JPWO2016002922A1 - 空間−oam変換・oam合分岐デバイス、oam伝送システム及びoam−admネットワークシステム - Google Patents
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Abstract
マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスを提供するものである。空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10は、入力されるシングルモード光をOAMモードに変換して出力し、入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して出力する空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10であって、OAMモードにおける1サイクルの角度である基本モーメント角θは、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をNとし、マルチコアファイバに伝送させるモード数をMとした場合に、式θ≦2π×N/M(但し、N<M)を満たす。
Description
本発明は、マルチコアファイバに軌道角運動量(orbital angular momentum:OAMと)モードを伝送させる空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス、OAM伝送システム及びOAM−ADM(Add Drop Multiplexer)ネットワークシステムに関する。
現在のデータトラフィックは、著しく増加しており、空間分割多重(spatial division multiplexing:SDM)は、そのような巨大なデータトラフィックの需要に追いつくための、次世代の伝送技術の一つになることが期待される。これまでに、いくつかの研究グループが、マルチコアファイバを用いて高い伝送容量を実証しており、データレートは、すでにファイバ当たり1Pb/s弱に達している(非特許文献1)。
一つの問題は伝送チャンネルの数であり、マルチコアファイバ(multi-core fiber:MCF)のコア数「N」とちょうど同じだということである。したがって、大幅なチャンネルの増大が実現するのであれば大いに望ましい。
一つの問題は伝送チャンネルの数であり、マルチコアファイバ(multi-core fiber:MCF)のコア数「N」とちょうど同じだということである。したがって、大幅なチャンネルの増大が実現するのであれば大いに望ましい。
例えば、従来のスイッチング装置は、空間多重光信号のモード変換を行うモード変換器と、モード変換器を経た空間多重光信号が入力するマルチコアファイバとを有する。そしてモード変換器によりモード変換された空間多重光信号は、変換後のモードに応じて、マルチコアファイバのいずれかのコアへ伝播する(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の従来のスイッチング装置は、スイッチングノードにてシングルモード化する必要がないスループットの高い空間光スイッチングを提供するものであり、マルチコアファイバにOAMモードを伝送させることができるというだけで、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させるものではない。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス及びOAM伝送システムを提供するものである。
本発明に係る空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスにおいては、入力されるシングルモード光をOAMモードに変換して出力し、入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して出力する空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスであって、前記OAMモードにおける1サイクルの角度である基本モーメント角θは、前記OAMモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をNとし、前記マルチコアファイバに伝送させるモード数(チャンネル数)をMとした場合に、式θ≦2π×N/M(但し、N<M)を満たすものである。
本発明に係る空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスにおいては、マルチコアファイバの伝送チャンネルを増加させることができる。
(本発明の第1の実施形態)
まず、通常のOAM(orbital angular momentum:軌道角運動量)モードをマルチコアファイバ(multi-core fiber:MCF)に伝送させる場合の問題点を説明したうえで、本発明に係る新規のOAMモードをMCFに伝送することの利点を説明する。
なお、本発明では、「先進(advanced)」軌道角運動量(orbital angular momentum:OAM)モード(以下、a−OAMモードと称す)を利用する新規な方式を提案する。評価結果は、N−コアMCF上で、N個を超える伝送チャンネルの可能性(具体例としては、6−コアMCF上の伝送チャンネルの約2倍に対応する11モードチャンネルの増大の可能性)を示している。
まず、通常のOAM(orbital angular momentum:軌道角運動量)モードをマルチコアファイバ(multi-core fiber:MCF)に伝送させる場合の問題点を説明したうえで、本発明に係る新規のOAMモードをMCFに伝送することの利点を説明する。
なお、本発明では、「先進(advanced)」軌道角運動量(orbital angular momentum:OAM)モード(以下、a−OAMモードと称す)を利用する新規な方式を提案する。評価結果は、N−コアMCF上で、N個を超える伝送チャンネルの可能性(具体例としては、6−コアMCF上の伝送チャンネルの約2倍に対応する11モードチャンネルの増大の可能性)を示している。
1.N−コアMCF上の先進OAMモード
通常のOAMモード(非特許文献2)は、図1(a)に示すように、位相変化が中心軸に沿っているリング状の場である。図1(b)に示すように、この位相関係をN−コアMCFに転換するために、位相変化プロファイルをN個に分割する。このようにすれば、OAMモードをMCF上にも表現することができる(非特許文献3)。一般的に言えば、2π×l(l:OAMモードのチャージ番号)の位相変化を有する通常のOAMモードは、+/−lが整数であるとき、互いに直交関係を確保し、無限なモードセットを提供する。
残念なことに実際は、MCF上では、OAMモードの縮退という重大な問題がある。
表1は、この縮退の一例を、コア数N=6の場合で説明する。チャージ番号lがコア数Nを超える場合(ここではコア数N=6)、位相関係は、l−Nの場合と全く同じである(チャージ番号l=7の場合を参照)。負のチャージ番号lの場合にも、同じような縮退が発生する(チャージ番号l=−1の場合を参照)。
通常のOAMモード(非特許文献2)は、図1(a)に示すように、位相変化が中心軸に沿っているリング状の場である。図1(b)に示すように、この位相関係をN−コアMCFに転換するために、位相変化プロファイルをN個に分割する。このようにすれば、OAMモードをMCF上にも表現することができる(非特許文献3)。一般的に言えば、2π×l(l:OAMモードのチャージ番号)の位相変化を有する通常のOAMモードは、+/−lが整数であるとき、互いに直交関係を確保し、無限なモードセットを提供する。
残念なことに実際は、MCF上では、OAMモードの縮退という重大な問題がある。
表1は、この縮退の一例を、コア数N=6の場合で説明する。チャージ番号lがコア数Nを超える場合(ここではコア数N=6)、位相関係は、l−Nの場合と全く同じである(チャージ番号l=7の場合を参照)。負のチャージ番号lの場合にも、同じような縮退が発生する(チャージ番号l=−1の場合を参照)。
したがって、OAMモードでさえ、MCF上に、有意に伝送チャンネルを増大することができない。
しかしながら、ここでは、MCFの一つの利点(互いのコアが隔離されていること)に焦点を当てる。MCFの各コアは、それぞれ分離されていると考えることができ、それゆえ、ファイバに沿って信号を送信する際、モード直交の状態を考慮する必要がない。そして、a−OAMモードの位相は、通常のOAMモードと同様に中心軸に沿って変化するものの、もはや「2π」×lの関係はない。
しかしながら、ここでは、MCFの一つの利点(互いのコアが隔離されていること)に焦点を当てる。MCFの各コアは、それぞれ分離されていると考えることができ、それゆえ、ファイバに沿って信号を送信する際、モード直交の状態を考慮する必要がない。そして、a−OAMモードの位相は、通常のOAMモードと同様に中心軸に沿って変化するものの、もはや「2π」×lの関係はない。
2.モード縮退の問題に関する設計基準
チャージ番号の極性が異なる(+/−)事例間の場合に加えて、チャージ番号の極性が同一の事例の場合に、モード縮退そのものが現れる。従って、2つの事例について以下に説明する。
チャージ番号の極性が異なる(+/−)事例間の場合に加えて、チャージ番号の極性が同一の事例の場合に、モード縮退そのものが現れる。従って、2つの事例について以下に説明する。
事例1)チャージ番号の極性が同一の事例
考えられる「モーメント角(momentum angular)」について留意しなければならない。(ここで、モーメント角Θとは、OAMモードでの1つのサイクルの角度であると定義する。)例えば、表1において、これは、チャージ番号l=1の場合には2πに相当し、チャージ番号l=6の場合には12πに相当する。
考えられる「モーメント角(momentum angular)」について留意しなければならない。(ここで、モーメント角Θとは、OAMモードでの1つのサイクルの角度であると定義する。)例えば、表1において、これは、チャージ番号l=1の場合には2πに相当し、チャージ番号l=6の場合には12πに相当する。
この場合には、複数のモードのすべての組の間では、モード縮退が現れることはないが、使用される(モード多重に用いられる)全てのモーメント角Θがこの範囲を超えると、モード縮退が現れ始める。例えば、表1において、チャージ番号6のモーメント角Θは、2π×6=12πであり、従って、チャージ番号1とチャージ番号6との間の範囲では、モード縮退は生じていない。しかしながら、チャージ番号7の場合においては、モーメント角Θが2π×7であり、これは2π×6を超えるため、モード縮退が現れる。
チャージ番号を増加する一方で、この条件式(1)を満たすため、ここで、基本モーメント角(fundamental momentum angular)θを検討する。あるOAMモードの場合には、基本モーメント角θは2πではない場合があるが、通常のOAMモードの場合には、基本モーメント角θは2πである。例えば、基本モーメント角θを2πの代わりに、πに設定すると、基本モーメント角θは表2に示すように2π×Nの範囲内にあるため、モード縮退がチャージ番号l=12まで回避される。
適切な基本モーメント角θに設定するための方法は次の通りである。M倍を超える伝送を実現するために、基本モーメント角θを2π×N/Mもしくはそれ以下に設定する。例えば、2N伝送チャンネル超を実現するためには、基本モーメント角θを次の通り設定しなければならない。
実際問題として、更に、チャージ番号0の場合があるが、その場合には、考えられる伝送チャンネルは、2N+1倍になる。3N伝送チャンネル超を実現する場合を確保するためには、基本モーメント角θを次の通り設定しなければならない。
事例2)チャージ番号の極性が異なる(+/−)事例
後で説明するPHASAR素子を用いて、OAMモードを生成することを提案する。チャージ番号における極性の双方は、小型化の利点に加えて、過度な損失を減少させることに役立つ。
しかしながら、チャージ番号の異なる極性を用いることによって、表1におけるチャージ番号l=−1のようにモード縮退の問題が再び生ずる。図1(c)は、基本モーメント角θが4π/3であるときのモード縮退を示している。図1(c)に示すように、チャージ番号l=3とチャージ番号l=−6とは、チャージ番号l=4とチャージ番号l=−5と同様に、縮退関係である。
実際問題として、この問題は、事例1の等式(2)の方法を用いることによって回避される。例えば、2Nチャンネル超のために、基本モーメント角θ=2π×N/2N=πを再び用いると、縮退の問題は起こらない。図1(d)は、チャージ番号の関数としてのモーメント角Θを示している。この図に示すように、非「モード縮退」条件が確保される。
後で説明するPHASAR素子を用いて、OAMモードを生成することを提案する。チャージ番号における極性の双方は、小型化の利点に加えて、過度な損失を減少させることに役立つ。
しかしながら、チャージ番号の異なる極性を用いることによって、表1におけるチャージ番号l=−1のようにモード縮退の問題が再び生ずる。図1(c)は、基本モーメント角θが4π/3であるときのモード縮退を示している。図1(c)に示すように、チャージ番号l=3とチャージ番号l=−6とは、チャージ番号l=4とチャージ番号l=−5と同様に、縮退関係である。
実際問題として、この問題は、事例1の等式(2)の方法を用いることによって回避される。例えば、2Nチャンネル超のために、基本モーメント角θ=2π×N/2N=πを再び用いると、縮退の問題は起こらない。図1(d)は、チャージ番号の関数としてのモーメント角Θを示している。この図に示すように、非「モード縮退」条件が確保される。
3.伝送チャンネル増大の基本的評価
通常のOAMは、PHASAR(非特許文献5)素子を用いて生成、多重化及び分離化することができるとの報告がすでになされている(非特許文献4)。
a−OAMモードの場合であっても、図2(a)に示すように、位相プロファイルがまだ直線的に変化するので、ここでは、PHASARの使用に基づいて可能な伝送チャンネルを評価する(図2(b)参照)。
通常のOAMは、PHASAR(非特許文献5)素子を用いて生成、多重化及び分離化することができるとの報告がすでになされている(非特許文献4)。
a−OAMモードの場合であっても、図2(a)に示すように、位相プロファイルがまだ直線的に変化するので、ここでは、PHASARの使用に基づいて可能な伝送チャンネルを評価する(図2(b)参照)。
PHASARにおけるアレイ導波路の数が、100前後ではなく、コア数「N」に制限されているため、OAMモードの多重/分離(Mux/Demux)の一つの重要な問題は、そのクロストークである(非特許文献4)。
a−OAMの多重/分離(Mux/Demux)では、その2π未満のより小さな基本モーメント角θが原因で、チャンネル間隔がより狭いため、クロストークが悪化することが非常に懸念される。一方で、通常のOAMモードの場合に基本モーメント角θは2πであるが、a−OAMモードの場合は2πである必要は無く、それより小さい設定が可能となる。
a−OAMの多重/分離(Mux/Demux)では、その2π未満のより小さな基本モーメント角θが原因で、チャンネル間隔がより狭いため、クロストークが悪化することが非常に懸念される。一方で、通常のOAMモードの場合に基本モーメント角θは2πであるが、a−OAMモードの場合は2πである必要は無く、それより小さい設定が可能となる。
このため、多入力多出力(multiple-input multiple-output:MIMO)デジタル信号処理(digital signal processing:DSP)を用いることも考慮に入れる。また、モード多重化上の−4dBの悪化したクロストークは、MIMOを用いることによって補うことができると実証されており(非特許文献6)、それゆえ、ここでも、−4dBをこの研究でクロストークレベルの基準とすることを前提としている。
ビーム伝搬法を用い、6−コアMCF上のa−OAMの場合について、分離(Demux)PHASAR素子後のクロストークをシミュレーションした。
MCF伝送で遣り取りした間、クロストークは起こらなかった。PHASAR素子は、シリカ系導波路(複屈折Δn=0.005)を用いて設計した。
図3(a)はa−OAMモードを発生・合波させるPHASAR素子の概略図を示す。この構造を下記に説明するごとく設計した。アレイ数はMCF(N)のコア数に設計し、入力ポート及び出力ポートの数は伝送チャンネル数Mと等しくなるように設計した。伝送チャンネルの数Mは次式(4)に相当する。
MCF伝送で遣り取りした間、クロストークは起こらなかった。PHASAR素子は、シリカ系導波路(複屈折Δn=0.005)を用いて設計した。
図3(a)はa−OAMモードを発生・合波させるPHASAR素子の概略図を示す。この構造を下記に説明するごとく設計した。アレイ数はMCF(N)のコア数に設計し、入力ポート及び出力ポートの数は伝送チャンネル数Mと等しくなるように設計した。伝送チャンネルの数Mは次式(4)に相当する。
ここで、lmaxは最大チャージ番号である。図3(a)に示すように、アレイ導波路及び入力ポートは中心線対称に、各導波路の間隔はxa及びxinに設定される。そこで、a−OAMモードの基本モーメント角θは、次の方程式(5)で求めることができる。
この方程式(5)から、図2(a)に示すように、各コアの位相差を、次の方程式(6)を用いて求める。
この位相はローランド円(Rin,Rout=2Rin)(非特許文献7)の半径の光路長差から求められる。この光路長、入力ポート数が1であることは、入力ポートの間隔xin及びアレイ導波路の間隔xaを定数とする場合に(図3(a))、次の方程式(7)で求められる。
ここで、θaはアレイ導波路の各角度、θinは入力ポートの各角度、1及びjは入力ポート及びアレイ導波路の位置番号である。光路長差ΔLは位相差Δφとなり、次の方程式(8)で求められる。
ここで、neffはスラブ導波路の実効屈折率である。方程式(6)、方程式(7)及び方程式(8)を用いて、基本モーメント角とローランド円の半径との関係を求める。例えば、入力ポートが1のとき、光路長差(j=(N+1)/2、及び、j=(N+1)/2−1)は次の方程式(9)で求められる。
方程式(6)、方程式(8)及び方程式(9)から、基本モーメント角とローランド円の半径との関係は、図3(b)(xa=18.5μm、xin=20μm、neff=1.4532、及び、λ=1.55μm)から導かれる。6−コアMCFを用いて9チャンネル(lmax=4に相当)の伝送をする場合、入力ポートの数は9であり、アレイ導波路の数は6であり、基本モーメント角θは4π/3になり、ローランド円の半径は3145μmに設定される(図3(b))。伝送チャンネルが13チャンネルに増えた場合は(lmax=6に相当)、入力ポートが増え、基本モーメント角は12π/13になり、ローランド円の半径は4542μmになる。さらに、コアの数が12コアに増えた場合は、アレイ導波路は12に増え、基本モーメント角は12π/13になり、ローランド円の半径は4542μmになる。
このような方法で、波長が1.55μmの場合を設計してシミュレーションした。その結果及び各設計パラメータを図4(a)及び表3にまとめる。ここでは、共通パラメータ(導波路幅=6μm、xa=18.5μm、xin=20μm、neff=1.4532、及び、λ=1.55μm)を設定した。
このような方法で、波長が1.55μmの場合を設計してシミュレーションした。その結果及び各設計パラメータを図4(a)及び表3にまとめる。ここでは、共通パラメータ(導波路幅=6μm、xa=18.5μm、xin=20μm、neff=1.4532、及び、λ=1.55μm)を設定した。
これらに示すように、最悪のクロストークは、lmax(チャージ番号lの最大値)=4の場合の−7.3dBであり、チャージ番号lの最大値lmax=5の場合の−4.5dBであり、チャージ番号lの最大値lmax=6の場合の−3.1dBであった。実際の伝送チャンネルは、2×lmax+1(+/−のチャージ番号lの最大値lmax、及びチャージ番号l=0を利用する場合)に相当する。したがって、可能な伝送チャンネル数は、チャージ番号lの最大値lmax=4の場合の9であり、チャージ番号lの最大値lmax=5の場合の11であると評価される。チャージ番号lの最大値lmax=6を上回るとクロストークレベルが−4dBに悪化するので、可能な伝送チャンネル数は、11であると評価され、これは、コア数のほぼ2倍に相当する。但し、PHASAR素子の性能向上やDSP技術の性能改善により、可能な伝送チャンネル数は更に増大させることが可能である。
上記を確認するために、チャージ番号lの機能としての評価された伝送が図4(b)(チャージ番号lの最大値lmax=5の場合)に示される。ここで示されているように、チャージ番号lが増加する場合に過剰な損失になり、そして、このように、我々はそれが将来の研究で改善されなければならないと考える。
また、この方式を用いて、100ch(100チャンネル)に向けて評価を拡張した。図5(a)は、100chを実現する場合のクロストークを、コア数の関数として示す。
ここに示されているように、それは同じ基準に基づいて55のコア数を上回るMCF上で実現することができる。また、60−コアMCF上で100chの伝送を確認した(図5(b))。
結果は、MCF上で100chを上回ることが実現する可能性を示しているが、現在のPHASAR素子の設計では、チャージ番号が増加するにつれ過剰損失が増大するので、そのことも今後の作業で改善していかなければならないと考えている。
念のため、この方式を用いる場合、リング状の光場プロファイルを考慮する必要はなく、コア間のクロストークを除き、コアをルールに縛られないレイアウトとすることができる。
ここに示されているように、それは同じ基準に基づいて55のコア数を上回るMCF上で実現することができる。また、60−コアMCF上で100chの伝送を確認した(図5(b))。
結果は、MCF上で100chを上回ることが実現する可能性を示しているが、現在のPHASAR素子の設計では、チャージ番号が増加するにつれ過剰損失が増大するので、そのことも今後の作業で改善していかなければならないと考えている。
念のため、この方式を用いる場合、リング状の光場プロファイルを考慮する必要はなく、コア間のクロストークを除き、コアをルールに縛られないレイアウトとすることができる。
以上のように、N−コアMCF上の新規の先進OAMを提案した。本実施形態で示されるデザイン基準に基づく、N個を超える伝送チャンネルの可能性が提示されている。各N−コアにa−OAMが転換されると、光自体が各コア上で通常のシングルモードとして伝播するとき、原理上、モード依存遅延は殆ど発生しない。
したがって、説明した方式は、モード依存遅延においても利点がある。MIMO技術に加え、PHASAR素子の改善によるクロストークの更なる改善が、より高い伝送容量のためにMCFを促進させることに寄与し得ると期待している。
したがって、説明した方式は、モード依存遅延においても利点がある。MIMO技術に加え、PHASAR素子の改善によるクロストークの更なる改善が、より高い伝送容量のためにMCFを促進させることに寄与し得ると期待している。
つぎに、本発明に係るOAMモード(a−OAMモード)を利用する新規な伝送方式を実現するためのシステム構成について、図6及び図7を用いて説明する。
OAM伝送システム100は、図6に示すように、マルチコアファイバ1、並びに、送信側及び受信側にそれぞれ配設される、一対の光送受信システム2、一対の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10、及び、一対のファンイン/ファンアウトデバイス3、を備える。
OAM伝送システム100は、図6に示すように、マルチコアファイバ1、並びに、送信側及び受信側にそれぞれ配設される、一対の光送受信システム2、一対の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10、及び、一対のファンイン/ファンアウトデバイス3、を備える。
マルチコアファイバ1は、図7(b)に示すように、光ファイバ一心に複数のコア1aを設け、シングルコアファイバに対して伝送容量の拡大と空間利用効率を高めたものである。
なお、図7(b)においては、複数のコア1aをリング状に配置したマルチコアファイバ1を図示しているが、本発明に係るOAMモード(a−OAMモード)は、マルチコアファイバ1の断面において、複数のコア1aを時計回り又は反時計回りの位相回転とするリング状の配置にする必要はなく、隣り合うコア1a間でクロストークが発生しない間隔(例えば、40μm)で配置するのであれば、複数のコア1aを不規則に配置してもよい。
例えば、マルチコアファイバ1は、図7(c)に示すように、複数のコア1aをリング状に配置したリングの内側に、さらに複数のコア1aを配置した同心円状にすることにより、図7(b)と比較して、リングの内側の空いた領域に複数のコア1aを配置することができ、空間利用効率を高めることができる。
なお、図7(b)においては、複数のコア1aをリング状に配置したマルチコアファイバ1を図示しているが、本発明に係るOAMモード(a−OAMモード)は、マルチコアファイバ1の断面において、複数のコア1aを時計回り又は反時計回りの位相回転とするリング状の配置にする必要はなく、隣り合うコア1a間でクロストークが発生しない間隔(例えば、40μm)で配置するのであれば、複数のコア1aを不規則に配置してもよい。
例えば、マルチコアファイバ1は、図7(c)に示すように、複数のコア1aをリング状に配置したリングの内側に、さらに複数のコア1aを配置した同心円状にすることにより、図7(b)と比較して、リングの内側の空いた領域に複数のコア1aを配置することができ、空間利用効率を高めることができる。
光送受信システム2は、送信側の端末装置(不図示)から入力される電気信号を光信号に変換して空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10に送信し、空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10から受信した光信号を電気信号に変換して受信側の端末装置(不図示)で出力する。
空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10は、光送受信システム2から入力されるシングルモード光(空間モード、ガウスモード)をOAMモードに変換して出力し(合波)、ファンイン/ファンアウトデバイス3から入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して出力する(分岐)。
また、OAMモードにおける1サイクルの角度である基本モーメント角θは、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバ1のコア数をNとし、マルチコアファイバ1に伝送させるモード数(チャンネル数)をMとした場合に、下記式(10)を満たす。
また、OAMモードにおける1サイクルの角度である基本モーメント角θは、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバ1のコア数をNとし、マルチコアファイバ1に伝送させるモード数(チャンネル数)をMとした場合に、下記式(10)を満たす。
特に、本実施形態に係る空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10は、図7(a)に示すように、光導波路を組み合わせることで特定の光学特性を基板上に実現する平面光回路(Planar Lightwave Circuit:PLC)であり、複数のシングルモード光導波路11aからなる入出力導波路部11と、光路長が互いに等しい複数のシングルモード光導波路12aからなるアレイ導波路部12と、ローランド円を構成する一の曲率面13aに入出力導波路部11が接続され、ローランド円を構成する他の曲率面13bにアレイ導波路部12が接続されるスラブ導波路部13と、を備える。
また、入出力導波路部11の各シングルモード光導波路11aは、一の曲率面13aに対して垂直に接続され、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aは、他の曲率面13bに対して垂直に接続される。
また、スラブ導波路部13は、他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rが、前述した式(7)、式(8)、式(9)及び式(10)に基づいて設定される。
例えば、アレイ導波路部12のシングルモード光導波路12a(マルチモードファイバ1のコア数N)が6本であり、伝送チャンネル数(マルチコアファイバに伝送させるモード数M)が13である場合に、他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rは、3670μmである。
例えば、アレイ導波路部12のシングルモード光導波路12a(マルチモードファイバ1のコア数N)が6本であり、伝送チャンネル数(マルチコアファイバに伝送させるモード数M)が13である場合に、他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rは、3670μmである。
なお、他の曲率面13bに構成されるローランド円は、図7(a)に示すように、一の曲率面13aの中点を中心とする。
また、スラブ導波路部13は、一の曲率面13aに構成されるローランド円が、スラブ導波路部13の中点を中心とし、一の曲率面13aに構成されるローランド円の曲率半径rが、他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rの半分(r=R/2)である。
また、スラブ導波路部13は、一の曲率面13aに構成されるローランド円が、スラブ導波路部13の中点を中心とし、一の曲率面13aに構成されるローランド円の曲率半径rが、他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rの半分(r=R/2)である。
さらに、アレイ導波路部12は、N本のシングルモード光導波路12aからなり、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aに入力するOAMモードの位相関係が、Θ/N(=θ×l/N)である(但し、Θ:モーメント角、θ:基本モーメント角、l:OAMモードのチャージ番号)。
例えば、アレイ導波路部12が7本のシングルモード光導波路12aからなり、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバ1のコア数Nを7とし、マルチコアファイバ1に伝送させるモード数Mを14とした場合に、基本モーメント角θは、式(10)より、πとなり、アレイ導波路部12の隣り合うシングルモード光導波路12aに入力するOAMモードの位相差が、π/7である。
詳細には、アレイ導波路部12の7本のシングルモード光導波路12aのうち中央に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号0のOAMモードの位相を基準(Θ/N=θ×l/N=π×0/7=0)とすると、当該シングルモード光導波路12aの両隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+1、−1のOAMモードの位相は、π/7(=π×1/7)、−π/7(=π×(−1)/7)となる。
また、チャージ番号+1、−1のOAMモードが入力されるシングルモード光導波路12aの隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+2、−2のOAMモードの位相は、2π/7(=π×2/7)、−2π/7(=π×(−2)/7)となる。
また、チャージ番号+2、−2のOAMモードが入力されるシングルモード光導波路12aの隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+3、−3のOAMモードの位相は、3π/7(=π×3/7)、−3π/7(=π×(−3)/7)となる。
すなわち、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aには、3π/7、2π/7、π/7、0、−π/7、−2π/7、−3π/7の位相関係を有するOAMモードが入力されることになる。
例えば、アレイ導波路部12が7本のシングルモード光導波路12aからなり、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバ1のコア数Nを7とし、マルチコアファイバ1に伝送させるモード数Mを14とした場合に、基本モーメント角θは、式(10)より、πとなり、アレイ導波路部12の隣り合うシングルモード光導波路12aに入力するOAMモードの位相差が、π/7である。
詳細には、アレイ導波路部12の7本のシングルモード光導波路12aのうち中央に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号0のOAMモードの位相を基準(Θ/N=θ×l/N=π×0/7=0)とすると、当該シングルモード光導波路12aの両隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+1、−1のOAMモードの位相は、π/7(=π×1/7)、−π/7(=π×(−1)/7)となる。
また、チャージ番号+1、−1のOAMモードが入力されるシングルモード光導波路12aの隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+2、−2のOAMモードの位相は、2π/7(=π×2/7)、−2π/7(=π×(−2)/7)となる。
また、チャージ番号+2、−2のOAMモードが入力されるシングルモード光導波路12aの隣に位置するシングルモード光導波路12aに入力するチャージ番号+3、−3のOAMモードの位相は、3π/7(=π×3/7)、−3π/7(=π×(−3)/7)となる。
すなわち、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aには、3π/7、2π/7、π/7、0、−π/7、−2π/7、−3π/7の位相関係を有するOAMモードが入力されることになる。
このように、本実施形態に係る空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10として、入出力導波路部11、アレイ導波路部12及びスラブ導波路部13からなる構成にすることにより、シングルモード光の位相を連続的に変化させることができ、マルチコアファイバ1に伝送させるモード数の高次化を容易に行うことができる。
なお、本実施形態に係るアレイ導波路部12は、各シングルモード光導波路12aを互いに等しい光路長にするために、各シングルモード光導波路12aのコアの屈折率をそれぞれ変化させる位相整合領域12bを備えている。この位相整合領域12bは、各シングルモード光導波路12aのコアに対して、電流、電圧又は温度の制御により屈折率を変化させる構成でもよいし、紫外線を照射して媒質を変成させて屈折率を変化させる構成でもよい。
なお、アレイ導波路部12、ファンイン/ファンアウトデバイス3及びマルチコアファイバ1間の位置合わせ精度を高精度にでき、スラブ導波路部13からマルチコアファイバ1まで(アレイ導波路部12、ファンイン/ファンアウトデバイス3)の各導波路の長さが機械的に等しいのであれば、アレイ導波路部12に位相整合領域12bを備える必要はない。
なお、アレイ導波路部12、ファンイン/ファンアウトデバイス3及びマルチコアファイバ1間の位置合わせ精度を高精度にでき、スラブ導波路部13からマルチコアファイバ1まで(アレイ導波路部12、ファンイン/ファンアウトデバイス3)の各導波路の長さが機械的に等しいのであれば、アレイ導波路部12に位相整合領域12bを備える必要はない。
ファンイン/ファンアウトデバイス3は、空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aに接続すると共に、マルチコアファイバ1の各コア1aに接続して、空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10及びマルチコアファイバ1間を接続する。
なお、本実施形態に係るファンイン/ファンアウトデバイス3は、図7(d)に示すように、一端において、N本のシングルコアファイバ3aを一つのフェルール3c(円筒形のコネクタ)内に一括固定され、他端において、各シングルコアファイバ3aにフェルール3dをそれぞれ取り付けて分離されており、一端側の各シングルコアファイバ3aのコア3bは、マルチコアファイバ1の各コア1aに一致するように配置されている。
なお、本実施形態に係るファンイン/ファンアウトデバイス3は、図7(d)に示すように、一端において、N本のシングルコアファイバ3aを一つのフェルール3c(円筒形のコネクタ)内に一括固定され、他端において、各シングルコアファイバ3aにフェルール3dをそれぞれ取り付けて分離されており、一端側の各シングルコアファイバ3aのコア3bは、マルチコアファイバ1の各コア1aに一致するように配置されている。
つぎに、本実施形態に係るOAM伝送システム100の動作について、図6及び図7を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、図6の左側の光送受信システム2からシングルモード光(空間モード、ガウスモード)を送信し、図6の右側の光受信システム2でシングルモード光(空間モード、ガウスモード)を受信する場合について説明する。
なお、以下の説明においては、図6の左側の光送受信システム2からシングルモード光(空間モード、ガウスモード)を送信し、図6の右側の光受信システム2でシングルモード光(空間モード、ガウスモード)を受信する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図6に示すマルチコアファイバ1を基準として、図6の左側にある光送受信システム2を「送信側光送受信システム2」と称し、図6の右側にある光送受信システム2を「受信側光送受信システム2」と称する。
同様に、以下の説明においては、図6に示すマルチコアファイバ1を基準として、図6の左側にある空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10を「送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10」と称し、図6の右側にある空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10を「受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10」と称する。
同様に、以下の説明においては、図6に示すマルチコアファイバ1を基準として、図6の左側にあるファンイン/ファンアウトデバイス3を「送信側ファンイン/ファンアウトデバイス3」と称し、図6の右側にあるファンイン/ファンアウトデバイス3を「受信側ファンイン/ファンアウトデバイス3」と称する。
同様に、以下の説明においては、図6に示すマルチコアファイバ1を基準として、図6の左側にある空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10を「送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10」と称し、図6の右側にある空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10を「受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10」と称する。
同様に、以下の説明においては、図6に示すマルチコアファイバ1を基準として、図6の左側にあるファンイン/ファンアウトデバイス3を「送信側ファンイン/ファンアウトデバイス3」と称し、図6の右側にあるファンイン/ファンアウトデバイス3を「受信側ファンイン/ファンアウトデバイス3」と称する。
まず、送信側光送受信システム2は、送信側の端末装置(不図示)から入力される電気信号を光信号に変換し、送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10における入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aにシングルモード光を送信する。
送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10における入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部13にシングルモード光(位置情報ベースの信号)を出力する。
送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10における入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部13にシングルモード光(位置情報ベースの信号)を出力する。
送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるスラブ導波路部13は、入力されたシングルモード光を扇状に発散し、位相関係をΘ/N(Θ:モーメント角、N:アレイ導波路部12のシングルモード光導波路12aの本数)のOAMモードとして展開し、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aにそれぞれ出力する。
送信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、送信側ファンイン/ファンアウトデバイス3の各シングルコアファイバ3aにそれぞれ出力する。
送信側ファンイン/ファンアウトデバイス3の各シングルコアファイバ3aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア3b内でそれぞれ伝搬させ、マルチコアファイバ1の各コア1aにそれぞれ入力する。
マルチコアファイバ1は、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア1a内でそれぞれ伝搬させ、受信側ファンイン/ファンアウトデバイス3の各シングルコアファイバ3aにそれぞれ出力する。
受信側ファンイン/ファンアウトデバイス3の各シングルコアファイバ3aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア3b内でそれぞれ伝搬させ、受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aにそれぞれ入力する。
受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、スラブ導波路部13にそれぞれ出力する。
受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10におけるスラブ導波路部13は、入力された位相関係Θ/NのOAMモードをシングルモード光として、入出力導波路部11の一のシングルモード光導波路11aに分岐・出力する(OAMモード変換(チャージ番号変換))。
受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10における入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、受信側光送受信システム2にシングルモード光を出力する。
受信側光送受信システム2は、受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10から受信したシングルモード光の光信号を電気信号に変換して、受信側の端末装置(不図示)に出力する。
受信側光送受信システム2は、受信側空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10から受信したシングルモード光の光信号を電気信号に変換して、受信側の端末装置(不図示)に出力する。
以上のように、本実施形態に係る空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10は、シングルモード光(空間モード、ガウスモード)とOAMモードとを相互に変換することができると共に、スラブ導波路部13の他の曲率面13bに構成されるローランド円の曲率半径Rが前述した式(7)、式(8)、式(9)及び式(10)に基づいて設定されることにより、マルチコアファイバ1のコア数を超える伝送チャンネル数を確保することができるという作用効果を奏する。
また、本実施形態に係るOAM伝送システム100は、一対の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10を備えることにより、シングルモード光をOAMモードに変換して、マルチコアファイバ1に伝送させることができ、既存のマルチコアファイバやマルチモードファイバの径を増加させることなく、光ファイバの伝送容量を増加させることができる。
(本発明の第2の実施形態)
図8(a)は第2の実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステムの概略構成を示すシステム構成図であり、図8(b)は図8(a)に示すOAM−ADMシステムの概略構成を示すシステム構成図である。図9(a)は図8(b)に示すADM・スルー光回路の概略構成を示す平面図であり、図9(b)は図8(b)に示すOAMモード光スイッチの概略構成を示すシステム平面図であり、図9(c)は図9(b)に示す空間光スイッチ部の一例を説明するための説明図である。図8及び図9において、図1乃至図7と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
図8(a)は第2の実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステムの概略構成を示すシステム構成図であり、図8(b)は図8(a)に示すOAM−ADMシステムの概略構成を示すシステム構成図である。図9(a)は図8(b)に示すADM・スルー光回路の概略構成を示す平面図であり、図9(b)は図8(b)に示すOAMモード光スイッチの概略構成を示すシステム平面図であり、図9(c)は図9(b)に示す空間光スイッチ部の一例を説明するための説明図である。図8及び図9において、図1乃至図7と同じ符号は、同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。
OAM−ADMネットワークシステム300は、図8(a)に示すように、OAMモードを伝送させるマルチコアファイバ1と、複数の当該マルチコアファイバ1間に接続され、リング又はバス型の伝送路を構成し、当該伝送路にシングルモード光を入出力(Add/Drop)するOAM−ADMシステム200と、を備える。
OAM−ADMシステム200は、図8(b)に示すように、ADM・スルー光回路20、並びに、ADM・スルー光回路20に対して入力側及び出力側にそれぞれ配設される、第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10a(入出力導波路部11、アレイ導波路部12、スラブ導波路部13)、OAMモード光スイッチ30、及び、ファンイン/ファンアウトデバイス3、を備える。
ADM・スルー光回路20は、図9(a)に示すように、シングルモード光を通過させるスルーポート21と、シングルモード光を伝送路に入力するアドポート22と、シングルモード光を伝送路から出力するドロップポート23と、を有する平面光回路である。
なお、図9(b)においては、最下部に位置するチャンネルがADM(Add Drop Multiplexer)の対象になるようなパッシブ光回路として構成した例を示しているが、アドポート22及びドロップポート23はこの位置に限られるものではない。
なお、図9(b)においては、最下部に位置するチャンネルがADM(Add Drop Multiplexer)の対象になるようなパッシブ光回路として構成した例を示しているが、アドポート22及びドロップポート23はこの位置に限られるものではない。
第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10aは、図8(b)に示すように、ADM・スルー光回路20及びOAMモード光スイッチ30間にそれぞれ接続され、ADM・スルー光回路20から入力されるシングルモード光をOAMモードに変換してOAMモード光スイッチ30に出力し(合波)、OAMモード光スイッチ30から入力されるOAMモードをシングルモード光に変換してADM・スルー光回路20に出力する(分岐)。
ファンイン/ファンアウトデバイス3は、図8に示すように、OAMモード光スイッチ30(後述する第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bのアレイ導波路部12)の各シングルモード光導波路12aに接続すると共に、マルチコアファイバ1の各コア1aに接続して、OAMモード光スイッチ30及びマルチコアファイバ1間を接続する。
OAMモード光スイッチ30は、図8(b)に示すように、第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10a及びファンイン/ファンアウトデバイス3間にそれぞれ接続され、OAMモード間のモードの入れ替え(チャージ番号の入れ替え)を行う。
なお、本実施形態に係るOAMモード光スイッチ30は、図9(b)に示すように、複数の入力ポート31a及び出力ポート31bを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部31と、第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b(入出力導波路部11、アレイ導波路部12、スラブ導波路部13)と、を備える。
また、OAMモード光スイッチ30は、空間光スイッチ部31と第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bとを一枚の基板上に集積したモノリシック集積でもよいし、空間光スイッチ部31の部品と第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bの部品とを連結した構成でもよい。
なお、本実施形態に係るOAMモード光スイッチ30は、図9(b)に示すように、複数の入力ポート31a及び出力ポート31bを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部31と、第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b(入出力導波路部11、アレイ導波路部12、スラブ導波路部13)と、を備える。
また、OAMモード光スイッチ30は、空間光スイッチ部31と第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bとを一枚の基板上に集積したモノリシック集積でもよいし、空間光スイッチ部31の部品と第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bの部品とを連結した構成でもよい。
なお、本実施形態に係る空間光スイッチ部31は、N個の入力とN個の出力を任意の組み合せで接続するマトリクススイッチ(N×N空間光スイッチ部)であり、例えば、図9(c)に示すように、8×8個の単位スイッチ素子(2×2スイッチ)31cを網目状に接続した構成である。
第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bは、図9(b)及び図8(b)に示すように、空間光スイッチ部31の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、空間光スイッチ部31から入力されるシングルモード光をOAMモードに変換して第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10a又はファンイン/ファンアウトデバイス3に出力し(合波)、第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10a又はファンイン/ファンアウトデバイス3から入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して空間光スイッチ部31に出力する(分岐)。
ここで、OAMモード光スイッチ30の動作について、図9(b)を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、図9(b)の左側の第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにOAMモードが入力され、図9(b)の右側の第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bからOAMモードを出力する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図9(b)に示す空間光スイッチ部31を基準として、図9(b)の左側にある第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bを「送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b」と称し、図9(b)の右側にある第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bを「受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b」と称する。
なお、以下の説明においては、図9(b)の左側の第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにOAMモードが入力され、図9(b)の右側の第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bからOAMモードを出力する場合について説明する。
また、以下の説明においては、図9(b)に示す空間光スイッチ部31を基準として、図9(b)の左側にある第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bを「送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b」と称し、図9(b)の右側にある第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bを「受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10b」と称する。
まず、送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/N(Θ:モーメント角、N:アレイ導波路部12のシングルモード光導波路12aの本数)を維持してOAMモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、スラブ導波路部13にそれぞれ出力する。
送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおけるスラブ導波路部13は、入力された位相関係Θ/NのOAMモードをシングルモード光(位置情報ベースの信号)として、入出力導波路部11の一のシングルモード光導波路11aに分岐・出力する(OAMモード変換(チャージ番号変換))。
送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおける入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aは、入力されたシングルモード光をコア内で伝搬させ、空間光スイッチ部31にシングルモード光を出力する。
空間光スイッチ部31は、スイッチングにより、入力されたシングルモード光を受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおける入出力導波路部11のいずれか一のシングル光導波路11aに出力する。
受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおける入出力導波路部11の一のシングル光導波路11aは、入力されたシングルモード光(位置情報ベースの信号)をコア内で伝搬させ、スラブ導波路部13にシングルモード光を出力する。
受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおけるスラブ導波路部13は、入力されたシングルモード光を扇状に発散し、位相関係をΘ/NのOAMモードとして展開し、アレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aにそれぞれ出力する。
受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bにおけるアレイ導波路部12の各シングルモード光導波路12aは、入力されたOAMモードの位相関係Θ/Nを維持してOAMモードをコア内でそれぞれ伝搬させ、受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bからOAMモードを出力する。
このように、OAMモード光スイッチ30は、入力されるOAMモードと出力するOAMモードとにおけるOAMモード間でのモードの入れ替え(チャージ番号の入れ替え)を行うものである。
例えば、OAMモード光スイッチ30は、送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bのアレイ導波路部12の上から1番目のシングルモード光導波路12aに入力されるOAMモードのチャージ番号1に乗せられた情報が、空間光スイッチ部31のスイッチングにより、受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bのアレイ導波路部12の上から7番目のシングルモード光導波路12aから出力されるOAMモードのチャージ番号7に乗せ換えられる。
例えば、OAMモード光スイッチ30は、送信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bのアレイ導波路部12の上から1番目のシングルモード光導波路12aに入力されるOAMモードのチャージ番号1に乗せられた情報が、空間光スイッチ部31のスイッチングにより、受信側第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10bのアレイ導波路部12の上から7番目のシングルモード光導波路12aから出力されるOAMモードのチャージ番号7に乗せ換えられる。
すなわち、OAMモード光スイッチ30は、図8(b)に示すように、送信側第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス10aを介して、所望の(ドロップさせたい情報を乗せた)OAMモードを、ADM・スルー光回路22の最下部の位置(ドロップポート23)に出力されるようにし、不要な(ドロップさせる必要のない情報を乗せた)OAMモードを、ADM・スルー光回路22の最下部以外の位置(スルーポート21)に出力されるように切り替える。
以上のように、本実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステム300は、OAMモード光スイッチ30のスイッチングにより、ADM・スルー光回路20のドロップポート23から所望のOAMモードのみを出力して所望の情報を取得したうえでアドポート22から所望のOAMモードを伝送路に戻すと共に、ADM・スルー光回路20のスルーポート21で不要なOAMモードを通過させることができる。
なお、既存のADMは、伝送路から全ての信号を出力し、その信号の中から必要な信号のみを取得し、伝送路に全ての信号を戻す(入力する)伝送装置であり、システム構成が複雑になる。
これに対し、本実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステム300は、所望のOAMモードのみを出力することができ、システム構成が簡易であると共に、OAMモード光スイッチ30のスイッチングにより、ドロップポート23(アドポート22)及びスルーポート21に対するOAMモードの出力を簡易に切り替えることができる。
これに対し、本実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステム300は、所望のOAMモードのみを出力することができ、システム構成が簡易であると共に、OAMモード光スイッチ30のスイッチングにより、ドロップポート23(アドポート22)及びスルーポート21に対するOAMモードの出力を簡易に切り替えることができる。
なお、前述した第1の実施形態に係るOAM伝送システム100は、a−OAMモードを使用して長距離伝送を想定している。
これに対し、本実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステム300は、限られたネットワーク内のサーバー間で光信号を遣り取りするデータセンターなどに使用することを想定しており、伝送容量の増加を目的としておらず、a−OAMモードに限られるものではなく、通常のOAMモードを使用してもよい。
これに対し、本実施形態に係るOAM−ADMネットワークシステム300は、限られたネットワーク内のサーバー間で光信号を遣り取りするデータセンターなどに使用することを想定しており、伝送容量の増加を目的としておらず、a−OAMモードに限られるものではなく、通常のOAMモードを使用してもよい。
1 マルチコアファイバ
1a コア
2 光送受信システム
3 ファンイン/ファンアウトデバイス
3a シングルコアファイバ
3b コア
3c,3d フェルール
10 空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
10a 第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
10b 第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
11 入出力導波路部
11a シングルモード光導波路
12 アレイ導波路部
12a シングルモード光導波路
12b 位相整合領域
13 スラブ導波路部
13a 一の曲率面
13b 他の曲率面
20 ADM・スルー光回路
21 スルーポート
22 アドポート
23 ドロップポート
30 OAMモード光スイッチ
31 空間光スイッチ部
31a 入力ポート
31b 出力ポート
31c 単位スイッチ素子
100 OAM伝送システム
200 OAM−ADMシステム
300 OAM−ADMネットワークシステム
1a コア
2 光送受信システム
3 ファンイン/ファンアウトデバイス
3a シングルコアファイバ
3b コア
3c,3d フェルール
10 空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
10a 第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
10b 第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス
11 入出力導波路部
11a シングルモード光導波路
12 アレイ導波路部
12a シングルモード光導波路
12b 位相整合領域
13 スラブ導波路部
13a 一の曲率面
13b 他の曲率面
20 ADM・スルー光回路
21 スルーポート
22 アドポート
23 ドロップポート
30 OAMモード光スイッチ
31 空間光スイッチ部
31a 入力ポート
31b 出力ポート
31c 単位スイッチ素子
100 OAM伝送システム
200 OAM−ADMシステム
300 OAM−ADMネットワークシステム
Claims (6)
- 入力されるシングルモード光をOAMモードに変換して出力し、入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して出力する空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスであって、
前記OAMモードにおける1サイクルの角度である基本モーメント角θは、前記OAMモードを伝送させるマルチコアファイバのコア数をNとし、前記マルチコアファイバに伝送させるモード数をMとした場合に、下記数1を満たすことを特徴とする空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス。
- 請求項1に記載の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスにおいて、
複数のシングルモード光導波路からなる入出力導波路部と、
光路長が互いに等しい複数のシングルモード光導波路からなるアレイ導波路部と、
ローランド円を構成する一の曲率面に前記入出力導波路部が接続され、ローランド円を構成する他の曲率面に前記アレイ導波路部が接続されるスラブ導波路部と、
を備え、
前記他の曲率面に構成されるローランド円の曲率半径が、前記数1に基づいて設定されることを特徴とする空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス。 - 請求項2に記載の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスにおいて、
前記アレイ導波路部が、N本のシングルモード光導波路からなり、
前記OAMモードのチャージ番号をlとした場合に、前記アレイ導波路部の各シングルモード光導波路に入力するOAMモードの位相関係が、θ×l/Nであることを特徴とする空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスと、
マルチコアファイバと、
前記空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスにおける前記アレイ導波路部の各シングルモード光導波路に接続すると共に、前記マルチコアファイバの各コアに接続して、前記空間−OAM変換・OAM合分岐デバイス及びマルチコアファイバ間を接続するファンイン/ファンアウトデバイスと、
を備えることを特徴とするOAM伝送システム。 - OAMモードを伝送させるマルチコアファイバと、複数の当該マルチコアファイバ間に接続され、リング又はバス型の伝送路を構成し、当該伝送路にシングルモード光を入出力するOAM−ADMシステムと、を備えるOAM−ADMネットワークシステムであって、
前記OAM−ADMシステムが、
シングルモード光を通過させるスルーポート、シングルモード光を前記伝送路に入力するアドポート、及び、シングルモード光を前記伝送路から出力するドロップポートを有するADM・スルー光回路と、
前記ADM・スルー光回路の入力側及び出力側にそれぞれ配設され、OAMモード間のモードの入れ替えを行うOAMモード光スイッチと、
前記ADM・スルー光回路の入力側及び出力側にそれぞれ配設され、前記OAMモード光スイッチの各シングルモード光導波路に接続すると共に、前記マルチコアファイバの各コアに接続して、前記OAMモード光スイッチ及びマルチコアファイバ間を接続するファンイン/ファンアウトデバイスと、
前記ADM・スルー光回路及びOAMモード光スイッチ間にそれぞれ接続され、前記ADM・スルー光回路から入力されるシングルモード光をOAMモードに変換して前記OAMモード光スイッチに出力し、前記OAMモード光スイッチから入力されるOAMモードをシングルモード光に変換して前記ADM・スルー光回路に出力する第1の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスと、
を備えることを特徴とするOAM−ADMネットワークシステム。 - 請求項5に記載のOAM−ADMネットワークシステムにおいて、
前記OAMモード光スイッチが、
複数の入力ポート及び出力ポートを有し、シングルモード光の光路を切り替える空間光スイッチ部と、
前記空間光スイッチ部の入力側及び出力側にそれぞれ接続され、前記空間光スイッチ部から入力されるシングルモード光をOAMモードに変換し、OAMモードをシングルモード光に変換して前記空間光スイッチ部に出力する第2の空間−OAM変換・OAM合分岐デバイスと、
を備えることを特徴とするOAM−ADMネットワークシステム。
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---|---|---|---|
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- 2015-07-03 WO PCT/JP2015/069238 patent/WO2016002922A1/ja active Application Filing
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