場合について説明する。図１の右側が入力側であり、図１の左側が出力側である。第１導波路１１は、第ｎ_１次モード及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を入力される。第１導波路１１及び第２導波路１２が並行するモード分波部１３は、第１導波路１１が伝搬する第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を、第２導波路１２の第ｎ_２次モードを有する光信号に変換し、第１導波路１１が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号から、変換後の第２導波路１２の第ｎ_２次モードを有する光信号を分波する。このように、第ｎ_１次モード及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号が、モード分波されている。

本発明では、非特許文献３と異なり、光ファイバでの受信位置をモードごとに異ならせてモード分波を行なうことはなく、第１導波路１１及び第２導波路１２の相互間で、異なるモード間の結合を図ることによりモード分波を行なう。よって、モードの分波の精度を良くし、分波時のクロストークを低減するモード分波器を提供することができる。

モード分波時において、ｎ_１＝ｎ_２であってもよく、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであってもよい。このときには、第１導波路１１及び第２導波路１２は共通して同一モード例えば基本モードを有する光信号を出力するため、同一モード例えば基本モードを有する光信号を入力する既存の受信機を用いてモード多重伝送を実現することができる。実施形態２−４では、ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであるとして、説明を行なう。

本発明ではさらに、モード合分波器１全体のモード合分波効率が、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となるように、モード合分波部１３は、結合部１４−１、１４−２及び遅延部１５から構成される。

結合部１４−１、１４−２は、第１導波路１１及び第２導波路１２が平行に配置され、モード合分波が発生する領域である。遅延部１５は、第１導波路１１及び第２導波路１２が平行に配置されず光路差を有し、モード合分波が発生しない領域である。

以下に、非特許文献４に記載の技術を応用して、結合部１４−１、１４−２での光路長及び遅延部１５での光路差を適切に設計することにより、モード合分波器１全体のモード合分波効率が、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに高い状態で略一定となることを説明する。なお、相反定理によれば、モード合波効率及びモード分波効率は等しいため、モード合波時についてのみ説明するが、モード分波時についても同様である。

結合部１４−１では、第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長を、ともにＬ１としている。結合部１４−２では、第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長を、ともにＬ２としている。遅延部１５では、第２導波路１２の光路長を、第１導波路１１の光路長より、光路差ΔＬだけ長くしている。第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路１２の第ｎ_２次モードの結合効率が１００％となるような、曲げ部分を含まず平行に配置された第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長は、Ｌｃであるとする。

結合部１４−１、１４−２において、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路１２の第ｎ_２次モードの結合効率は、それぞれ数式１のＰ_１（λ）、Ｐ_２（λ）のように表わされる。ここで、λは使用波長であり、Ｌｃはλに依存する。

モード合波部１３全体において、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モード及び第２導波路１２の第ｎ_２次モードの結合効率は、数式２のＰ（λ）のように表わされる。ここで、βは、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号の波数であり、又は、第２導波路１２の第ｎ_２次モードを有する光信号の波数であり、λに依存する。

数式２のｅｘｐ（−ｉβ（λ）ΔＬ）ｃｏｓθ_１（λ）ｓｉｎθ_２（λ）は、第２導波路１２の第ｎ_２次モードを有する入力された光信号が、結合部１４−１において、モード結合の影響を受けず、第２導波路１２を伝搬し、遅延部１５において、伝搬遅延の影響を受けて、第２導波路１２を伝搬し、結合部１４−２において、モード結合の影響を受けて、第１導波路１１へ遷移し、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号として出力される寄与を示す。

数式２のｓｉｎθ_１（λ）ｃｏｓθ_２（λ）は、第２導波路１２の第ｎ_２次モードを有する入力された光信号が、結合部１４−１において、モード結合の影響を受けて、第１導波路１１へ遷移し、遅延部１５において、伝搬遅延の影響を受けず、第１導波路１１を伝搬し、結合部１４−２において、モード結合の影響を受けず、第１導波路１１を伝搬し、第１導波路１１の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号として出力される寄与を示す。

結合部１４−１、１４−２での光路長Ｌ１、Ｌ２及び遅延部１５での光路差ΔＬを適切に設計することにより、モード合波器１全体のモード合波効率Ｐ（λ）は、使用波長帯域において使用波長λに対して略依存せずに高い状態で略一定となる。結合部１４での光路長Ｌ及び遅延部１５での光路差ΔＬの設計方法については、実施形態２で詳述する。

実施形態１では、モード合波部１３は、２個の結合部１４を有するとともに、第２導波路１２に伝搬遅延を与える１個の遅延部１５を有している。変形例として、モード合波部１３は、個数を限定されない結合部１４を有するとともに、第１導波路１１又は第２導波路１２に伝搬遅延を与える個数を限定されない遅延部１５を有してもよい。各結合部１４は、異なる光路長Ｌを有してもよく、同一の光路長Ｌを有してもよい。各遅延部１５は、異なる光路差ΔＬを有してもよく、同一の光路差ΔＬを有してもよい。モード合波部１３全体のモード結合効率は、実施形態１及び変形例でも、数式２と同様の考え方で算出することができ、同様の考え方で最適化することができる。

非特許文献４によれば、モード合波部１３が１個の遅延部１５を有するときには、モード合波器１全体のモード合波効率Ｐ（λ）は、使用波長帯域において使用波長λに対して略依存せずに約５０％となると考えられるが、モード合波部１３が２個の遅延部１５を有するときには、モード合波器１全体のモード合波効率Ｐ（λ）は、使用波長帯域において使用波長λに対して略依存せずに約１００％となると考えられる。そこで、実施形態１では、モード合波部１３が１個の遅延部１５を有するときについて説明したが、実施形態２では、モード合波部１３が２個の遅延部１５を有するときについて説明する。

（実施形態２）
実施形態２のモード合分波器の構成を図２に示す。モード合分波器１は、第１導波路１１、第２導波路１２及びモード合分波部１３から構成される。モード合分波部１３は、結合部１４−１、１４−２、１４−３及び遅延部１５−１、１５−２から構成される。

第１導波路１１の第１高次モード及び第２導波路１２の基本モードは、結合可能である。モード合波時には、実施形態１と同様に、第１導波路１１及び第２導波路１２に基本モードを有する光信号が入力され、第１導波路１１から基本モード及び第１高次モードを有する光信号が出力される。モード分波時には、実施形態１と同様に、第１導波路１１に基本モード及び第１高次モードを有する光信号が入力され、第１導波路１１及び第２導波路１２から基本モードを有する光信号が出力される。

図２の上側は、第１導波路１１及び第２導波路１２において、実際の屈折率の分布を示す。第１導波路１１及び第２導波路１２のコア部分の屈折率はｎ_１であり、第１導波路１１及び第２導波路１２のクラッド部分の屈折率はｎ_０であり、比屈折率差はΔ＝（ｎ_１ ^２−ｎ_０ ^２）／（２ｎ_１ ^２）である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１の断面形状は、幅がｗ１であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状であり、第２導波路１２の断面形状は、幅がｗ２であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１及び第２導波路１２の相互間の導波路間隔はｇである。

結合部１４−１では、第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長を、ともにＬ１としている。結合部１４−２では、第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長を、ともにＬ２としている。結合部１４−３では、第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長を、ともにＬ３としている。遅延部１５−１では、第２導波路１２の光路長を、第１導波路１１の光路長より、光路差ΔＬ１だけ長くしている。遅延部１５−２では、第２導波路１２の光路長を、第１導波路１１の光路長より、光路差ΔＬ２だけ長くしている。第１導波路１１の第１高次モード及び第２導波路１２の基本モードの結合効率が１００％となるような、曲げ部分を含まず平行に配置された第１導波路１１及び第２導波路１２の光路長は、Ｌｃであるとする。

第２導波路１２についてのｗ２、ｈ、Δは、使用波長帯域において基本モードのみが存在するように設定される。第１導波路１１についてのｗ１、ｈ、Δは、使用波長帯域において基本モード及び第１高次モードが存在し、第１導波路１１の第１高次モード及び第２導波路１２の基本モードが結合するように設定される。ｇは、結合効率が高くなるように狭めに設定される。Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ΔＬ１、ΔＬ２は、結合効率が使用波長帯域において使用波長λに対して略依存せずに高い状態で略一定となるように設計される。

実施形態２における比屈折率差及び導波路幅の関係を図３に示す。使用波長帯域は、１４５０ｎｍ以上を想定している。図３に示した比屈折率差の範囲内では、第１導波路１１の幅は第２導波路１２の幅のおよそ２．６倍とすればよいことが分かる。

実施形態２における比屈折率差及び相互作用長の関係を図４に示す。相互作用長は、導波路間隔が２μｍと３μｍであるときに、結合効率が１００％になるよう計算した。相互作用長は、ｘ偏波及びｙ偏波を有する光信号が入射されるときについて計算した。第１導波路１１及び第２導波路１２の断面形状は矩形形状であるが、相互作用長の偏波依存性はほとんど認められず、モード合分波器１は偏波多重と併用して使用できることが分かる。

実施形態２における使用波長及び結合効率の関係を図５、６に示す。使用波長帯域は、光通信におけるＳバンドからＬバンドまで（１４５０ｎｍから１６５０ｎｍまで）を想定している。図５の結合効率は、第１導波路１１に基本モードを有する光信号が入力されたときにおける、第１導波路１１への入力の強度に対する、第１導波路１１又は第２導波路１２からの出力の強度の比率である。図６の結合効率は、第２導波路１２に基本モードを有する光信号が入力されたときにおける、第２導波路１２への入力の強度に対する、第１導波路１１又は第２導波路１２からの出力の強度の比率である。

ｗ１＝１９．３μｍ、ｗ２＝７．５μｍ、Δ＝０．４％、ｇ＝３．０μｍとしている。結合部１４−１、１４−２、１４−３において、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝１．２ｍｍとしている。遅延部１５−１、１５−２において、第２導波路１２の曲げ半径を、ともにＲ＝５０ｍｍとしており、第２導波路１２の曲げ領域の伝搬方向に平行な方向の長さを、それぞれｄＬ１＝３．０３ｍｍ、ｄＬ２＝２．４９ｍｍとしており、第２導波路１２の曲げ領域の伝搬方向に垂直な方向の長さを、それぞれｄＷ１＝４６μｍ、ｄＷ２＝３１μｍとしている。ここで、ｄＬｉ＝２√｛（４Ｒ−ｄＷｉ）ｄＷｉ｝（ｉ＝１、２）が成り立つ。そして、これらのパラメータのもとに、数式２のＰ（λ）を算出する。

図５に示したように、第１導波路１１に基本モードを有する光信号が入力されたときには、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍまでの波長帯域において、第１導波路１１からの出力の強度に基づいて算出された結合効率は、ほぼ１００％であり、第２導波路１２からの出力の強度に基づいて算出された結合効率は、ほぼ０％である。このことは、１４５０ｎｍから１６５０ｎｍまでの波長帯域において、第１導波路１１の基本モード及び第２導波路１２の基本モードが結合しないことを反映している。

図６に示したように、第２導波路１２に基本モードを有する光信号が入力されたときには、１４５０ｎｍから１６２５ｎｍまでの波長帯域において、第１導波路１１からの出力の強度に基づいて算出された結合効率は、９８％以上であり、第２導波路１２からの出力の強度に基づいて算出された結合効率は、２％以下である。このように、ｗ１、ｗ２、Δ、ｇ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ΔＬ１、ΔＬ２を適切に設計することにより、モード合分波器１全体のモード合分波効率は、使用波長帯域（１４５０ｎｍ＜λ＜１６２５ｎｍ）において使用波長に対して略依存せずに高い状態（Ｐ（λ）＞９８％）で略一定となる。

実施形態２のモード合分波器の設計方法を図７、８に示す。まず、使用波長帯域を決定する（ステップＳ１）。第２導波路１２について、Δ及びｗ２を決定する（ステップＳ２）。第２導波路１２において、使用波長帯域の下限波長において、単一モードのみが存在するかどうかを確認する（ステップＳ３）。使用波長帯域の下限波長において、単一モードのみが存在するならば、使用波長帯域の全波長において、単一モードのみが存在する。ステップＳ３においてＹＥＳであれば、ステップＳ４に進む。ステップＳ３においてＮＯであれば、ステップＳ２に戻り、第２導波路１２について、Δ及びｗ２を再度決定する。ステップＳ２、Ｓ３において、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。

第１導波路１１について、ｗ１を決定する（ステップＳ４）。使用波長帯域の中心波長において、第１導波路１１の第１高次モードと第２導波路１２の基本モードが結合可能であるかどうかを確認する（ステップＳ５）。使用波長帯域の中心波長において、モード結合が可能であるならば、使用波長帯域の全波長において、モード結合が可能と言える。ステップＳ５においてＹＥＳであれば、ステップＳ６に進む。ステップＳ５においてＮＯであれば、ステップＳ４に戻り、第１導波路１１について、ｗ１を再度決定する。ステップＳ４、Ｓ５において、有限要素法などの導波路解析を適用することができる。

モード合分波部１３について、ｇ及びＬｃを決定する（ステップＳ６）。所望の結合効率（例えば、使用波長帯域の全波長において、〜１００％）が得られるかどうかを確認する（ステップＳ７）。ステップＳ７においてＹＥＳであれば、ステップＳ８に進む。ステップＳ７においてＮＯであれば、ステップＳ６に戻り、ｇ及びＬｃを再度決定する。ステップＳ６、Ｓ７において、ビーム伝搬法などの伝搬解析を適用することができる。

モード合分波部１３について、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ΔＬ１、ΔＬ２を決定する（ステップＳ８）。所望の波長特性（例えば、使用波長帯域の全波長において、数式２でＰ（λ）＞９８％）が得られるかどうかを確認する（ステップＳ９）。ステップＳ９においてＹＥＳであれば、設計を終了する。ステップＳ９においてＮＯであれば、ステップＳ８に戻り、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ΔＬ１、ΔＬ２を再度決定する。

非特許文献５によれば、モード合波部１３が１個の遅延部１５を有するときには、β（λ）ΔＬ＝ａ（２π／３）（ａは正の整数）であるとき、モード合波器１全体のモード合波効率Ｐ（λ）は、使用波長帯域において使用波長λに対して略依存せずに約５０％となると考えられる。そこで、実施形態２では、モード合波部１３が２個の遅延部１５を有するにあたり、β（λ）ΔＬ１＝２π／３、β（λ）ΔＬ２＝４π／３と決定する。

実施形態２では、モード合波部１３は、第２導波路１２において２個の遅延部１５を有している。変形例として、モード合波部１３は、第１導波路１１において１個の遅延部１５を有してもよく、第２導波路１２において１個の遅延部１５を有してもよい。ただし、実施形態２では、第１導波路１１は、第１高次モードを伝搬すべきところ、曲げを生じる遅延部１５を有さないため、第１高次モードを基本モードや他の高次モードに変換する問題がなく、第１高次モードを曲げ損失により減衰させる問題もない。

第２導波路１２の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モードのみが存在するならば、図２の上側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。第１導波路１１の屈折率分布及び断面形状は、使用波長において基本モード及び第１高次モードが存在し、第１導波路１１の第１高次モード及び第２導波路１２の基本モードが結合するならば、図２の上側に示した屈折率分布及び断面形状に限られない。

（実施形態３）
実施形態３のモード合分波器の構成を図９に示す。モード合分波器１は、モード合分波器１−１及びモード合分波器１−２を縦列に配置する。モード合分波器１−１は、第１導波路１１−１、第２導波路１２−１及びモード合分波部１３−１から構成される。モード合分波器１−２は、第１導波路１１−２、第２導波路１２−２及びモード合分波部１３−２から構成される。モード合分波部１３−１は、結合部１４−１、１４−２、１４−３及び遅延部１５−１、１５−２から構成される。モード合分波部１３−２は、結合部１４−４、１４−５、１４−６及び遅延部１５−４、１５−５から構成される。

第１導波路１１−１及び第１導波路１１−２は、相互に接続される。第１導波路１１−１の第１高次モード及び第２導波路１２−１の基本モードは、結合可能である。第１導波路１１−２の第２高次モード及び第２導波路１２−２の基本モードは、結合可能である。

モード合波時について説明する。まずモード合分波器１−１において、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１に基本モードを有する光信号が入力され、第１導波路１１−１から基本モード及び第１高次モードを有する光信号が出力される。次にモード合分波器１−２において、第１導波路１１−２に基本モード及び第１高次モードを有する光信号が入力され、第２導波路１２−２に基本モードを有する光信号が入力され、第１導波路１１−２から基本モード、第１高次モード及び第２高次モードを有する光信号が出力される。

モード分波時について説明する。まずモード合分波器１−２において、第１導波路１１−２に基本モード、第１高次モード及び第２高次モードを有する光信号が入力され、第２導波路１２−２から基本モードを有する光信号が出力され、第１導波路１１−２から基本モード及び第１高次モードを有する光信号が出力される。次にモード合分波器１−１において、第１導波路１１−１に基本モード及び第１高次モードを有する光信号が入力され、第２導波路１２−１から基本モードを有する光信号が出力され、第１導波路１１−１から基本モードを有する光信号が出力される。

図７の左上は、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１において、実際の屈折率の分布を示す。第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１のコア部分の屈折率はｎ_１であり、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１のクラッド部分の屈折率はｎ_０である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１−１の断面形状は、幅がｗ１であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状であり、第２導波路１２−１の断面形状は、幅がｗ２であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１の相互間の導波路間隔はｇ１である。

図７の右上は、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２において、実際の屈折率の分布を示す。第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２のコア部分の屈折率はｎ_１であり、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２のクラッド部分の屈折率はｎ_０である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１−２の断面形状は、幅がｗ１であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状であり、第２導波路１２−２の断面形状は、幅がｗ３であり高さがｈ（＝ｗ２）である矩形形状である。伝搬の方向に垂直な面内で、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２の相互間の導波路間隔はｇ２である。

モード合分波部１３−１について説明する。結合部１４−１では、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１の光路長を、ともにＬ１としている。結合部１４−２では、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１の光路長を、ともにＬ２としている。結合部１４−３では、第１導波路１１−１及び第２導波路１２−１の光路長を、ともにＬ３としている。遅延部１５−１では、第２導波路１２−１の光路長を、第１導波路１１−１の光路長より、光路差ΔＬ１だけ長くしている。遅延部１５−２では、第２導波路１２−１の光路長を、第１導波路１１−１の光路長より、光路差ΔＬ２だけ長くしている。

モード合分波部１３−２について説明する。結合部１４−４では、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２の光路長を、ともにＬ４としている。結合部１４−５では、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２の光路長を、ともにＬ５としている。結合部１４−６では、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２の光路長を、ともにＬ６としている。遅延部１５−４では、第２導波路１２−２の光路長を、第１導波路１１−２の光路長より、光路差ΔＬ４だけ長くしている。遅延部１５−５では、第２導波路１２−２の光路長を、第１導波路１１−２の光路長より、光路差ΔＬ５だけ長くしている。

実施形態３における第１導波路１１−１、第２導波路１２−１、第１導波路１１−２及び第２導波路１２−２の屈折率分布及び断面形状は、実施形態２における第１導波路１１及び第２導波路１２の屈折率分布及び断面形状と同様に、設定すればよい。実施形態３におけるモード合分波部１３−１、１３−２での相互作用長及び伝搬遅延差は、実施形態２におけるモード合分波部１３での相互作用長及び伝搬遅延差と同様に、設定すればよい。

（実施形態４）
実施形態４の光通信システムの構成を図１０に示す。光通信システムは、光送信装置Ｔ、マルチモード光ファイバＦ及び光受信装置Ｒから構成される。光送信装置Ｔは、モード合波器１Ｍ及び以下に説明する第１送信機及び第２送信機から構成される。光受信装置Ｒは、モード分波器１Ｄ及び以下に説明する第１受信機及び第２受信機から構成される。

モード合波器１Ｍとして、実施形態２のモード合分波器１を適用する。第１送信機は、第１導波路１１に基本モードを有する光信号を出力する。第２送信機は、第２導波路１２に基本モードを有する光信号を出力する。送信機が３個配置されるときには、モード合波器１Ｍとして、実施形態３のモード合分波器１を適用すればよく、送信機がＮ個配置されるときには、モード合波器１Ｍとして、実施形態２のモード合分波器１を（Ｎ−１）個縦列に配置したものを適用すればよい。

モード分波器１Ｄとして、実施形態２のモード合分波器１を適用する。第１受信機は、第１導波路１１から基本モードを有する光信号を入力する。第２受信機は、第２導波路１２から基本モードを有する光信号を入力する。受信機が３個配置されるときには、モード分波器１Ｄとして、実施形態３のモード合分波器１を適用すればよく、受信機がＮ個配置されるときには、モード分波器１Ｄとして、実施形態２のモード合分波器１を（Ｎ−１）個縦列に配置したものを適用すればよい。

第１送信機及び第２送信機は、使用波長λ_１〜λ_Ｎを利用する波長多重方式及びｘ、ｙ偏波を利用する偏波多重方式を併用する。ただし、第１送信機及び第２送信機は、多重方式を適用しなくてもよく、モード多重方式以外のどのような多重方式を適用してもよい。

第１（２）送信機は、光源２１−１、・・・、２１−Ｎ（２２−１、・・・、２２−Ｎ）、及び波長合波器７１（７２）を利用して、使用波長λ_１〜λ_Ｎを利用する波長多重方式を適用する。第１（２）送信機は、光分波器３１−１、・・・、３１−Ｎ（３２−１、・・・、３２−Ｎ）、偏波コントローラ５１Ｘ−１、５１Ｙ−１、・・・、５１Ｘ−Ｎ、５１Ｙ−Ｎ（５２Ｘ−１、５２Ｙ−１、・・・、５２Ｘ−Ｎ、５２Ｙ−Ｎ）、及び光合波器６１−１、・・・、６１−Ｎ（６２−１、・・・、６２−Ｎ）を利用して、ｘ、ｙ偏波を利用する偏波多重方式を適用する。第１（２）送信機は、光変調器４１Ｘ−１、４１Ｙ−１、・・・、４１Ｘ−Ｎ、４１Ｙ−Ｎ（４２Ｘ−１、４２Ｙ−１、・・・、４２Ｘ−Ｎ、４２Ｙ−Ｎ）を利用して、各波長及び各偏波を有する光信号の変調処理を実行する。

第１受信機及び第２受信機は、使用波長λ_１〜λ_Ｎを利用する波長多重方式及びｘ、ｙ偏波を利用する偏波多重方式を併用する。ただし、第１受信機及び第２受信機は、多重方式を適用しなくてもよく、モード多重方式以外のどのような多重方式を適用してもよい。

第１（２）受信機は、波長分波器８１（８２）を利用して、使用波長λ_１〜λ_Ｎを利用する波長多重方式を適用する。第１（２）受信機は、偏波分波器９１−１、・・・、９１−Ｎ（９２−１、・・・、９２−Ｎ）を利用して、ｘ、ｙ偏波を利用する偏波多重方式を適用する。第１（２）受信機は、受光回路１０１Ｘ−１、１０１Ｙ−１、・・・、１０１Ｘ−Ｎ、１０１Ｙ−Ｎ（１０２Ｘ−１、１０２Ｙ−１、・・・、１０２Ｘ−Ｎ、１０２Ｙ−Ｎ）を利用して、各波長及び各偏波を有する光信号の受光・復調処理を実行する。

第１送信機及び第２送信機は、基本モードを有する光信号を処理するのみでよく、高次モードを有する光信号を処理しなくてもよい。第１受信機及び第２受信機も、基本モードを有する光信号を処理するのみでよく、高次モードを有する光信号を処理しなくてもよい。モード合波器１Ｍ、マルチモード光ファイバＦ及びモード分波器１Ｄのみが、基本モード及び高次モードを有する光信号を処理する。よって、基本モードを有する光信号を入出力する既存の送受信機を用いて、モード多重伝送を広帯域で実現することができる。

なお、マルチモード光ファイバＦの伝送経路中で光増幅を実行するときには、本発明のモード分波器を利用して高次モードを基本モードに変換し、基本モードを有する光信号を増幅し、本発明のモード合波器を利用して基本モードを高次モードに変換する。よって、基本モードを有する光信号を増幅する既存の光増幅器を用いて、モード多重伝送を広帯域で実現することができ、長距離伝送を可能とすることができる。

本発明に係るモード合分波器、光送受信装置及び光通信システムは、広帯域でのモード多重方法に適用することができるのみならず、広帯域でのモード多重方法及び他の多重方法（ＷＤＭ及び偏波多重など）を併用する方法に適用することができる。

１、１−１、１−２：モード合分波器
１Ｍ：モード合波器
１Ｄ：モード分波器
１１、１１−１、１１−２：第１導波路
１２、１２−１、１２−２：第２導波路
１３、１３−１、１３−２：モード合分波部
１４、１４−１、１４−２、１４−３、１４−４、１４−５、１４−６：結合部
１５、１５−１、１５−２、１５−４、１５−５：遅延部
Ｔ：光送信装置
Ｒ：光受信装置
Ｆ：マルチモード光ファイバ
２１、２２：光源
３１、３２：光分波器
４１、４２：光変調器
５１、５２：偏波コントローラ
６１、６２：光合波器
７１、７２：波長合波器
８１、８２：波長分波器
９１、９２：偏波分波器
１０１、１０２：受光回路

Claims (9)

1. 第ｎ_１次モード（ｎ_１は正の整数）を有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第１導波路と、
   前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードと結合可能である第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第２導波路と、
   前記第２導波路が伝搬する第ｎ_２次モードを有する光信号を、前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号に変換し、前記第１導波路が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号に、変換後の前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を合波するモード合波部と、を備え、
   前記モード合波部は、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置され、モード合波が発生する領域である結合部と、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード合波が発生しない領域である遅延部と、を有し、
   前記モード合波部全体のモード合波効率は、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とするモード合波器。
2. ｎ_１＝ｎ_２であることを特徴とする請求項１に記載のモード合波器。
3. ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであることを特徴とする請求項１又は２に記載のモード合波器。
4. 第ｎ_１次モード（ｎ_１は正の整数）を有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モード（ｍは正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第１導波路と、
   前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードと結合可能である第ｎ_２次モード（ｎ_２は正の整数）を有する光信号を伝搬可能である第２導波路と、
   前記第１導波路が伝搬する第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を、前記第２導波路の第ｎ_２次モードを有する光信号に変換し、前記第１導波路が伝搬する第ｎ_１次モードを有する光信号及び第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号から、変換後の前記第２導波路の第ｎ_２次モードを有する光信号を分波するモード分波部と、を備え、
   前記モード分波部は、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置され、モード分波が発生する領域である結合部と、前記第１導波路及び前記第２導波路が平行に配置されず光路差を有し、モード分波が発生しない領域である遅延部と、を有し、
   前記モード分波部全体のモード分波効率が、使用波長帯域において使用波長に対して略依存せずに略一定であることを特徴とするモード分波器。
5. ｎ_１＝ｎ_２であることを特徴とする請求項４に記載のモード分波器。
6. ｎ_１＝ｎ_２＝１であり、第ｎ_１次モード及び第ｎ_２次モードは基本モードであることを特徴とする請求項４又は５に記載のモード分波器。
7. 請求項１から３のいずれかに記載のモード合波器と、
   前記第１導波路に第ｎ_１次モードを有する光信号を出力する第１送信機と、
   前記第２導波路に第ｎ_２次モードを有する光信号を出力する第２送信機と、
   を備えることを特徴とする光送信装置。
8. 請求項４から６のいずれかに記載のモード分波器と、
   前記第１導波路から第ｎ_１次モードを有する光信号を入力される第１受信機と、
   前記第２導波路から第ｎ_２次モードを有する光信号を入力される第２受信機と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
9. 請求項７に記載の光送信装置と、
   請求項８に記載の光受信装置と、
   前記光送信装置及び前記光受信装置を接続し、前記第１導波路の第ｎ_１次モードを有する光信号及び前記第１導波路の第（ｎ_１＋ｍ）次モードを有する光信号を伝送するマルチモード光ファイバと、
   を備えることを特徴とする光通信システム。

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