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JP5702707B2 - Optical fiber and optical fiber transmission system - Google Patents

Optical fiber and optical fiber transmission system Download PDF

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JP5702707B2 JP2011267300A JP2011267300A JP5702707B2 JP 5702707 B2 JP5702707 B2 JP 5702707B2 JP 2011267300 A JP2011267300 A JP 2011267300A JP 2011267300 A JP2011267300 A JP 2011267300A JP 5702707 B2 JP5702707 B2 JP 5702707B2
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Description

本発明は、通信容量を拡大できる多モード光ファイバ、及びこれを用いた光伝送システム技術に関する。   The present invention relates to a multimode optical fiber capable of expanding communication capacity, and an optical transmission system technology using the same.

光ファイバ通信システムでは、光ファイバ中で発生する非線形効果やファイバヒューズが問題となり、伝送の大容量化が制限されている。これらの制限を緩和するためには、光ファイバに導波する光の密度を低減する必要があり大コアファイバが検討されている(例えば、非特許文献1、2を参照。)。   In optical fiber communication systems, non-linear effects and fiber fuses that occur in optical fibers are problematic, and transmission capacity is limited. In order to alleviate these restrictions, it is necessary to reduce the density of light guided to the optical fiber, and a large core fiber has been studied (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

しかし、曲げ損失低減、単一モード動作領域の拡大、実効断面積の拡大は互いにトレードオフの関係にあり、所定の条件下における実効断面積の拡大量には限界があるという課題があった。   However, bending loss reduction, single mode operation area expansion, and effective area expansion are in a trade-off relationship with each other, and there is a problem that the amount of effective area expansion under certain conditions is limited.

そこで、無線における大容量化技術であるMulti−input multi−output(MIMO)技術を光ファイバ伝送に適用する試みが行われている(例えば、非特許文献3、4を参照。)。   Therefore, attempts have been made to apply multi-input multi-output (MIMO) technology, which is a technology for increasing the capacity in radio, to optical fiber transmission (see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4).

光MIMO技術は伝送媒体として多モード光ファイバを用いることにより伝送容量を拡大できるとともに、先に述べた大コア光ファイバにおける制限要因である単一モード動作条件が不要になるため、さらなる大コア化が可能であることも特徴である。   Optical MIMO technology can expand transmission capacity by using a multimode optical fiber as a transmission medium, and further eliminates the need for single-mode operating conditions, which are the limiting factors in large-core optical fiber, as described above. It is also a feature that is possible.

T.Matsui, et al.,“Applicability of Photonic Crystal Fiber With Uniform Air−Hole Structure to High−Speed and Wide−Band Transmission Over Conventional Telecommunication Bands,” J.Lightwave Technol.27, 5410−5416, 2009.T. T. et al. Matsui, et al. , "Applicability of Photonic Crystal Fiber With Uniform Air-Hole Structure to High-Speed and Wide-Band Transmission OverTownConventionmm." Lightwave Technol. 27, 5410-5416, 2009. K.Mukasa, K.Imamura, R.Sugizaki and T.Yagi,“Comparisons of merits on wide−band transmission systems between using extremely improved solid SMFs with Aeff of 160 μm2 and loss of 0.175dB/km and using large−Aeff holey fibers enabling transmission over 600nm bandwidth”, the Proceedings of OFC2008,OThR1,Feb.2008.K. Mukasa, K .; Imamura, R.A. Sugizaki and T.A. Yagi, "Comparisons of merits on wide-band transmission systems between using extremely improved solid SMFs with Aeff of 160 μm2 and loss of 0.175dB / km and using large-Aeff holey fibers enabling transmission over 600nm bandwidth", the Proceedings of OFC2008, OThR1, Feb. 2008. Akhil R.Shah, Rick C.J.Hsu, Alireza Tarighat, Ali H.Sayed, and Bahram Jalali, “Coherent Optical MIMO (COMIMO)”, J.Lightwave Technol. 23, 2410−2419 (2005)Akhil R.D. Shah, Rick C.I. J. et al. Hsu, Alireza Tarihat, Ali H. et al. Sayed, and Bahr Jalali, “Coherent Optical MIMO (COMIMO)”, J. Am. Lightwave Technol. 23, 2410-2419 (2005) B.C.Thomsen,“MIMO Enabled 40 Gb/s Transmission Using Mode Division Multiplexing in Multimode Fiber”,in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper OThM6.B. C. Thomsen, "MIMO Enabled 40 Gb / s Transmission Using Mode Division Multiplexing in Multimode Fiber", in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper OThM6. M.Taylor,“Coherent Detection for Fiber Optic Communications Using Digital Signal Processing”,in Optical Amplifiers and Their Applications/Coherent Optical Technologies and Applications, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper CThB1.M.M. Taylor, "Coherent Detection for Fiber Optic Communications Using Digital Signal Processing", in Optical Amplifiers and Their Applications / Coherent Optical Technologies and Applications, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2006), paper CThB1. Y.Katsuyama, M.Tokuda, N.Uchida,and M.Nakahara,“New method for measuring V−value of a single−mode optical fiber”,Electron. Lett.,vol.12,pp.669−670,Dec.1976.Y. Katsyuyama, M .; Tokuda, N.A. Uchida, and M.M. Nakahara, “New method for measuring V-value of a single-mode optical fiber”, Electron. Lett. , Vol. 12, pp. 669-670, Dec. 1976. X.Zhao, F.S.Choa,“Demonstration of 10−Gb/s transmissions over a 1.5−km−long multimode fiber using equalization techniques”,IEEE Photonics Technology Letters, vol.14, pp.1187−1189, 2002X. Zhao, F.A. S. Choa, “Demonstration of 10-Gb / s transmissions over a 1.5-km-long multimode fiber usage techniques,” IEEE Phototechnologies Technologies. 14, pp. 1187-1189, 2002

しかしながら、光MIMOを用いた光ファイバ伝送では、モード間の群遅延差が大きくなると、信号の復元に必要なデジタル処理の計算量が増えてしまうという課題があった。   However, in optical fiber transmission using optical MIMO, when the group delay difference between modes increases, there is a problem that the amount of calculation of digital processing required for signal restoration increases.

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであり、信号の復元に必要なデジタル処理の負荷を低減できる多モード光ファイバ、及びこれを用いた光ファイバ伝送システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a multimode optical fiber that can reduce the load of digital processing necessary for signal restoration, and an optical fiber transmission system using the same. To do.

本発明では、屈折率が階段型プロファイルを有する光ファイバで伝搬モード間の群遅延差を低減することとし、この光ファイバを備えることで光ファイバ伝送システムのデジタル処理の負荷を低減することとした。   In the present invention, the optical fiber having a stepped profile in refractive index is used to reduce the group delay difference between the propagation modes, and the provision of this optical fiber reduces the digital processing load of the optical fiber transmission system. .

具体的には、本発明に係る多モード光ファイバは、中心軸から外側に向けて屈折率が階段状に小さくなるコアと、前記コアの外側にあり、屈折率が前記コアのいずれの屈折率よりも小さいクラッドと、前記コアと前記クラッドとの間にあり、屈折率が前記クラッドの屈折率以下の低屈折率層と、を有する。   Specifically, the multimode optical fiber according to the present invention includes a core whose refractive index decreases stepwise from the central axis toward the outside, and the outer side of the core, where the refractive index is any refractive index of the core. And a low refractive index layer that is between the core and the clad and has a refractive index equal to or lower than the refractive index of the clad.

本発明に係る多モード光ファイバは、階段型プロファイルを有するコアと、コアの外側に低屈折率層を有しており、光の伝搬モードの群遅延差を低減できる。すなわち、光MIMOを用いた光伝送システムにおいて当該多モード光ファイバを用いることでデジタル信号処理の負荷を低減できることができる。従って、本発明は、信号の復元に必要なデジタル処理の負荷を低減できる多モード光ファイバを提供することができる。   The multimode optical fiber according to the present invention has a core having a stepped profile and a low refractive index layer outside the core, and can reduce a group delay difference in light propagation modes. That is, the load of digital signal processing can be reduced by using the multimode optical fiber in an optical transmission system using optical MIMO. Therefore, the present invention can provide a multimode optical fiber that can reduce the load of digital processing necessary for signal restoration.

本発明に係る多モード光ファイバの前記コアは、中心軸側の第一コア及び前記第一コアの外側にある第二コアからなり、前記第一コアは、外周半径がa、前記低屈折率層に対する比屈折率がΔであり、前記第二コアは、外周半径がa、前記低屈折率層に対する比屈折率がΔであり、前記低屈折率層は、外周半径がaであり、前記クラッドは、前記低屈折率層に対する比屈折率がΔであり、a=4μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0%のときに、a=7.5〜10μm且つΔ=0.3〜0.36%であることを特徴とする。当該多モード光ファイバは、信号の復元に必要なデジタル処理の負荷の低減効果を高めることができる。 The core of the multimode optical fiber according to the present invention includes a first core on a central axis side and a second core outside the first core, and the first core has an outer radius of a 1 and the low refraction. a 1 relative refractive index with respect to the rate layer is delta, the second core, the outer peripheral radius a 2, the a 2 specific refractive index for the low refractive index layer is delta, the low refractive index layer is an outer peripheral radius a 3, and the clad, the a specific refractive index for the low refractive index layer is Δ 3, a 1 = 4μm, a 3 = 20μm, Δ 1 = 0.46%, when the delta 3 = 0%, a 2 = 7.5 to 10 μm and Δ 2 = 0.3 to 0.36%. The multimode optical fiber can enhance the effect of reducing the load of digital processing necessary for signal restoration.

具体的には、本発明に係る光ファイバ伝送システムは、前記多モード光ファイバと、入力されるデータ信号で変調した信号光を前記多モード光ファイバに出力する光送信機と、
前記多モード光ファイバが伝搬する前記信号光を受光し、受信信号を出力する光受信機と、タップの遅延量とタップ係数を調整して前記光受信機の前記受信信号から前記光送信機に入力された前記データ信号を復元するFIR(Finite Impulse Responce)フィルタと、を備える。
Specifically, the optical fiber transmission system according to the present invention includes the multimode optical fiber, an optical transmitter that outputs the signal light modulated by the input data signal to the multimode optical fiber,
An optical receiver that receives the signal light propagating through the multimode optical fiber and outputs a received signal; adjusts a delay amount and a tap coefficient of a tap to adjust the tap signal to the optical transmitter from the received signal of the optical receiver And an FIR (Finite Impulse Response) filter for restoring the input data signal.

本発明に係る光ファイバ伝送システムは、前記多モード光ファイバを備えており、受信時のデジタル信号処理の負荷を低減できる。従って、本発明は、信号の復元に必要なデジタル処理の負荷を低減できる光ファイバ伝送システムを提供することができる。   The optical fiber transmission system according to the present invention includes the multimode optical fiber, and can reduce the load of digital signal processing during reception. Therefore, the present invention can provide an optical fiber transmission system capable of reducing the load of digital processing necessary for signal restoration.

本発明に係る光ファイバ伝送システムは、N台の前記光送信機からの前記信号光を合波して前記多モード光ファイバに結合する合波器と、前記多モード光ファイバが伝搬する前記信号光を分岐してそれぞれM台の前記光受信機に結合する分岐器と、をさらに備え、前記FIRフィルタはN台あり、M台の前記光受信機からの前記受信信号を用いて前記光送信機に入力されたそれぞれの前記データ信号を復元するN入力M出力の光MIMO伝送を実現することを特徴とする。   The optical fiber transmission system according to the present invention includes a multiplexer that combines the signal light from the N optical transmitters and couples the signal light to the multimode optical fiber, and the signal that the multimode optical fiber propagates. A splitter that splits the light and couples it to each of the M optical receivers, wherein there are N FIR filters, and the optical transmission is performed using the received signals from the M optical receivers. An N-input M-output optical MIMO transmission for restoring each of the data signals input to the apparatus is realized.

本発明に係る光ファイバ伝送システムは、光MIMOを用いた光ファイバ伝送において、受信時のデジタル信号処理の負荷を低減できる。   The optical fiber transmission system according to the present invention can reduce the load of digital signal processing at the time of reception in optical fiber transmission using optical MIMO.

本発明によれば、信号の復元に必要なデジタル処理の負荷を低減できる多モード光ファイバ、及びこれを用いた光ファイバ伝送システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the multimode optical fiber which can reduce the load of the digital processing required for the decompression | restoration of a signal, and an optical fiber transmission system using the same can be provided.

本発明に係る光ファイバ伝送システムを説明する図である。It is a figure explaining the optical fiber transmission system concerning the present invention. FIRフィルタの構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of a FIR filter. FIRフィルタのタップ係数更新手順を説明する図である。It is a figure explaining the tap coefficient update procedure of a FIR filter. データ部及びトレーニングシンボルの配置を説明する図である。It is a figure explaining arrangement | positioning of a data part and a training symbol. ステップインデックス型光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of a step index type optical fiber. ステップインデックス型光ファイバの群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic of a step index type optical fiber. グレーデッドインデックス型光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of a graded index type optical fiber. グレーデッドインデックス型光ファイバの群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic of a graded index type optical fiber. 本発明に係る多モード光ファイバの屈折率分布を説明する図である。It is a figure explaining the refractive index distribution of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバの比屈折率Δを変化させた場合の群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic at the time of changing the relative refractive index (DELTA) 1 of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバの比屈折率Δを変化させた場合の群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic at the time of changing the relative refractive index (DELTA) 2 of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバの縮小拡大比rを変化させた場合の群遅延差特性を説明する図である。Is a diagram illustrating the group delay difference characteristics when the scaling ratio r a multimode optical fiber according to the present invention was varied. 本発明に係る多モード光ファイバの2モード領域における群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic in the 2 mode area | region of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバの比屈折率Δを変化させた場合の群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic at the time of changing the relative refractive index (DELTA) 3 of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバ伝送システムにおいてMIMOの利用を想定した2モード光ファイバの群遅延差特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the group delay difference characteristic of the 2 mode optical fiber which assumed utilization of MIMO in the optical fiber transmission system which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバ伝送システムにおいてMIMOを利用しない場合の2モード光ファイバの群遅延差特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the group delay difference characteristic of the two-mode optical fiber when not using MIMO in the optical fiber transmission system which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバの4モード領域における群遅延差特性を説明する図である。It is a figure explaining the group delay difference characteristic in 4 mode area | region of the multimode optical fiber which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバ伝送システムにおいてMIMOの利用を想定した4モード光ファイバの群遅延差特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the group delay difference characteristic of 4 mode optical fiber which assumed utilization of MIMO in the optical fiber transmission system which concerns on this invention. 本発明に係る光ファイバ伝送システムにおいてMIMOを利用しない場合の4モード光ファイバの群遅延差特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the group delay difference characteristic of 4 mode optical fiber when not using MIMO in the optical fiber transmission system which concerns on this invention. 本発明に係る多モード光ファイバを説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the multimode optical fiber which concerns on this invention.

添付の図面を参照して本願発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は、本願発明の実施の例であり、本願発明は以下の実施形態に制限されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

(実施形態1)
図1は、本実施形態に係る光ファイバ伝送システム301の構成を説明する概略図である。光ファイバ伝送システム301は、多モード光ファイバ10と、入力されるデータ信号で変調した信号光を多モード光ファイバ10に出力する光送信機11と、多モード光ファイバ10が伝搬する信号光を受光し、受信信号を出力する光受信機14と、タップの遅延量とタップ係数を調整して光受信機14の受信信号から光送信機11に入力されたデータ信号を復元するFIRフィルタ15と、を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an optical fiber transmission system 301 according to the present embodiment. The optical fiber transmission system 301 includes a multimode optical fiber 10, an optical transmitter 11 that outputs signal light modulated by an input data signal to the multimode optical fiber 10, and signal light propagated by the multimode optical fiber 10. An optical receiver 14 that receives light and outputs a received signal; an FIR filter 15 that adjusts a tap delay amount and a tap coefficient to restore a data signal input to the optical transmitter 11 from the received signal of the optical receiver 14; .

光ファイバ伝送システム301は、N台の光送信機11からの信号光を合波して多モード光ファイバ10に結合する合波器12と、多モード光ファイバ10が伝搬する信号光を分岐してそれぞれM台の光受信機14に結合する分岐器13と、をさらに備え、FIRフィルタ15はN台あり、M台の光受信機14からの受信信号を用いて光送信機11に入力されたそれぞれのデータ信号を復元するN入力M出力の光MIMO伝送を実現する。   The optical fiber transmission system 301 multiplexes the signal light from the N optical transmitters 11 and couples it to the multimode optical fiber 10 and branches the signal light propagated by the multimode optical fiber 10. And branching devices 13 coupled to the M optical receivers 14 respectively, and there are N FIR filters 15, which are input to the optical transmitter 11 using received signals from the M optical receivers 14. Further, N-input M-output optical MIMO transmission for restoring the respective data signals is realized.

N個の光送信機11から発せられるN種の信号は、合波器12において合波される。合波された信号光は多モード光ファイバ10中に入射され、出射側に設置された分岐器13においてMポートに分岐される。分岐されたM種の信号はM個の光受信機14で受信され、後段に設置されたFIRフィルタ15において光ファイバで受けた信号劣化を補償する構成となる。本構成はN入力M出力のMIMO伝送であり、N種の信号の並列伝送が可能である。なお、FIRフィルタ15は、モード分散、波長分散、及び偏波モード分散の補償も可能である。   N types of signals emitted from the N optical transmitters 11 are combined in the multiplexer 12. The combined signal light enters the multimode optical fiber 10 and is branched to the M port in the branching device 13 installed on the output side. The branched M types of signals are received by the M optical receivers 14, and the FIR filter 15 installed in the subsequent stage compensates for signal degradation received by the optical fiber. This configuration is N-input M-output MIMO transmission, and N types of signals can be transmitted in parallel. The FIR filter 15 can also compensate for mode dispersion, wavelength dispersion, and polarization mode dispersion.

ただし、FIRフィルタ15で各種信号劣化を補償するためには、受信信号の電界振幅と位相情報が必要である。   However, in order to compensate for various signal degradations by the FIR filter 15, the electric field amplitude and phase information of the received signal are necessary.

例えば、送信機Aからn番目のシンボルとして送信される信号をx(n)、受信機Bからn番目のシンボルとして受信される信号をy(n)、FIRフィルタ通過後にx(n)として復元された信号をu(n)とする。つまり、x(n)=u(n)である時に、誤りなく伝送できることになる。ここで、各種信号は電界振幅と位相の情報を有している。 For example, a signal transmitted from the transmitter A as the nth symbol is x A (n), a signal received as the nth symbol from the receiver B is y B (n), and after passing through the FIR filter, x A (n ) Is taken as u A (n). That is, when x A (n) = u A (n), transmission can be performed without error. Here, various signals have electric field amplitude and phase information.

図2は、FIRフィルタ15の構成について説明する図である。FIRフィルタ15は各受信信号の入力に対してL個のタップ151で構成され、光受信機14がM台なら全体でM×L個のタップが存在する。各々のタップ151は遅延素子152と受信信号の振幅と位相を制御する制御回路153を有する。例えば、受信信号y(n)が入力されるFIRフィルタ15のi番目のタップ151−iの遅延素子152−iの遅延量をτ、タップ係数をw(i)とする。ただし、τ<τ<・・・<τとする。y(n)の入力に対してFIRフィルタ通過後の信号をz(n)とすると、信号u(n)は、z(n)〜z(n)を足し合わせることで得られる。 FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the FIR filter 15. The FIR filter 15 is composed of L taps 151 for each received signal input, and if there are M optical receivers 14, there are M × L taps in total. Each tap 151 includes a delay element 152 and a control circuit 153 that controls the amplitude and phase of the received signal. For example, let τ i be the delay amount of the delay element 152 B- i of the i-th tap 151 B -i of the FIR filter 15 to which the received signal y B (n) is input, and w B (i) be the tap coefficient. However, the τ 1 <τ 2 <··· < τ L. If the signal after passing through the FIR filter with respect to the input of y B (n) is z B (n), the signal u A (n) is obtained by adding z 1 (n) to z M (n). It is done.

なお、x(n)〜x(n)の信号光の基となる各データ信号を復元するためには、図2に示すFIRフィルタをN個設置する必要がある。 In order to restore each data signal that is the basis of the signal light of x 1 (n) to x N (n), it is necessary to install N FIR filters shown in FIG.

また、受信信号y(n)の電界振幅及び位相情報を取得するためには、局発光源、90°ハイブリッド、バランスレシーバ、及びアナログデジタルコンバータで構成される光受信機14を用いればよく、FIRフィルタ15の機能をPC等の計算器を用いて実現してもよい(例えば、非特許文献5を参照。)。   Further, in order to acquire the electric field amplitude and phase information of the received signal y (n), an optical receiver 14 composed of a local light source, a 90 ° hybrid, a balance receiver, and an analog-digital converter may be used. You may implement | achieve the function of the filter 15 using calculators, such as PC (for example, refer nonpatent literature 5).

図2に記載のFIRフィルタ15は、光ファイバ中で発生する線形歪を補償することができ、タップ151の遅延量及びタップ係数を適切に設定することで、光ファイバ中で発生する他送信機からの混信、モード分散、波長分散、及び偏波モード分散による信号劣化を補償することができる。   The FIR filter 15 shown in FIG. 2 can compensate for linear distortion generated in the optical fiber, and by appropriately setting the delay amount and tap coefficient of the tap 151, other transmitters generated in the optical fiber. Can be compensated for signal degradation caused by interference, mode dispersion, chromatic dispersion, and polarization mode dispersion.

受信信号y(n)を正しく復元するためのタップ係数は、図3に示す適応等化アルゴリズムを用いて求めることができる。受信信号y(n)には、図4に示す様に、データ部42に加えて既知のトレーニングシンボル41が付加されているとする。   The tap coefficient for correctly restoring the received signal y (n) can be obtained using the adaptive equalization algorithm shown in FIG. It is assumed that a known training symbol 41 is added to the received signal y (n) in addition to the data part 42 as shown in FIG.

(n)〜y(n)の受信信号がFIRフィルタ15を通過した時に得られるu(n)は、x(n)と一致しなければならない。n<Ntrainingのときは、受信側で送信シンボルx(n)が既知であるので、送信シンボルと復元後のシンボルとを比較することができ、誤差であるe(n)=x(n)−u(n)が小さくなるようにタップ係数を適応アルゴリズムを用いて制御する。y(n+1)〜y(n+1)を受信したときは、先に決定したタップ係数を用いて得たu(n+1)とx(n+1)を用いてe(n+1)を算出し、再度適応アルゴリズムを用いて誤差が小さくなるようタップ係数を更新し、同じ手順をトレーニングシンボル数だけ繰り返すことで、誤差を最小化するタップ係数を求める。トレーニングシンボル41をすべて用いて係数を決定した後は、決定したタップ係数を用いて後段のデータ部42をFIRフィルタ15によって復元する。 u A (n) obtained when the received signals y 1 (n) to y M (n) pass through the FIR filter 15 must match x A (n). When n <N training , since the transmission symbol x A (n) is known on the receiving side, the transmission symbol and the restored symbol can be compared, and an error e (n) = x A ( n) The tap coefficient is controlled using an adaptive algorithm so that -u A (n) becomes small. When y 1 (n + 1) to y M (n + 1) are received, e (n + 1) is calculated using u A (n + 1) and x A (n + 1) obtained using the previously determined tap coefficient, The tap coefficient is updated again using the adaptive algorithm, and the tap coefficient that minimizes the error is obtained by repeating the same procedure for the number of training symbols. After the coefficients are determined using all the training symbols 41, the subsequent data section 42 is restored by the FIR filter 15 using the determined tap coefficients.

なお、適応等化アルゴリズムには、Least mean square(LMS)アルゴリズムやRecursive least square(RLS)アルゴリズムが利用できる。   As the adaptive equalization algorithm, a Least Mean Square (LMS) algorithm or a Recursive Least Square (RLS) algorithm can be used.

ただし、モード分散の場合、高次モードとの群遅延差が大きくなると、補償に必要な計算量が膨大になるため、群遅延差を小さくする必要がある。   However, in the case of mode dispersion, if the group delay difference from the higher-order mode increases, the amount of calculation required for compensation becomes enormous, so the group delay difference needs to be reduced.

図5に、従来のステップインデックス型の光ファイバの屈折率分布を示す。本構造はコア径がaであり、コアのクラッドに対する比屈折率差をΔとする。比屈折率差は、コアの屈折率をn、クラッドの屈折率をnとすると、

Figure 0005702707
で表される。 FIG. 5 shows a refractive index profile of a conventional step index type optical fiber. In this structure, the core diameter is a, and the relative refractive index difference between the core and the clad is Δ. The relative refractive index difference is expressed as follows: n 1 is the refractive index of the core and n 2 is the refractive index of the cladding.
Figure 0005702707
It is represented by

例えば、コアの半径a=7μm、Δ=0.4%とした時、一般的な電磁界解析により伝搬モードを計算により求めると、波長1450〜1625nmでは基本モードLP01と第一高次モードLP11が伝搬する。この時のLP01とLP11モード間の群遅延差について、有限要素法を用いて計算した結果を図6に示す。図から明らかなように、波長1550nmでは2.33ns/kmの群遅延差が生ずる。伝送後、信号が受けるモード分散を補償するためには、少なくとも基本モードLP01と第一高次モードLP11との群遅延差に相当する遅延を有するFIRフィルタが必要である。この遅延が大きくなると、FIRフィルタが行う、MIMOを用いた信号復元に必要な計算量が増えてしまうため好ましくない。   For example, when the core radius a = 7 μm and Δ = 0.4%, when the propagation mode is calculated by general electromagnetic field analysis, the fundamental mode LP01 and the first higher-order mode LP11 are obtained at wavelengths of 1450 to 1625 nm. Propagate. FIG. 6 shows the result of calculation using the finite element method for the group delay difference between the LP01 and LP11 modes at this time. As is apparent from the figure, a group delay difference of 2.33 ns / km occurs at a wavelength of 1550 nm. In order to compensate for the mode dispersion received by the signal after transmission, an FIR filter having a delay corresponding to at least a group delay difference between the fundamental mode LP01 and the first higher-order mode LP11 is necessary. If this delay increases, the amount of calculation required for signal restoration using MIMO performed by the FIR filter increases, which is not preferable.

群遅延差を小さくするには、図7に示す様なグレーデッドインデックス型光ファイバが適している。本ファイバの半径方向における屈折率分布n(r)は、コアの屈折率をnとすると、

Figure 0005702707
で表される。ここで、aはコア外周の半径、rはコア内半径、αは屈折率の形状を決定する任意の正の実数である。 In order to reduce the group delay difference, a graded index optical fiber as shown in FIG. 7 is suitable. The refractive index distribution n in the radial direction of the fiber (r) is the refractive index of the core and n 1,
Figure 0005702707
It is represented by Here, a is the radius of the outer periphery of the core, r is the radius of the core, and α is an arbitrary positive real number that determines the shape of the refractive index.

図8は、上記の式において、α=2とし、aとΔを変化させた時の群遅延差の絶対値を示した図である。この時、伝搬モード数を波長1450〜1625nmにおいて2つに制限するためには、第二高次モードであるLP21モードが伝搬しないことが条件となる。伝搬しない条件としては、使用波長帯において曲げ半径140mmにおける曲げ損失が1dB/m以上であることを条件とした。本条件は、非特許文献6に記載の通り、遮断波長の測定に曲げ半径140mmが用いられていることと、非特許文献1に記載の通り、損失が1dB/m以上で伝搬しないという仮定に基づいている。   FIG. 8 is a diagram showing the absolute value of the group delay difference when α = 2 in the above formula and a and Δ are changed. At this time, in order to limit the number of propagation modes to two at wavelengths of 1450 to 1625 nm, it is a condition that the LP21 mode, which is the second higher-order mode, does not propagate. The condition for not propagating was that the bending loss at a bending radius of 140 mm in the wavelength band used was 1 dB / m or more. This condition is based on the assumption that a bending radius of 140 mm is used to measure the cutoff wavelength as described in Non-Patent Document 6 and that the loss does not propagate at 1 dB / m or more as described in Non-Patent Document 1. Is based.

本条件を満たす構造は、図中の破線BLLP21よりコア半径が小さくなる領域である。 The structure satisfying this condition is a region where the core radius is smaller than the broken line BL LP21 in the figure.

また、伝搬モード数の曲げ損失については、ITU−TのG.655に規定されている通り、曲げ半径30mmにおける曲げ損失が0.5dB/100turn以下とすると、図中の点線BLLP11よりコア半径が大きくなる領域である。 As for the bending loss of the number of propagation modes, the ITU-T G.G. As defined in 655, if the bending loss at a bending radius of 30 mm is 0.5 dB / 100 turn or less, this is a region where the core radius is larger than the dotted line BL LP11 in the figure.

グレーデッドインデックス型光ファイバを用いた場合においても、上記の条件を満たす構造で群遅延差は1ns/km以上となってしまう。   Even when a graded index optical fiber is used, the group delay difference is 1 ns / km or more with a structure satisfying the above conditions.

そこで、光ファイバ伝送システム301は、図9及び図20に示すような、階段型プロファイルを有するコア50と、コア50の外側に低屈折率層53を有する多モード光ファイバ10を用いる。多モード光ファイバ10は、中心軸から外側に向けて屈折率が階段状に小さくなるコア50と、コア50の外側にあり、屈折率がコア50のいずれの屈折率よりも小さいクラッド54と、コア50とクラッド54との間にあり、屈折率がクラッド54の屈折率以下の低屈折率層53と、を有する。   Therefore, the optical fiber transmission system 301 uses a multimode optical fiber 10 having a core 50 having a stepped profile and a low refractive index layer 53 outside the core 50 as shown in FIGS. 9 and 20. The multimode optical fiber 10 includes a core 50 having a refractive index that decreases stepwise from the center axis toward the outside, a cladding 54 that is outside the core 50 and has a refractive index smaller than any of the refractive indexes of the core 50, A low-refractive-index layer 53 that is between the core 50 and the clad 54 and has a refractive index equal to or lower than the refractive index of the clad 54.

以下の説明で屈折率が階段状になったコア50について、屈折率毎に中心軸から外側に向かって第一コア51、第二コア52と称することとする。本構造において、第一コア51、第二コア52の半径をそれぞれa、aとし、低屈折率層53とクラッド54の境界の半径をaとする。また、第一コア51、第二コア52、クラッド54の低屈折率層53の屈折率を基準とした比屈折率差をそれぞれΔ、Δ、Δとする。 In the following description, the core 50 having a stepped refractive index is referred to as a first core 51 and a second core 52 from the central axis toward the outside for each refractive index. In this structure, the radii of the first core 51 and the second core 52 are a 1 and a 2 , respectively, and the radius of the boundary between the low refractive index layer 53 and the clad 54 is a 3 . Further, relative refractive index differences based on the refractive indexes of the low refractive index layers 53 of the first core 51, the second core 52, and the clad 54 are denoted by Δ 1 , Δ 2 , and Δ 3 , respectively.

図10に、a=4μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.34%、Δ=0.08%、とし、Δを変化させた時の、波長1450nm、1550nm、1625nmの場合のLP01モードとLP11モードの群遅延差の変化を示す。図10より、Δが大きくなると群遅延差が小さくなることがわかる。 FIG. 10 shows that a 1 = 4 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 2 = 0.34%, Δ 3 = 0.08%, and the wavelength 1450 nm when Δ 1 is changed. , 1550 nm and 1625 nm, the change in the group delay difference between the LP01 mode and the LP11 mode is shown. From FIG. 10, delta 1 is increased when it can be seen that the group delay difference is small.

同様に、図11にa=4μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0.08%とし、Δを変化させた時の、波長1450nm、1550nm、1625nmの場合のLP01モードとLP11モードの群遅延差の変化を示す。図11より、Δを小さくすることで群遅延差が小さくなることがわかる。 Similarly, in FIG. 11, the wavelength when a 1 = 4 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, Δ 3 = 0.08%, and Δ 2 is changed. The change of the group delay difference of LP01 mode and LP11 mode in the case of 1450 nm, 1550 nm, and 1625 nm is shown. Than 11, it can be seen that the differential group delay is reduced by reducing the delta 2.

次に図12に、a=4μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0.34%、Δ=0.08%とし、a〜aにそれぞれ縮小拡大比rを乗じた場合の構造における群遅延差の変化を示す。rの変化に伴い、3つの波長(1450、1550、1625nm)における群遅延差が変化することがわかる。ここでは、rを1とした時、3つの波長において群遅延差の絶対値が300ps/km以下となることがわかる。 Next, in FIG. 12, a 1 = 4 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, Δ 2 = 0.34%, Δ 3 = 0.08%, and a 1 It shows the change of the group delay difference in the structure when multiplied by the respective scaling ratio r a to ~a 3. With the change of r a, it can be seen that the differential group delay at three wavelengths (1450,1550,1625nm) is changed. Here, when a 1 r a, it can be seen that the absolute value of the group delay difference is less than 300 ps / miles in three wavelengths.

図13は、例としてa=4μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0%とした場合、aとΔの変化に伴う群遅延差の絶対値の変化を示した図である。グレーデッドインデックス型光ファイバでは実現できなかった1ns/km以下の群遅延差がa=7.5〜10μm、Δ=0.3〜0.36%の領域で実現できることがわかる。 FIG. 13 shows, as an example, when a 1 = 4 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, and Δ 3 = 0%, the change in the absolute value of the group delay difference accompanying the change in a 2 and Δ 2 FIG. It can be seen that a group delay difference of 1 ns / km or less, which could not be realized with a graded index optical fiber, can be realized in a region where a 2 = 7.5 to 10 μm and Δ 2 = 0.3 to 0.36%.

上記の領域で伝搬モードを2つに制限するためには、3モード目の伝搬損失を高くすればよく、Δを調整することで所定のモード数を実現する。 To limit the two propagation modes in the above area may be increased propagation loss of 3 modes eyes, to realize a predetermined number of modes by adjusting the delta 3.

図14に、a=4μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0.34%、とし、Δを変化させた時のLP21モードの波長1450nmにおける曲げ半径140mmにおける曲げ損失を示す。Δを増加させることで、LP21モードの曲げ損失BLLP21を増加させることができ、1dB/m以上とすることができることがわかる。また、LP11モードの波長1625nmにおける曲げ半径140mmの時の曲げ損失BLLP11についてもあわせて示しているが、伝搬モードの曲げ損失には影響を与えていないことがわかる。 FIG. 14 shows the LP21 mode when a 3 is changed with a 1 = 4 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, Δ 2 = 0.34%. The bending loss at a bending radius of 140 mm at a wavelength of 1450 nm is shown. By increasing the delta 3, it is possible to increase the bending losses BL LP21 of LP21 mode, it can be seen that a 1 dB / m or more. Further, although the bending loss BL LP11 when the bending radius is 140 mm at the wavelength of 1625 nm in the LP11 mode is also shown, it is understood that the bending loss in the propagation mode is not affected.

なお、光ファイバの曲げ損失は、短波長より長波長が大きいため、LP21モードについては利用波長で最も短波長である1450nmで、またLP11モードについては曲げ損失が最も大きくなる1625nmで計算すれば、波長1450〜1625nmにおける特性の最悪値を把握できる。   Note that the bending loss of the optical fiber is larger at the longer wavelength than the short wavelength, so the LP21 mode is calculated at 1450 nm, which is the shortest wavelength in use, and at 1625 nm, where the bending loss is maximized for the LP11 mode. The worst value of the characteristics at a wavelength of 1450 to 1625 nm can be grasped.

この様に、多モード光ファイバ10を用いることにより、コア50においてのaとΔ調整で群遅延差を制御し、クラッド54の比屈折率Δによって伝搬モード数を制御することが可能となる。 In this way, by using the multimode optical fiber 10, the group delay difference can be controlled by adjusting a 2 and Δ 2 in the core 50, and the number of propagation modes can be controlled by the relative refractive index Δ 3 of the cladding 54. It becomes.

図15は、a=4μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.46%、Δ=0.34%、Δ=0.08%とした場合の群遅延差の波長特性である。利用波長1450〜1625nmにわたり、群遅延差が1ns/km以下に抑えられていることがわかる。 FIG. 15 shows the group delay when a 1 = 4 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, Δ 2 = 0.34%, and Δ 3 = 0.08%. This is the wavelength characteristic of the difference. It can be seen that the group delay difference is suppressed to 1 ns / km or less over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm.

本構造におけるLP01、LP11モードの曲げ半径30mmにおける曲げ損失を、有限要素法を用いて計算すると、波長1625nmにおいてそれぞれ、1×10−8、0.44dB/100turnであり、利用波長1450〜1625nmにおいてITU−TG.655の規定を満たしている。また、同様にLP21モードの曲げ半径140mmにおける曲げ損失を計算すると、波長1450nmにおいて5.5dB/mである。 When the bending loss at a bending radius of 30 mm in the LP01 and LP11 modes in this structure is calculated using the finite element method, they are 1 × 10 −8 and 0.44 dB / 100 turn at a wavelength of 1625 nm, respectively, and at a use wavelength of 1450 to 1625 nm. ITU-TG. Meets 655 requirements. Similarly, the bending loss at a bending radius of 140 mm in the LP21 mode is calculated to be 5.5 dB / m at a wavelength of 1450 nm.

曲げ損失は、短波長の方が小さい傾向であり、また、非特許文献6に記載の通り、遮断波長の測定に曲げ半径140mmが用いられていることと、非特許文献1に記載の通り、損失が1dB/m以上で伝搬しないという仮定に基づくと、1450nmにおいて損失が1dB/m以上であることから、第二高次モードは1450nm以上では伝搬せず、利用波長1450〜1625nmにわたり伝搬モードが2つに制限されることになる。   The bending loss tends to be smaller at the short wavelength, and as described in Non-Patent Document 6, a bending radius of 140 mm is used for measuring the cutoff wavelength, and as described in Non-Patent Document 1, Based on the assumption that the loss does not propagate at 1 dB / m or higher, the loss is 1 dB / m or higher at 1450 nm. You will be limited to two.

MIMOを利用せず、FIRフィルタと適応等化技術を用いてファイバ中で発生するモード分散を補償するシステムを想定する場合(例えば、非特許文献7を参照。)、高次モードの伝搬は必須ではなく、基本モードであるLP01モードの曲げ損失が規定を満たしていればよい。本構成を用いることで、従来のシングルモードファイバより実効断面積が拡大でき、光ファイバ中で発生する非線形効果を抑圧することができる。   When a system that compensates for mode dispersion generated in a fiber by using an FIR filter and adaptive equalization technology without using MIMO is assumed (for example, see Non-Patent Document 7), propagation of higher-order modes is essential. Instead, it is sufficient that the bending loss of the LP01 mode, which is the basic mode, satisfies the regulation. By using this configuration, the effective area can be increased compared to the conventional single mode fiber, and the nonlinear effect generated in the optical fiber can be suppressed.

図16は、a=7.5μm、a=15μm、a=22μm、Δ=0.348%、Δ=0.252%、Δ=0.162%とした場合の群遅延差の波長特性である。利用波長1450〜1625nmにわたり、群遅延差が1ns/km以下に抑えられていることがわかる。 FIG. 16 shows the group delay when a 1 = 7.5 μm, a 2 = 15 μm, a 3 = 22 μm, Δ 1 = 0.348%, Δ 2 = 0.252%, and Δ 3 = 0.162%. This is the wavelength characteristic of the difference. It can be seen that the group delay difference is suppressed to 1 ns / km or less over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm.

本構造におけるLP01モードの、曲げ半径30mmにおける曲げ損失は、波長1625nmにおいて0.44dB/100turnであり、利用波長1450〜1625nmにおいてITU−TG.655の規定を満たしている。また、LP21モードの、曲げ半径140mmにおける曲げ損失は、波長1450nmにおいて30dB/mであり、同じく利用波長1450〜1625nmにわたり伝搬モードが2つに制限されていることがわかる。   The bending loss of the LP01 mode in this structure at a bending radius of 30 mm is 0.44 dB / 100 turn at a wavelength of 1625 nm, and ITU-TG. Meets 655 requirements. In addition, the bending loss of the LP21 mode at a bending radius of 140 mm is 30 dB / m at a wavelength of 1450 nm, and similarly, it is understood that the propagation mode is limited to two over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm.

図15に示した設計では、実効断面積が127μmであったが、図16の設計とすることで、実効断面積が246μmに増加しており、MIMOを利用しない場合は、より非線形効果を抑圧できる構造となる。 In the design shown in FIG. 15, the effective area was 127 μm 2 , but by using the design of FIG. 16, the effective area is increased to 246 μm 2 , and when the MIMO is not used, a more nonlinear effect is obtained. It becomes a structure that can suppress.

MIMOを利用する場合、モード数が多いと伝送容量を拡大できることから、伝搬モードは多い方が好ましい。そこで、伝搬モードを4つに制限した場合を想定する。伝搬モードを4つに制限すると、導波モードがLP01,LP11,LP21,LP02であり、LP31が伝搬しないということになる。   When MIMO is used, the transmission capacity can be expanded if the number of modes is large. Therefore, a case is assumed where the number of propagation modes is limited to four. If the propagation modes are limited to four, the waveguide modes are LP01, LP11, LP21, and LP02, and LP31 does not propagate.

そこで、a=4.5μm、a=20μm、Δ=0.78%、Δ=0.1%とした場合のaとΔの変化に伴う、LP01モードと各高次モードの群遅延差の絶対値のうち、最大となる値を示したものを図17に示す。モードが増加すると群遅延差は大きくなってしまうが、同様にグレーデッドインデックスでは実現できなかった1ns/km以下の群遅延差がa=8.2〜9.5μm、Δ=0.54〜0.56%の領域で実現できることがわかる。 Therefore, the LP01 mode and each higher-order mode associated with changes in a 2 and Δ 2 when a 1 = 4.5 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.78%, and Δ 3 = 0.1%. FIG. 17 shows the maximum value among the absolute values of the group delay differences. When the mode increases, the group delay difference becomes large. Similarly, the group delay difference of 1 ns / km or less, which could not be realized by the graded index, is a 2 = 8.2 to 9.5 μm, Δ 2 = 0.54. It can be seen that it can be realized in the region of ˜0.56%.

図18は、a=4.5μm、a=8.8μm、a=20μm、Δ=0.78%、Δ=0.551%、Δ=0.1%とした場合のLP01モードとの群遅延差の波長特性である。利用波長1450〜1625nmにわたり、群遅延差が1ns/km以下に抑えられていることがわかる。本構造におけるLP02モードの、曲げ半径30mmにおける曲げ損失は、波長1625nmにおいて0.078dB/100turnである。光ファイバにおいては、高次のモードより低次のモードの曲げ損失は小さくなり、4モード領域の場合は、LP02のモードより、その他の低次モードの曲げ損失は小さくなり、利用波長1450〜1625nmにおいて伝搬モードの曲げ損失がITU−TG.655の規定を満たすことになる。また、LP31モードの、曲げ半径140mmにおける曲げ損失は、波長1450nmにおいて9.2dB/mであり、同じく利用波長1450〜1625nmにわたり伝搬モードが4つに制限されていることがわかる。 FIG. 18 shows a case where a 1 = 4.5 μm, a 2 = 8.8 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.78%, Δ 2 = 0.551%, and Δ 3 = 0.1%. It is a wavelength characteristic of a group delay difference with LP01 mode. It can be seen that the group delay difference is suppressed to 1 ns / km or less over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm. The bending loss of the LP02 mode in this structure at a bending radius of 30 mm is 0.078 dB / 100 turn at a wavelength of 1625 nm. In the optical fiber, the bending loss of the lower order mode is smaller than that of the higher order mode, and in the case of the 4-mode region, the bending loss of the other lower order modes is smaller than that of the LP02 mode, and the usable wavelength is 1450 to 1625 nm. In the ITU-TG. 655 will be satisfied. In addition, the bending loss of the LP31 mode at a bending radius of 140 mm is 9.2 dB / m at a wavelength of 1450 nm, and similarly, it is understood that the propagation mode is limited to four over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm.

先と同様に、MIMOを利用せず、FIRフィルタと適応等化技術を用いてファイバ中で発生するモード分散を補償するシステムを想定する場合、高次モードの曲げ損失は規定を満たさなくてもよい。   As before, when assuming a system that does not use MIMO and compensates for mode dispersion that occurs in the fiber using an FIR filter and adaptive equalization technology, the bending loss of higher-order modes may not meet the specification. Good.

図19は、a=8.5μm、a=16.8μm、a=25μm、Δ=0.4%、Δ=0.305%、Δ=0.195%とした場合の群遅延差の波長特性である。利用波長1450〜1625nmにわたり、群遅延差が1ns/km以下に抑えられていることがわかる。本構造におけるLP01モードの、曲げ半径30mmにおける曲げ損失は、波長1625nmにおいて8.2×10−3dB/100turnであり、利用波長1450〜1625nmにおいてITU−TG.655の規定を満たしている。また、LP21モードの、曲げ半径140mmにおける曲げ損失は、波長1450nmにおいて8.3dB/mであり、同じく利用波長1450〜1625nmにわたり伝搬モードが4つに制限されていることがわかる。 FIG. 19 shows a case where a 1 = 8.5 μm, a 2 = 16.8 μm, a 3 = 25 μm, Δ 1 = 0.4%, Δ 2 = 0.305%, and Δ 3 = 0.195%. It is a wavelength characteristic of a group delay difference. It can be seen that the group delay difference is suppressed to 1 ns / km or less over the use wavelength range of 1450 to 1625 nm. The bending loss of the LP01 mode in this structure at a bending radius of 30 mm is 8.2 × 10 −3 dB / 100 turn at a wavelength of 1625 nm, and ITU-TG. Meets 655 requirements. In addition, the bending loss of the LP21 mode at a bending radius of 140 mm is 8.3 dB / m at a wavelength of 1450 nm, and similarly, it is understood that the propagation mode is limited to four over the use wavelength of 1450 to 1625 nm.

図18に示した設計では、実効断面積が94μmであったが、図19に示したMIMOを利用しない設計とした場合には、実効断面積が270μmに増加している。よって、MIMOを利用しない場合には、より非線形効果を抑圧できる構造となることがわかる。 In the design shown in FIG. 18, the effective area is 94 μm 2 , but in the case of the design not using the MIMO shown in FIG. 19, the effective area is increased to 270 μm 2 . Therefore, it can be seen that when the MIMO is not used, the non-linear effect can be further suppressed.

以下は、図1の光ファイバ伝送システムを説明したものである。
(1)
光信号を送信するN個(Nは1以上の整数)の光送信機と、
前記光信号を受信するM個(MはN以上の整数)の光受信機と、
前記N個の光送信機から発せられた光を合波する合波器と、
前記光送信機と前記光受信機との間を接続する伝搬モードが2以上存在する多モード光ファイバと、
前記多モード光ファイバからの出射光をM個に分岐する分岐器と、
前記受信信号の波形歪を補償するFIRフィルタと、から構成される光ファイバ伝送システムであって、
前記光受信機は受信信号の電界振幅・位相情報を取得する機能を有し、
前記多モード光ファイバは屈折率が異なる第一コアと第二コアからなり、
前記第一コアの半径aと屈折率Δと、クラッド側に隣接する前記第二コアの半径aと屈折率Δとが、a<a、0<Δ<Δとの関係を有する
ことを特徴とする光ファイバ伝送システム。
The following describes the optical fiber transmission system of FIG.
(1)
N optical transmitters (N is an integer of 1 or more) for transmitting optical signals;
M optical receivers (M is an integer equal to or greater than N) for receiving the optical signal;
A multiplexer that multiplexes the light emitted from the N optical transmitters;
A multimode optical fiber having two or more propagation modes connecting between the optical transmitter and the optical receiver;
A branching device for branching the light emitted from the multimode optical fiber into M pieces;
An optical fiber transmission system comprising an FIR filter that compensates for waveform distortion of the received signal,
The optical receiver has a function of acquiring electric field amplitude / phase information of a received signal,
The multimode optical fiber comprises a first core and a second core having different refractive indexes,
The radius a 1 and the refractive index Δ 1 of the first core and the radius a 2 and the refractive index Δ 2 of the second core adjacent to the cladding side are a 1 <a 2 , 0 <Δ 21 An optical fiber transmission system having the following relationship:

本発明の光ファイバ伝送システムは、光ファイバ中の非線形効果の抑圧または多モードの利用により大容量及び長距離通信を実現することができる。   The optical fiber transmission system of the present invention can realize large capacity and long-distance communication by suppressing nonlinear effects in the optical fiber or using multiple modes.

10:多モード光ファイバ
11、11−1、11−2、・・・、11−N:光送信機
12:合波器
13:分岐器
14、14−1、14−2、・・・、14−N:光受信機
15:FIRフィルタ
41:トレーニングシンボル
42:データ部
50:コア
51:第一コア
52:第二コア
53:低屈折率層
54:クラッド
151:タップ
152:遅延素子
153:制御回路
301:光ファイバ伝送システム
10: multimode optical fibers 11, 11-1, 11-2,..., 11-N: optical transmitter 12: multiplexer 13: branching devices 14, 14-1, 14-2,. 14-N: optical receiver 15: FIR filter 41: training symbol 42: data part 50: core 51: first core 52: second core 53: low refractive index layer 54: clad 151: tap 152: delay element 153: Control circuit 301: optical fiber transmission system

Claims (4)

中心軸から外側に向けて屈折率が階段状に小さくなるコアと、
前記コアの外側にあり、屈折率が前記コアのいずれの屈折率よりも小さいクラッドと、
前記コアと前記クラッドとの間にあり、屈折率が前記クラッドの屈折率以下の低屈折率層と、
を有し、
前記コアは、中心軸側の第一コア及び前記第一コアの外側にある第二コアからなり、
前記第一コアの外周半径をa 、前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ
前記第二コアの外周半径をa 、前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ
前記低屈折率層の内周半径をa 、外周半径をa
前記クラッドの前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ としたときに、
=4μm、a =20μm、Δ =0.46%、Δ =0%、
=7.5〜10μm、Δ =0.3〜0.36%であり、
LP01モードとLP11モードとの群遅延差の絶対値が1ns/km以下である
ことを特徴とする多モード光ファイバ。
A core whose refractive index decreases stepwise from the central axis toward the outside;
A cladding outside the core, the refractive index of which is smaller than any refractive index of the core;
A low refractive index layer that is between the core and the clad and has a refractive index less than or equal to the refractive index of the clad;
I have a,
The core consists of a first core on the central axis side and a second core outside the first core,
The outer peripheral radius of the first core is a 1 , the relative refractive index difference with respect to the low refractive index layer is Δ 1 ,
The outer peripheral radius of the second core is a 2 , the relative refractive index difference with respect to the low refractive index layer is Δ 2 ,
The inner radius of the low refractive index layer is a 2 , the outer radius is a 3 ,
The relative refractive index difference with respect to the low refractive index layer of the cladding is taken as delta 3,
a 1 = 4 μm, a 3 = 20 μm, Δ 1 = 0.46%, Δ 3 = 0%,
a 2 = 7.5 to 10 μm, Δ 2 = 0.3 to 0.36%,
The absolute value of the group delay difference between the LP01 mode and the LP11 mode is 1 ns / km or less.
A multimode optical fiber characterized by that .
中心軸から外側に向けて屈折率が階段状に小さくなるコアと、  A core whose refractive index decreases stepwise from the central axis toward the outside;
前記コアの外側にあり、屈折率が前記コアのいずれの屈折率よりも小さいクラッドと、  A cladding outside the core, the refractive index of which is smaller than any refractive index of the core;
前記コアと前記クラッドとの間にあり、屈折率が前記クラッドの屈折率以下の低屈折率層と、  A low refractive index layer that is between the core and the clad and has a refractive index less than or equal to the refractive index of the clad;
を有し、Have
前記コアは、中心軸側の第一コア及び前記第一コアの外側にある第二コアからなり、  The core consists of a first core on the central axis side and a second core outside the first core,
前記第一コアの外周半径をa  The outer radius of the first core is a 1 、前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ, The relative refractive index difference with respect to the low refractive index layer is Δ 1 ,
前記第二コアの外周半径をa  The outer radius of the second core is a 2 、前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ, The relative refractive index difference with respect to the low refractive index layer is Δ 2 ,
前記低屈折率層の内周半径をa  The inner peripheral radius of the low refractive index layer is a 2 、外周半径をa, The outer radius is a 3 ,
前記クラッドの前記低屈折率層に対する比屈折率差をΔ  The relative refractive index difference of the cladding with respect to the low refractive index layer is Δ 3 としたときに、And when
  a 1 =4.5μm、a= 4.5 μm, a 3 =20μm、Δ= 20 μm, Δ 1 =0.78%、Δ= 0.78%, Δ 3 =0.1%、= 0.1%
  a 2 =8.2〜9.5μm、Δ= 8.2 to 9.5 μm, Δ 2 =0.54〜0.56%であり、= 0.54 to 0.56%,
LP01モードとLP11,LP21,LP02の各モードとの群遅延差の絶対値が1ns/km以下である  The absolute value of the group delay difference between the LP01 mode and the LP11, LP21, and LP02 modes is 1 ns / km or less.
ことを特徴とする多モード光ファイバ。A multimode optical fiber characterized by that.
請求項1又は2に記載の多モード光ファイバと、
入力されるデータ信号で変調した信号光を前記多モード光ファイバに出力する光送信機と、
前記多モード光ファイバが伝搬する前記信号光を受光し、受信信号を出力する光受信機と、
タップの遅延量とタップ係数を調整して前記光受信機の前記受信信号から前記光送信機に入力された前記データ信号を復元するFIR(Finite Impulse Responce)フィルタと、
を備える光ファイバ伝送システム。
The multimode optical fiber according to claim 1 or 2,
An optical transmitter that outputs the signal light modulated by the input data signal to the multimode optical fiber;
An optical receiver that receives the signal light propagated by the multimode optical fiber and outputs a received signal;
An FIR (Finite Impulse Response) filter that adjusts a tap delay amount and a tap coefficient to restore the data signal input to the optical transmitter from the received signal of the optical receiver;
An optical fiber transmission system comprising:
N台の前記光送信機からの前記信号光を合波して前記多モード光ファイバに結合する合波器と、
前記多モード光ファイバが伝搬する前記信号光を分岐してそれぞれM台の前記光受信機に結合する分岐器と、
をさらに備え、
前記FIRフィルタはN台あり、M台の前記光受信機からの前記受信信号を用いて前記光送信機に入力されたそれぞれの前記データ信号を復元するN入力M出力の光MIMO伝送を実現することを特徴とする請求項3に記載の光ファイバ伝送システム。
A multiplexer that combines the signal light from N optical transmitters and couples the signal light to the multimode optical fiber;
A branching device for branching the signal light propagated by the multimode optical fiber and coupling the signal light to M optical receivers;
Further comprising
The FIR filter has N units, and realizes N-input M-output optical MIMO transmission that restores each data signal input to the optical transmitter using the received signals from the M optical receivers. The optical fiber transmission system according to claim 3.
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