JP4571160B2

JP4571160B2 - 伝搬モード選択器および光伝送システム

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Publication number: JP4571160B2
Application number: JP2007046519A
Authority: JP
Inventors: 智弥清水; 和秀中島; 泉三川; 和之白木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP2008209685A

Description

本発明は、伝搬モード選択器および光伝送システムに関し、光ファイバの遮断波長より短い波長領域を信号光波長帯域として用いた光伝送において有用な、伝搬モード選択器および当該伝搬モード選択器を用いた光伝送システムに関する。

近年、インターネットや広帯域サービス等の普及に伴い、光ファイバ中の伝送容量は飛躍的に増大している。また、Fiber to the home（ＦＴＴＨ）サービスの普及と伴に、各種広帯域サービスの更なる多様化が進展するものと考えられる。このため、光ファイバ中の使用波長帯域を拡大し、波長帯域の有効活用を促進することは必要不可欠となる。

現在、光通信システムで広く使用されている単一モード光ファイバは、概ね波長１１００ｎｍ帯より長波長側に遮断波長を有している。このため、通常の光通信システムでは、当該単一モード光ファイバを用い、前記遮断波長よりも長波長側の波長１２６０ｎｍから１６２５ｎｍの帯域を用いた光伝送が行われている。一般に、前記遮断波長よりも短波長側を通信波長帯域として用いる場合には、単一モード光ファイバ中の主モード次数が複数となり、当該主モード間の遅延時間差や、モード間干渉による雑音成分の増大により、当該波長領域で高速光伝送を実現することは困難となる。

このため、従来の単一モード光ファイバの遮断波長を短波長側にシフトした光ファイバや、複数の主モードの遅延時間差を低減した多モード光ファイバが開発されている。しかしながら、前記遮断波長を短波長側にシフトした光ファイバでは、一般に光ファイバのコア径を細径化する必要があり、前記従来の単一モード光ファイバとの接続損失が増加する等、取扱い上の困難性が生じると同時に、長波長側における曲げ損失が増加するといった問題点があった。また、後述の主モードの遅延時間差を低減した多モード光ファイバでは、遅延時間差が低減される波長帯域が、当該多モード光ファイバの屈折率分布に依存して限定されるといった課題があった。

一方、従来の単一モード光ファイバにおける、高次モードの影響を低減する技術についても検討がなされている。例えば、非特許文献１では、単一モード光ファイバ出射端に曲げ部を付与することにより、高次モードを減衰させ伝送特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、当該技術では使用条件に併せて曲げ部の条件（曲げ半径や巻き数）を最適化し、かつ当該曲げ条件を保持しなければならないといった実用上の困難性があった。

また、非特許文献２では、単一モード光ファイバの出射端をテーパ状に加工し、高次モードを減衰させることにより伝送特性を改善する技術が開示されている。しかしながら、当該技術では、使用波長帯域におけるテーパ長の調整が必要となると同時に、テーパ化に伴うファイバ外径およびコア径の減少により、前記単一モード光ファイバとの接続性が劣化し、接続損失も増加するといった課題があった。

更に、非特許文献３，４では、カプラ型伝搬モード選択器により、単一モード光ファイバ出射端における高次モードを選択的に低減する手法が開示されている。しかしながら、当該カプラ型伝搬モード選択器の構成に、前記非特許文献３では使用波長帯域で単一モードとなる光ファイバを、前記非特許文献４では楕円コア形状を有する光ファイバを用いており、当該光ファイバの入手が困難であると同時に、当該カプラ型伝搬モード選択器を既存の光通信で一般に使用されている従来の単一モード光ファイバと組み合わせて使用するためには、主にモードフィールド径（もしくは、コア形状）の不一致による接続の困難性が生じるといった課題があった。

P.Schnitzer, et al.,"Biased and Bias-Free Multi-Gb/s Data Links Using GaAs VCSEL's and 1300-nm Single-Mode Fiber",IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol.10,no.12,pp.1781-1783,1998年12月 S.Moon, D.Y.Kim,"Effective Single-Mode Transmission at Wavelength Shorter Than the Cutoff Wavelength of an Optical Fiber",IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,vol.17,no.12,pp.2604-2606,2005年12月 W.V.Sorin, et al.,"Highly selective evanescent modal filter for two-mode optical fibers",OPTICS LETTERS,vol.11,no.9,pp.581-583,1986年9月 ARUN KUMAR,et al.,"Design of a Mode Filter Consisting of Two Dual-Mode Highly Elliptical Core Fibers",JOURNAL LIGHTWAVE TECHNOROGY,vol.8,no.1,pp.34-38,1990年1月国際公開ＷＯ２００４／０９２７９３号パンフレット

以上のような背景に鑑み、本発明では通常の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバとの互換性（接続性）に優れ、かつ当該単一モード光ファイバの遮断波長より短波長側における伝送特性を広波長域で改善する、伝搬モード選択器、ならびに当該伝搬モード選択器を用いた光伝送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では使用波長帯域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する２本の光ファイバを用いて、本発明の伝搬モード選択器を構成することにより、課題を解決する手段としている。

より具体的には、従来の単一モード光通信で一般に使用されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性を有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバよりも大きな開口数、もしくはコア径を有する第２の光ファイバとを用いて、本発明の伝搬モード選択器を構成することにより、前記既存の単一モード光ファイバとの互換性（接続性）に優れ、かつ当該単一モード光ファイバの遮断波長より短波長側における伝送特性を広波長域で改善する手段としている。

また、上述の本発明の伝搬モード選択器を、前記従来の単一モード光ファイバで構成される光伝送路と組み合わせて使用することにより、前記光伝送路の遮断波長より短波長側を信号光帯域として用いた光伝送システムを実現する手段としている。

更には、前記従来の単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性を有する第１の光ファイバに、複数の空孔構造を有する光ファイバを適用し、本発明の伝搬モード選択器、および当該伝搬モード選択器を用いた光伝送システムを構成することにより、曲げ損失特性等の取扱い上の利便性を向上する手段としている。

すなわち、上述した課題を解決する第１の発明に係る伝搬モード選択器は、使用波長帯域において基本モードを含めて少なくとも２以上の主モード次数を有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバよりも大きな開口数もしくはコア径を有し、前記使用波長帯域で基本モードを含めて前記第１の光ファイバよりも大きい主モード次数を有する第２の光ファイバとを具備し、前記第１の光ファイバの一方の端部を信号光が入力する入力ポートとする一方、当該第１の光ファイバの他方の端部を信号光が出力する出力ポートとし、前記第１の光ファイバのクラッド部と前記第２の光ファイバのクラッド部が溶融されてなる溶融延伸部を所定の長さで設けることにより、前記入力ポートへの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを含む信号光の入力に対し、前記出力ポートにおける前記基本モード以外の信号光の損失を生じさせて、前記基本モードの信号光を選択的に前記出力ポートに出力するようにしたことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る伝搬モード選択器は、第１の発明に係る伝搬モード選択器であって、前記第１の光ファイバが、屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部の中央に配置され、半径がａで比屈折率差がΔのコア部と、前記コア部の中心からの距離Λの円周に外接するように当該円周上で等間隔に配置された、少なくとも４個以上の半径ｒの空孔部とにより構成される空孔構造光ファイバであることを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る光伝送システムは、使用波長帯域における信号光を生成する送信部と、前記送信部に接続された光伝送路と、前記光伝送路に接続され、第１の発明または第２の発明に係る伝搬モード選択器と、前記伝搬モード選択器に接続され、前記光伝送路および前記伝搬モード選択器を通った信号光を受信する受信部とを具備するようにしたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明の伝搬モード選択器によれば、従来の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバの、遮断波長よりも短波長側における高次モード伝搬による伝送特性の劣化を改善するといった効果を奏する。

また、前記従来の光通信で実用に供されている単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性を有する第１の光ファイバと、前記第１の光ファイバよりも大きな開口数、もしくはコア径を有する汎用的な第２の光ファイバとを用いて、伝搬モード選択器を構成することにより、当該伝搬モード選択器を構成する光ファイバのより簡便な入手を可能とすると同時に、前記従来の単一モード光ファイバとの優れた互換性（接続性）を実現するといった効果を奏する。

また、前記大きなコア径を有する第２の光ファイバを用いて、本発明の伝搬モード選択器を構成したことにより、広波長帯域における複数の高次モードの低減を同時に実現するといった効果も奏する。

また、前記従来の単一モード光ファイバと同等の、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径特性を有する第１の光ファイバに、複数の空孔構造を有する光ファイバを用いて、本発明の伝搬モード選択器、および当該伝搬モード選択器を用いた光伝送システムを構成したことにより、使用波長帯域における曲げ損失特性の劣化を飛躍的に改善するといった効果も奏する。

更には、本発明の伝搬モード選択器の、前記従来の単一モード光ファイバを用いた光伝送路に対する互換性（接続性）を向上したことにより、同一の光伝送路を用い、前記光伝送路の遮断波長よりも長波長側における従来の光通信システムと、前記遮断波長よりも短波長側における本発明の光通信システムを同時に実現できるといった効果も奏する。

以下に、本発明の最良の形態に係る伝搬モード選択器およびこれを用いた光伝送システムについて、図面を参照して具体的に説明する。

図１は、本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器を用いた光伝送システムを示す模式図である。図２は、本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器を模式的に示す図であり、図２（ａ）にその概略を示し、図２（ｂ）にその溶融延伸前における断面を示し、図２（ｃ）にその溶融延伸後における断面を示す。図３は、光ファイバカプラの製造装置の一例を示す概略図である。

本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器を用いた光伝送システムは、図１に示すように、送信部１１、光伝送路１２、伝搬モード選択器（カプラ型伝搬モード選択器）１３、および受信部１４により構成される。

送信部１１は、光伝送路１２の遮断波長よりも短波長側の、少なくとも１つの使用波長帯域における、少なくとも１波長の信号光を生成し、光伝送路１２に送出する機能を有する。ここで、送信部１１は、光伝送路１２の遮断波長より短波長側の１つもしくは複数の使用波長帯域における複数の波長の信号光を生成し、光伝送路１２に送出する機能を有することも可能である。また、前記複数の使用波長帯域の一部に、光伝送路１２の遮断波長よりも長波長側の波長帯を適用することも可能である。

光伝送路１２は、当該光伝送路の遮断波長より短波長側で、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する光ファイバにより構成され、例えば、従来の単一モード光通信で使用されている、波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用できる。

伝搬モード選択器１３は、光伝送路１２の遮断波長よりも短波長側で、基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する光ファイバＡ（第１の光ファイバ）と、当該波長領域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有し、前記光ファイバＡよりも大きな開口数、もしくはコア径を有する多モード光ファイバＢ（第２の光ファイバ）により構成され、光伝送路１２からの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する信号光を入力するポートと、前記基本モードを選択的に出力するポートとを、各々１つ有する。ここで、伝搬モード選択器を構成する前記光ファイバＡは、例えば、従来の単一モード光通信で使用されている、１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用でき、光伝送路１２を構成する光ファイバと同等の特性を有することが望ましい。また、伝搬モード選択器を構成する前記多モード光ファイバＢには、例えば、従来の多モード光通信で使用されている、５０μｍから６２．５μｍのコア径を有する多モード光ファイバ等が適用できる。

受信部１４は、伝搬モード選択器１３からの、前記使用波長帯域における各出力信号光を受信する機能を有する。なお、伝搬モード選択器１３は、当該受信部１４の一部に組み込まれる形態であっても構わない。

本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器は、図２に示すように、入力ポート２１、第１の光ファイバ２２、第２の光ファイバ２３、出力ポート２４、および溶融延伸部２５により構成される。

第１の光ファイバ２２は、使用波長帯域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有する光ファイバにより構成される。また、第１の光ファイバ２２は、上述した光伝送路１２と同等の光ファイバで構成されることが望ましく、より具体的には接続性並びに取り扱い性の観点から、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が既存の単一モード光ファイバと同等となる７μｍ〜１１μｍ程度であることが望ましい。例えば、このような特性を満たす光ファイバとしては従来の単一モード光伝送で使用されている、波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ等が適用可能である。

第２の光ファイバ２３は、使用波長帯域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モード次数を有し、第１の光ファイバ２２よりも大きな開口数、もしくはコア径を有する多モード光ファイバで構成され、例えば、従来の多モード光伝送で使用されている、コア径が５０μｍから６２．５μｍの多モード光ファイバ等が適用可能である。

入力ポート２１および出力ポート２４は、それぞれ使用波長帯域で基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する信号光の入力端子、および前記入力信号光のうち、基本モードを選択的に出力する端子として使用され、第１の光ファイバ２２の両端に相当する。

また、溶融延伸部２５は、第１の光ファイバ２２のクラッド部２７および第２の光ファイバ２３のクラッド部２９が溶融し、第１の光ファイバ２２のコア部２６と第２の光ファイバ２３のコア部２８との間の距離がｄとなる領域が長さＬに亘り形成された構造を有し、第１の光ファイバ２２および第２の光ファイバ２３中を伝搬可能な主モード間の光電力の授受を行う機能を有する。ここで、この伝搬モード選択器における溶融延伸部２５は、光強度の分配や波長分割多重の機能を有する、通常の光ファイバカプラの製造装置を用いて形成することが可能である。

溶融延伸型の光ファイバカプラ製造装置は、図３に示すように、ヒータ部３１、光ファイバ保持部３２、および光ファイバ引張り部３３により構成される。光ファイバ保持部３２は、第１の光ファイバ３４および第２の光ファイバ３５の一端を保持する機能を有する。光ファイバ引張り部３３は、光ファイバ保持部３２との間に平行に設置された第１の光ファイバ３４および第２の光ファイバ３５を一定の速度で延伸する機能を有する。この時、ヒータ部３１における温度、ならびに光ファイバ引張り部３３の速度を調節することにより、上述した伝搬モード選択器の溶融延伸部２５における、長さＬおよびコア間の距離ｄを制御することが可能となる。

以下に、本発明に係る伝搬モード選択器の最良の形態を実施例に基づき具体的に説明する。

本発明の第１の実施例では、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を、従来の単一モード光通信で使用されている、波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバと、従来の多モード光通信で使用されている、コア径が５０μｍの多モード光ファイバを用いて構成し、波長８５０ｎｍにおける当該伝搬モード選択器の伝送特性改善効果について検討を行った結果について説明する。ここで、前記波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバは、上述した図２に示す第１の光ファイバ２２に相当し、前記コア径が５０μｍの多モード光ファイバは、上述した図２に示す第２の光ファイバ２３に相当する。

なお、前記波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバの遮断波長は約１１５０ｎｍであり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は約９μｍであり、波長８５０ｎｍにおける基本モードを含む主モード次数は２つであった。また、前記コア径が５０μｍの多モード光ファイバの、波長８５０ｎｍにおける基本モードを含む主モード次数は１０以上であった。また、前記波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバ、および前記コア径が５０μｍの多モード光ファイバの開口数は、それぞれ０．１および０．２であった。なお、光ファイバの開口数ＮＡは、当該光ファイバのコアの屈折率ｎ₁および比屈折率差Δを用いて、次式（１）で表される。

また、比屈折率差Δ（単位％）は、当該光ファイバのクラッドの屈折率ｎ₂を用いて、次式（２）で定義される。

図４は、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の、波長８５０ｎｍにおける、図２に示した溶融延伸部２５の長さＬと高次モード損失の関係を示す特性図である。縦軸は、伝搬モード選択器の入力ポートから、基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する信号光を入射した時の、伝搬モード選択器の出力ポートにおける規格化光強度を示す。横軸は、伝搬モード選択器の溶融延伸部の長さＬを示す。

図４に示すように、出力ポートにおける規格化光強度は、概ね溶融延伸部の長さＬが５ｍｍ以上の領域から減少し始め、その後溶融延伸部の長さＬの増加に伴い、周期的に変化することが分かる。

ここで、前記規格化光強度の周期的変化は、当該伝搬モード選択器を構成する２本の光ファイバ間における主モード間の結合回数に対応し、当該規格化光強度が最小となる溶融延伸部の長さＬでは、当該伝搬モード選択器の出力端における高次モードの損失を最大とすることができる。したがって、溶融延伸部の長さＬを、図４に破線で示した長さに制御することにより、当該使用波長帯域における本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を作製することが可能となる。

また一般に、前記規格化光強度の変化周期は、溶融延伸部の長さＬの増加に伴い減少（結合回数の増加に伴い好適な溶融延伸部の長さＬの変化量が減少）し、溶融延伸部の外径も細径化される。したがって、実際の伝搬モード選択器の製造では、溶融延伸部の長さＬの制御性、ならびに溶融延伸部の機会強度の保持に鑑み、溶融延伸部の長さＬを５ｍｍから１２ｍｍの範囲で制御することが望ましい。

図５は、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の、波長８５０ｎｍにおける近視野光強度分布の評価結果を示す図（等高線図）である。図５（ａ）に、基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する信号光を、長さ２００ｍの波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバに入射した時の、当該光ファイバの出射端における近視野光強度分布を示す。ここで、図５（ｂ）に、図５（ａ）に破線で示したｙ＝０μｍの軸における光強度分布を示す。また、図５（ｃ）に、図５（ａ）の出射光を、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器に入射した時の、当該伝搬モード選択器の出射端における近視野光強度分布を示す。ここで、図５（ｄ）に、図５（ｃ）に破線で示したｙ＝０μｍの軸における光強度分布を示す。なお、図５（ｃ）の測定では、図４に示した結果に基づき、溶融延伸部の長さＬが約６．５μｍの伝搬モード選択器を用いた。

図５に示すように、波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する光ファイバの出射端では、左右対称の２つのピークを有する高次（ＬＰ₁₁）モードの光強度分布が明確に観測されているのに対し、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の出射端では、コア中央に１つのピークを有する基本（ＬＰ₀₁）モードの光強度分布が選択的に透過されていることが確認できる。なお、当該伝搬モード選択器の基本モードに対する挿入損失は０．２ｄＢ以下であった。

図６は、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を用いた、波長８５０ｎｍにおけるアイパターン、ならびに符号誤り率特性の評価結果を示す図である。なお、図６の評価は、図１に示した光伝送システムの構成例において、波長８５０ｎｍの信号光を有する伝送部１１と、波長１．３μｍ帯で零分散波長を有する長さ１ｋｍの光ファイバで構成される光伝送路１２と、図５（ｂ）の測定で用いた本発明の伝送モード選択器１３と、前記波長８５０ｎｍにおける信号光を受光する受信部１４を用いて実施した。また、信号光には伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ（Non Return to Zero）信号を用い、パルス列の擬似ランダムパターン長は２²³−１とした。

図６（ａ）および（ｂ）は、それぞれ前記光伝送路の出射端、および前記伝送モード選択器の出射端におけるアイパターンの評価結果を示す。図６(a)では、前記光伝送路中を伝搬する高次モードの影響により、良好なアイ開口が得られていないことが確認できる。一方、図６（ｂ）では、本発明の伝搬モード選択器の適用により、良好なアイ開口が再現されていることが分かる。

図６（ｃ）は、受光強度の変化に対する符号誤り率特性の評価結果を示す。図中の丸印は、光伝送路および伝搬モード選択器を含まない、Back to backにおける評価結果を示す。三角および四角のプロットは、それぞれ前記光伝送路、および伝搬モード選択器の出射端における評価結果を示す。

図６（ｃ）に示すように、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を用いない場合、すなわち光伝送路の出射端における符号誤り率特性は、高次モードの影響により劣化し、符号誤り率が１０^-9のレベルで約３．７ｄＢのパワーペナルティが発生していることが分かる。一方、本発明の光伝送システムでは、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を適用することにより、符号誤り率が１０^-9のレベルにおけるパワーペナルティが約０．３ｄＢに改善されていることが分かる。したがって、本発明の伝搬モード選択器を用い、本発明の光伝送システムを構成することにより、光伝送路の遮断波長より短波長側における伝送特性を飛躍的に改善できることが分かる。

図７は、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の、高次モード損失の波長依存性を示す図である。なお、図７の測定では、図４に示した溶融延伸部の長さLと高次モード損失の関係に基づき、前記溶融延伸部の長さＬが約６．５ｍｍおよび８．６ｍｍの２種類の伝搬モード選択器を用いた。図７中の実線および破線は、それぞれ前記Ｌが６．５ｍｍおよび８．６ｍｍの伝搬モード選択器における評価結果を示す。また、図７の測定では、本発明の伝搬モード選択器の入射ポートに、全モード（光ファイバ中の伝搬モードに均等に光強度が配分される）励振条件による信号光を入射し、出力ポートにおける高次モードの損失を測定した。

図７に示すように、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の高次モード損失は、波長に対し周期的な特性変化を有することが確認できる。また、両伝搬モード選択器の、波長８００ｎｍから１０００ｎｍ帯における高次モードの最大損失は、約３ｄＢ程度であるのに対し、波長６００ｎｍから８００ｎｍ帯における高次モードの最大損失は、約５ｄＢ前後まで増加していることが確認できる。

ここで、本発明の伝搬モード選択器の実施例で使用した、波長１．３μｍ帯で零分散波長を有する光ファイバは、約１１５０ｎｍの遮断波長を有し、波長６００ｎｍから８００ｎｍの領域、および波長８００ｎｍから１１５０ｎｍの領域で、それぞれ基本モードを含む４および２の主モード次数を有する。したがって、図７の測定では全モード励振条件を適用しているため、前述の波長６００ｎｍから８００ｎｍ帯、および波長８００ｎｍから１０００ｎｍ帯における高次モードの損失は、それぞれ基本モードを除く各波長帯における高次モードの伝搬数に概ね対応した損失量を示していることが分かる。したがって、本発明の第１の実施例で示した伝搬モード選択器は、少なくとも２以上の複数の主モードを含む、少なくとも波長８５０ｎｍ帯を含む複数の波長帯に対する適用性を有することが分かる。

本発明の第２の実施例では、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器を、複数の空孔構造を有する空孔構造光ファイバと、コア径が５０μｍの多モード光ファイバとを用いて構成した場合について説明する。ここで、前記空孔構造光ファイバは、上述した図２に示す第１の光ファイバ２２に相当し、コア径が５０μｍの多モード光ファイバは、上述した図２に示す第２の光ファイバ２３に相当する。なお、前記空孔構造光ファイバの波長８５０ｎｍにおける基本モードを含む主モード次数は２つであった。また、前記コア径が５０μｍの多モード光ファイバの、波長８５０ｎｍにおける基本モードを含む主モード次数は１０以上であった。また、前記空孔構造光ファイバおよび前記多モード光ファイバの開口数は、それぞれ０．１および０．２であった。

図８は、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器が具備する空孔構造光ファイバの断面を示す図である。

本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器が具備する空孔構造光ファイバは、図８に示すように、屈折率が均一なクラッド部８１と、半径がａでクラッド部８１に対する比屈折率がΔのコア部８２と、コア部８２中心Ｃ₁から半径Λの円周に外接する半径ｒの空孔部８３により構成される。ここで、前記空孔構造光ファイバは、上述したように、接続性ならびに取り扱い性の観点から、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が既存の単一モード光ファイバと同等となる７μｍ〜１１μｍ程度であることが望ましい。

当該空孔構造光ファイバの特性と、その設計条件は、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１によれば、前記コア部８２の半径ａに対する前記空孔部８３までの距離Λの比率Λ／ａを２以上、前記半径ａに対する空孔部８３の半径の比率ｒ／ａを０．２以上とし、空孔部８３を４個以上配置することにより、上述した実施例１に示した、従来の単一モード光通信で使用されている波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバと同等の零分散波長特性、ならびにモードフィールド径特性を実現し、かつ曲げ損失特性を飛躍的に向上できることが開示されている。

したがって、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器を、特許文献１に開示された技術に基づいて作製した空孔構造光ファイバと、前記空孔構造光ファイバよりも大きな開口数、もしくはコア径を有する多モード光ファイバとを用いて構成することにより、前記波長１．３μｍ帯に零分散波長を有する単一モード光ファイバ、もしくは前記空孔構造光ファイバで構成される光伝送路との互換性（接続性）に優れた、伝送モード選択器を実現することが可能となる。特に、光伝送路を前記空孔構造光ファイバで構成した場合には、光伝送システム全体における曲げ損失特性を飛躍的に向上することも可能となる。

なお、本発明の第２の実施例で用いた空孔構造光ファイバの、前記コア半径ａ、比屈折率差Δ、空孔部までの距離Λ、および空孔半径ｒは、それぞれ４．５μｍ、０．３５％、９μｍ、および６．５μｍであった。また、当該空孔構造光ファイバの波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径は約９μｍであった。

図９は、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器の、波長８５０ｎｍにおける、図２に示した溶融延伸部２５の長さＬと高次モード損失の関係について示す特性図である。縦軸は、伝搬モード選択器の入力ポートから、基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを有する信号光を入射した時の、伝搬モード選択器の出力ポートにおける規格化光強度を示す。横軸は、伝搬モード選択器の溶融延伸部の長さＬを示す。

図９に示すように、出力ポートにおける規格化光強度は、図４に示した、本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の場合の結果と同様に、溶融延伸部の長さＬの増加に伴い、周期的に変化することが分かる。

したがって、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器において、溶融延伸部の長さＬを５ｍｍから１２ｍｍの範囲で制御することにより、本発明の第１の実施例と同等の作用効果を有する、伝搬モード選択器を実現できることが分かる。なお、図９の結果に基づき、前記溶融延伸部の長さＬを８．５ｍｍとして作製した、本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器の、波長８５０ｎｍにおける基本モードの挿入損失は０．２ｄＢ以下であった。

本発明は、伝搬モード選択器およびこれを用いた光伝送システムに利用可能であり、特に光ファイバを用いた高速・広帯域光伝送に利用可能である。

本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器を用いた光伝送システムを示す模式図である。本発明の最良の一実施形態に係る伝搬モード選択器を模式的に示す図であり、（ａ）にその概略を示し、（ｂ）にその溶融延伸前における断面を示し、（ｃ）にその溶融延伸後における断面を示す。光ファイバカプラの製造装置の一例を示す概略図である。本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の波長８５０ｎｍにおける溶融延伸部の長さＬと高次モード損失の関係を示す特性図である。本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の波長８５０ｎｍにおける近視野光強度分布の評価結果を示す図である。本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器を用いた波長８５０ｎｍにおけるアイパターンおよび符号誤り率特性の評価結果を示す図である。本発明の第１の実施例に係る伝搬モード選択器の高次モード損失の波長依存性を示す図である。本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器が具備する空孔構造光ファイバの断面を示す図である。本発明の第２の実施例に係る伝搬モード選択器の波長８５０ｎｍにおける溶融延伸部の長さＬと高次モード損失の関係について示す特性図である。

符号の説明

１１受信部
１２光伝送路
１３伝搬モード選択器
１４受信部
２１入力ポート
２２第１の光ファイバ
２３第２の光ファイバ
２４出力ポート
２５溶融延伸部
２６第１の光ファイバのコア部
２７第１の光ファイバのクラッド部
２８第２の光ファイバのコア部
２９第２の光ファイバのクラッド部
３１ヒータ部
３２光ファイバ保持部
３３光ファイバ引張り部
３４第１の光ファイバ
３５第２の光ファイバ
８１クラッド部
８２コア部
８３空孔部

Claims

使用波長帯域において基本モードを含めて少なくとも２以上の主モード次数を有する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバよりも大きな開口数もしくはコア径を有し、前記使用波長帯域で基本モードを含めて前記第１の光ファイバよりも大きい主モード次数を有する第２の光ファイバとを具備し、
前記第１の光ファイバの一方の端部を信号光が入力する入力ポートとする一方、当該第１の光ファイバの他方の端部を信号光が出力する出力ポートとし、
前記第１の光ファイバのクラッド部と前記第２の光ファイバのクラッド部が溶融されてなる溶融延伸部を所定の長さで設けることにより、前記入力ポートへの基本モードを含む少なくとも２以上の主モードを含む信号光の入力に対し、前記出力ポートにおける前記基本モード以外の信号光の損失を生じさせて、前記基本モードの信号光を選択的に前記出力ポートに出力するようにした
ことを特徴とする伝搬モード選択器。
請求項１に記載された伝搬モード選択器であって、
前記第１の光ファイバは、屈折率が均一なクラッド部と、前記クラッド部の中央に配置され、半径がａで比屈折率差がΔのコア部と、前記コア部の中心からの距離Λの円周に外接するように当該円周上で等間隔に配置された、少なくとも４個以上の半径ｒの空孔部とにより構成される空孔構造光ファイバである
ことを特徴とする伝搬モード選択器。
使用波長帯域における信号光を生成する送信部と、
前記送信部に接続された光伝送路と、
前記光伝送路に接続され、請求項１または請求項２に記載の伝搬モード選択器と、
前記伝搬モード選択器に接続され、前記光伝送路および前記伝搬モード選択器を通った信号光を受信する受信部とを具備するようにした
ことを特徴とする光伝送システム。