JP6529925B2 - モード合分波器、光伝送システム及び中継伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、複数の伝搬モードが伝搬する数モード光ファイバを伝送路としたモード多重光伝送システムにおけるモード合分波器及びその光伝送システムに関する。

伝送容量を拡大する技術として複数の伝搬モードを用いる数モード光ファイバが提案されている。特に複数の伝搬モードを用いたモード多重伝送は、伝送容量をモード数倍に向上させられることから、新たな大容量伝送方式として注目されている。

この数モード光ファイバ用いた伝送においては、伝送路中でモード間クロストークが発生することから、その補償手段として、受信端においてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）等化器が用いられる。しかしながら、モード間の損失差（Ｍｏｄｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｌｏｓｓ：以下、ＭＤＬ）が存在する場合、ＭＩＭＯ等化器を利用したとしても伝送システムのパフォーマンス低下が課題となる。（例えば、非特許文献１を参照。）また、受信端においてモード間の群遅延差（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｄｅｌａｙ：以下、ＤＭＤ）が大きいと、ＭＩＭＯに関わるデジタル処理（ＤＳＰ）の負荷が大きくなり、長距離伝送を実現する為にはＤＳＰ負荷の低減が課題となる。（例えば、非特許文献２を参照。）そこで、ＭＤＬやＤＭＤの影響を緩和するために、モード間の結合を生じさせるモードスクランブラの利用が提案されている（例えば、非特許文献３を参照。）。また、モード間の結合を光ファイバ伝送路中で積極的に起こすために、リングコア光ファイバが提案されている（例えば、非特許文献４、５を参照。）。

なお、本明細書で記載される「シングルモード光ファイバ」及び「マルチモード（数モード）光ファイバ」とは、それぞれ、伝送する光信号の波長においてシングルモードで伝搬する光ファイバ及びマルチモードで伝搬する光ファイバを意味する。

Ｐ． Ｊ． Ｗｉｎｚｅｒ， ｅｔ ａｌ．， "Ｍｏｄｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｌｏｓｓ， ｇａｉｎ， ａｎｄ ｎｏｉｓｅ ｉｎ ＭＩＭＯ−ＳＤＭ ｓｙｓｔｅｍｓ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＥＣＯＣ ２０１４， ｐａｐｅｒ Ｍｏ．３．３．２， ２０１４． Ｓ．Ｏ． Ａｒｉｋ， Ｄ． Ａｓｋａｒｏｖ， Ｊ．Ｍ． Ｋａｈｎ， Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍｏｄｅ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｏｎ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｉｎ ｍｏｄｅ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ， Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ． ３１ （３） （２０１３） ４２３−４３１． Ｌｏｂａｔｏ， Ａ．； Ｆｅｒｒｅｉｒａ， Ｆ．； Ｒａｂｅ， Ｊ．； Ｋｕｓｃｈｎｅｒｏｖ， Ｍ．； Ｓｐｉｎｎｌｅｒ， Ｂ．； Ｌａｎｋｌ， Ｂ．，"Ｍｏｄｅ ｓｃｒａｍｂｌｅｒｓ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ−ｓｅａｒｃｈ ｍａｘｉｍｕｍ−ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｄｅ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ−ｌｏｓｓ−ｉｍｐａｉｒｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ"， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ （ＥＣＯＣ ２０１３）， ３９ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ， ｐｐ．１−３， ２２−２６ Ｓｅｐｔ． ２０１３ Ｎ． Ｆｏｎｔａｉｎｅ， Ｒ． Ｒｙｆ， Ｍ． Ｈｉｒａｎｏ， ａｎｄ Ｔ． Ｓａｓａｋｉ，"Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒｉｎｇ−ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ"， ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ． Ｓｏｃ． Ｓｕｍｍｅｒ Ｔｏｐ． Ｍｅｅｔｉｎｇ Ｓｅｒｉｅｓ， ２０１３， ｐｐ． １１１−１１２． Ｆ． Ｆｅｎｇ， Ｇ． Ｓ． Ｇｏｒｄｏｎ， Ｘ． Ｑ． Ｊｉｎ， Ｄ． Ｃ． Ｏ’Ｂｒｉｅｎ， Ｆ． Ｐ． Ｐａｙｎｅ， Ｙ． Ｊｕｎｇ， Ｑ． Ｋａｎｇ， Ｊ． Ｋ． Ｓａｈｕ， Ｓ． Ｕ． Ａｌａｍ， Ｄ． Ｊ． Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ， ａｎｄ Ｔ． Ｄ． Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ，"Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｇｒａｄｅｄ−Ｉｎｄｅｘ Ｒｉｎｇ−Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ７ ＬＰ Ｍｏｄｅ Ｇｒｏｕｐｓ"， ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ＯＳＡ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ （ｏｎｌｉｎｅ） （Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ， ２０１５）， ｐａｐｅｒ Ｔｕ２Ｄ．３． Ｔ． Ｂｉｒｋｓ， Ｉ． Ｇｒｉｓ−Ｓａｎｃｈｅｚ， Ｓ． Ｙｅｒｏｌａｔｓｉｔｉｓ， Ｓ． Ｌｅｏｎ−Ｓａｖａｌ， ａｎｄ Ｒ． Ｔｈｏｍｓｏｎ，"Ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｌａｎｔｅｒｎ"， Ａｄｖ． Ｏｐｔ． Ｐｈｏｔｏｎ． ７， １０７−１６７ （２０１５）． 斎藤恒聡、渡辺健吾、今村勝徳、椎野雅人、マルチコアファイバ用ファイババンドルタイプファンアウト、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−２６、２０１２ 渡辺健吾、斎藤恒聡、ＭＣＦ用ファイババンドル型ファンアウトの損失改善、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１０−６、２０１５

しかしながら、非特許文献４や非特許文献５においてはリングコア光ファイバのためのモード合分波器として、空間型である位相プレートや空間位相変調器を用いており、伝搬モード数の増加と共に損失や遅延のチャネル間差を低減することが課題であった。そこで、本発明は、上記課題を解決するために、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器及びこれを備える光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るモード合分波器は、複数のモードが伝搬するリングコア光ファイバの断面に対し、複数の光ファイバのコアあるいはプレーナ光波回路の複数のコアが当該リングコア光ファイバのリングコアに接するように配置される低損失なモード合分波器を用いることとした。

具体的には、本発明に係るモード合分波器は、シングルモード光ファイバと接続する複数の第１ポート、及びリングコア光ファイバと接続する１個の第２ポートを備えるモード合分波器であって、
前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する前記第１ポートと同数のコアを有し、
前記コアは、
コア間隔が前記第１ポートから前記第２ポートへ短くなるテーパー状に配置され、且つ
前記第２ポートの面において前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように配置されていることを特徴とする。

本モード合分波器の前記コアは、第１ポートに結合された基本モードを任意のモード（基本モード及び高次モード）へ変換して第２ポートに接続するリングコア光ファイバへ結合し、リングコア光ファイバから第２ポートに結合された任意のモードを（基本モード及び高次モード）を基本モードへ変換してそれぞれの第１ポートへ出力する。このため、本モード合分波器はモードスクランブラ機能も有している。つまり、リングコア光ファイバの伝送路と本モード合分波器がモードスクランブラ機能を有すことで、モード多重伝送における伝搬モードの損失差と伝搬モード遅延差による影響を緩和でき、伝送容量および伝送距離を拡大することが可能となる。

従って、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器を提供することができる。

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、前記第２ポートの面において円環状に配置されていることを特徴とする。リングコア光ファイバは円環状での電界分布を持ち、中心に電界拡がりが少ない。このため、本モード合分波器のコアをリングコア光ファイバの中心に配置する必要がなく、リングコア上に円環状に配置すればよい。

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、前記第２ポートの面において、それぞれのコア中心で形成される正Ｎ角形の重心とリングコア光ファイバの中心とが一致するように配置されていることを特徴とする。各コアの電界分布を均一にするためには、各コアの中心を頂点とする正Ｎ角形の重心がリングコア光ファイバの中心と一致するようにコアを配置する。

本発明に係るモード合分波器の前記コアは、
直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
前記第２ポートの面において、コア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることが好ましい。さらに低損失とすることができる。

前記コアは、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する細径光ファイバのコアとすることができる。

前記コアは、３次元に形成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の光導波路とすることができる。

本発明に係る光伝送システムは、
Ｎ本のシングルモード光ファイバで信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバと、
前記モード合分波器であり、前記第１ポートで前記シングルモード光ファイバと接続し、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器で分波された各信号光を受信するＭ個の光受信機と、
を備える。

本発明に係る光伝送システムは、
１つの中継単位が、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバと、
前記モード合分波器であり、前記第１ポートでシングルモード光ファイバと接続し、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
前記モード分波器が分波したＮ個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバに出力するＮ個の光増幅器と、
を備えており
前記中継単位が２つ以上連結されている。

本発明に係る光伝送システムは、
１つの中継単位が、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバと、
前記リングコア光ファイバに配置され、前記リングコア光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光増幅器と、
前記モード合分波器であり、前記第１ポートでシングルモード光ファイバと接続し、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
前記モード合分波器であり、前記第２ポートで前記リングコア光ファイバと接続し、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
を備えており
前記中継単位が２つ以上連結されている。

上記目的を達成するために、本発明に係る光伝送システム及び中継伝送システムでは、伝送路を複数のモードが伝搬するリングコア光ファイバとし、前記モード合分波器でリングコア光ファイバと増幅器、送信器、又は受信器とを接続するため、伝送路において伝搬モードの損失差がある場合においても各チャネルが同様の損失を受け、伝搬モードの遅延差がある場合においても各チャネルが同様の遅延を受ける。よって、各チャネルの損失や遅延は均等になり、ＤＳＰの負荷を低減することができる。

従って、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できる光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することができる。

本発明は、リングコア光ファイバを伝送路とした場合に、各ポートが様々なモードを同時に送受信できる複数のコアを有するモード合分波器を用いることで、伝送路とモード合分波器においてモードスクランブル機能を発揮し、マルチモード光ファイバ伝送における伝搬モードの損失差や遅延差の影響を緩和し、伝送容量および伝送距離を拡大することが可能な伝送システムを提供することができる。

つまり、本発明は、リングコア光ファイバを使用する伝送路で伝搬モード数が増加しても損失や遅延のチャネル間差を抑制できるモード合分波器及びこれを備える光伝送システム並びに中継伝送システムを提供することができる。

本発明に係る光伝送システムの一例を説明する図である。 本発明に係る中継伝送システムの一例を説明する図である。 本発明に係る中継伝送システムの一例を説明する図である。 リングコア光ファイバの屈折率分布を説明する図である。 Δ_１が０．２５［％］、リングコア幅ａ２−ａ１が１．８［μｍ］のリングコア型光ファイバの中心層半径ａ_１を変化させた場合の実効屈折率差Δｎｅｆｆと伝搬モード数を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器の第２ポートにおけるリングコア光ファイバと伝搬モード数に対するコア配置を説明する図である。 ３モード単一コア合分波器と３モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器（３コア）と３モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器（５コア）と５モードリングコア光ファイバの電界分布と結合効率の計算結果を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器（３コア）の第２ポートにおけるリングコア光ファイバとコアの配置関係を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器（３コア）において、コア配置の重心からの距離と損失との関係の計算結果を示す図である。 本発明に係るモード合分波器（３コア）において、コア半径と損失との関係の計算結果を示す図である。 本発明に係るモード合分波器（３コア）の第２ポートにおけるリングコア光ファイバとコアの配置関係を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が細径ファイバが束ねられたバンドル構造である場合においてリングコア光ファイバとの接続状態を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が３次元の導波路構造である場合を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器が３次元の導波路構造である場合においてリングコア光ファイバとの接続状態を説明する図である。 本発明に係るモード合分波器を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

（実施形態１）
図２１は、本実施形態のモード合分波器１０１を説明する図である。モード合分波器１０１は、シングルモード光ファイバ５０と接続する複数の第１ポート１１、及びリングコア光ファイバ５５と接続する１個の第２ポート１２を備えるモード合分波器であって、
第１ポート１１と第２ポート１２とを接続する第１ポートと同数のコア１３を有し、
コア１３は、
コア間隔が第１ポート１１から第２ポート１２へ短くなるテーパー状に配置され、且つ
第２ポート１２の面においてリングコア光ファイバ５５のリングコアに接するように配置されていることを特徴とする。

コア１３は、第２ポート１２の面において円環状に配置されていることを特徴とする。また、コア１３は、第２ポート１２の面において、それぞれのコア中心で形成される正Ｎ角形の重心とリングコア光ファイバ５５の中心とが一致するように配置されていることを特徴とする。

図６は、モード合分波器１０１の第２ポート１２におけるコアの配置例を説明する図である。リングコア光ファイバ５５は円環状での電界分布を持ち、中心に電界拡がりが少ない。このため、コア１３をリングコア光ファイバ５５の中心に配置する必要がなく、リングコア１３上に円環状に配置すればよい。また、各コア１３の電界分布を均一にするためには、各コア１３の中心を頂点とする正Ｎ角形の重心がリングコア光ファイバ５５の中心（リングコア５３の中心）と一致するようにコア１３を配置する。

図６（Ａ）は、リングコア光ファイバ５５の伝搬モードが３（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモード）の場合のコア１３の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器１０１は少なくとも３つのコア１３が必要である。図６（Ｂ）は、リングコア光ファイバの伝搬モードが５（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂモード）の場合のコア１３の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器１０１は少なくとも５つのコア１３が必要である。また、図６（Ｃ）は、リングコア光ファイバの伝搬モードが７（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ、ＬＰ２１ａ、ＬＰ２１ｂ、ＬＰ３１ａ、ＬＰ３１ｂモード）の場合のコア１３の配置を説明する図である。この場合、モード合分波器１０１は少なくとも７つのコア１３が必要である。そして、それぞれのコア１３はリングコア光ファイバ５５のリングコア５３に接するように配置される。

モード合分波器１０１は、複数のコア１３をテーパー状に配置しており、第１ポート１１と第２ポート１２との間で構造がゆるやかに変化するため断熱変換が起こる（例えば非特許文献６）。このため、モード合分波器１０１は、第１ポート１１に結合された基本モードから第２ポート１２においてそれぞれのコア１３にＮ個のモードを形成する。

図７は、３モード単一コア合分波器内のコアの電界分布（Ａ）、３モードリングコア光ファイバの電界分布（Ｂ）、３モード単一コア合分波器と３モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果（Ｃ）を説明する図である。図７は比較例である。図７（Ｂ）のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。

単一コア合分波器のコア部の屈折率分布はステップインデックス形状である。本例では、コア半径が７［μｍ］、比屈折率差Δが０．４［％］とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は、図４の通りであり、伝搬モード間の実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆが０．０００５以下となるよう、中心層半径ａ_１が７［μｍ］、外周半径ａ_２が１１［μｍ］、コア部屈折率差Δが１．１５［％］とした。上記構造の場合、伝搬モード数は５モードが見込め、外側に適切なトレンチ構造を設けることで実効屈折率差Δｎ_ｅｆｆに影響なく_、伝搬モード数を制御することが可能である。

各モードの電界の重なり積分によりモード結合効率ηを算出した。このとき、波長は１５５０ｎｍとした。
ここで、Ｅ_ｉは入力するモード（単一コア）の電界、Ｅ_ｏは出力するモード（リングコア）の電界である。

単一コアとリングコアを接続する場合、ＬＰ０１モード同士で０．１程度、ＬＰ１１モード同士で０．３程度の結合効率である。損失は、単一コアの各モードの損失はリングコアの全てのモード（ＬＰ０１、ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモード）への結合効率の和から算出できる。
例えば、単一コアのＬＰ０１モードからリングコアへの結合効率は０．１２＋１．２ｅ−１２＋５．１ｅ−１３≒０．１２であるので、１０×ｌｏｇ１０（０．１２）＝−９．２ｄＢとなり、損失はおよそ９ｄＢである。
同様に、単一コアのＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモードについては、リングコアへの全てのモードへの結合効率の和はおよそ０．３０なので、１０×ｌｏｇ１０（０．３０）＝−５．２ｄＢと求まる。
よって３モード単一コア合分波器と３モードリングコア光ファイバとの接続損失は、おおよそ５〜１０ｄＢとなることが分かる。

図８は、モード合分波器１０１（３コア）のコアの電界分布（Ａ）、３モードリングコア光ファイバの電界分布（Ｂ）、モード合分波器１０１と３モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果（Ｃ）を説明する図である。図８（Ｂ）のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。

本例では、モード合分波器１０１のコアは、コア半径が３．０［μｍ］、比屈折率差Δが０．３５［％］、第２ポートの面において中心からの距離が８．５［μｍ］とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は図４のとおりである。

図７の説明のように計算すると、モード合分波器１０１の３コアとリングコアを接続する場合、ＬＰ０１モード同士で０．６６程度、ＬＰ１１モード同士で０．５７程度の結合効率である。図７の説明と同様に、３コアの各モードについて、リングコアの全てのモード（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂモード）への結合効率の和から損失を算出すると２〜３ｄＢ程度の損失となり、単一コアとの接続と比較して３〜６ｄＢ程度改善する。

図９は、モード合分波器１０１（５コア）のコアの電界分布（Ａ）、５モードリングコア光ファイバの電界分布（Ｂ）、モード合分波器１０１と５モードリングコア光ファイバとの結合効率の計算結果（Ｃ）を説明する図である。図９（Ｂ）のように、リングコア光ファイバの電界分布はいずれのモードも円環状となる。

本例では、モード合分波器１０１のコアは、コア半径が４．０［μｍ］、比屈折率差Δが０．３５［％］、第２ポートの面において中心からの距離が８．５［μｍ］とした。リングコア光ファイバの屈折率分布は図４のとおりである。

図７の説明のように計算すると、モード合分波器１０１の５コアとリングコアを接続する場合、ＬＰ０１モード同士で０．８０程度、ＬＰ１１モード同士で０．７８程度、ＬＰ２１モード同士で０．６４程度の結合効率である。図７の説明と同様に、５コアの各モードについて、リングコアの全てのモード（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ，ＬＰ１１ｂ，ＬＰ２１ａ，ＬＰ２１ｂモード）への結合効率の和から損失を算出すると１〜２ｄＢ程度の損失となる。図８と図９を比較すれば、モード数が増えるほど損失改善が見込める。これは、第２ポートの面においてリングコア上にモード合分波器１０１のコアが配置され、コア数が増えることで、電界の重なる面積が増えるからである。

次に、モード合分波器１０１の第２ポートの面におけるコアの配置について述べる。図１０は、モード合分波器１０１（３コア）の第２ポートにおけるリングコア光ファイバのリングコアとモード合分波器１０１の各コアの配置関係を説明する図である。３つのコア中心を結んだ三角形の重心からの距離ｄと各コア半径ａが重要なパラメータとなる。

図１３のように距離ｄを変化させたときにモード合分波器１０１で発生する損失（モード合分波器１０１とリングコア光ファイバ５５との接続損失）の計算結果を図１１に示す。コア半径ａは３．０［μｍ］としている。例えば損失を３ｄＢ以下にしたい場合、重心からの距離ｄは６．５〜１０［μｍ］の範囲にする必要がある。

図１２は、重心からの距離ｄが８．５［μｍ］のモード合分波器１０１について、コア半径ａを変化させた場合の損失（モード合分波器１０１とリングコア光ファイバ５５との接続損失）の計算結果を示す。例えば損失を３ｄＢ以下にしたい場合、コア半径ａは２．０〜７．５［μｍ］の範囲にする必要がある。

図１１と図１２の計算結果より、モード合分波器１０１（３コア）のコア直径はリングコア幅以上であり、コア中心がリングコアの内径から外周半径までにあれば３ｄＢ以下の損失を実現できる。３コアのモード合分波器だけでなく、Nコアのモード合分波器においても、コア直径をリングコア幅以上とし、コア中心をリングコアの内径から外周半径までに配置することで、低損失な合分波器を実現できる。
なお、モード合分波器のコア直径がリングコア光ファイバのコア幅以上であり、第２ポートの面において、コア中心がリングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されることが望ましい。

以上説明したように、本実施形態のモード合分波器は、
（１）第１ポートから第２ポートへコア間隔が狭まるようにコアを配置することで第１ポートから第２ポートへは単一モードから複数のモードを形成し、第２ポートから第１ポートへは複数モードから単一モードを形成し、
（２）第２ポートで複数のコアを円環状に配置して伝送路のリングコア光ファイバのリングコアに接触させることでコアとリングコアとの接続損失を低減する
ことができる。

（実施形態２）
図１４は、図２１で説明したモード合分波器１０１のコア１３を説明する図である。本実施形態のモード合分波器１０１のコア１３は、第１ポート１１と第２ポート１２とを接続する細径光ファイバ２１のコアである。つまり、本実施形態のモード合分波器１０１は、細径光ファイバ２１が被覆２３により束ねられるバンドル型の構造である。ガラス棒２２を細径光ファイバ２１間の適切な箇所に入れてコア１３の位置を固定してもよい（たとえば非特許文献７）。図１５から図１７は、モード合分波器１０１の細径光ファイバ２１の配置例を説明する図である。図１５と図１６は３コアの例、図１７は５コアの例である。

図１８は、細径光ファイバで構成されるモード合分波器の具体例である。図１８のモード合分波器１０１は、第１ポート１１にシングルモード光ファイバ５０、第２ポート１２にリングコア光ファイバ５５を接続している。モード合分波器１０１内で束ねられた細径光ファイバ２１はテーパ状になり、モード合分波器内において複数のモードが形成される。

モード合分波器１０１は、合波器として用いた場合は、複数のシングルモード光ファイバ５０の信号をリングコア光ファイバ５５へ、分波器として用いた場合はリングコア光ファイバ５５の信号を複数のシングルモード光ファイバ５０へ送ることが可能である。

例えば、モード合分波器１０１が６コアの場合、細径光ファイバ２１のクラッド径は４５μｍ程度であり、トレンチ構造にすることで、過剰損失を低減することが可能である（たとえば非特許文献８）。非特許文献８は７コアだが、モード合分波器１０１は、中心部の細径光ファイバは不要である。

（実施形態３）
図１９は、図２１で説明したモード合分波器１０１のコア１３を説明する図である。本実施形態のモード合分波器１０１のコア１３は、３次元に形成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の光導波路である。本実施形態のコア１３は断面において四角形でも良く、正方形でも長方形でも良い。ＰＬＣの積層構造により、比較的コア位置を定めやすいことが特徴である。

図２０は、コア１３がＰＬＣで構成されるモード合分波器の具体例である。ＰＬＣのコア１３は、シングルモードであり第１ポート１１から第２ポート１２へ向けてコア間隔が狭まるテーパ状になっており、第１ポート１１から第２ポート１２へ伝搬する光に複数のモードが形成される。図２０のモード合分波器１０１は、第１ポート１１にシングルモード光ファイバ５０、第２ポート１２にリングコア光ファイバ５５を接続している。

モード合分波器１０１は、合波器として用いた場合は、複数のシングルモード光ファイバ５０の信号をリングコア光ファイバ５５へ、分波器として用いた場合はリングコア光ファイバ５５の信号を複数のシングルモード光ファイバ５０へ送ることが可能である。

（実施形態４）
図１は、本実施形態の光伝送システム３０１を説明する図である。光伝送システム３０１は、
Ｎ本のシングルモード光ファイバ５０で信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機３１と、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバ５５と、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第１ポート１１でシングルモード光ファイバ５０と接続し、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５０と接続し、Ｎ個の第１ポート１１に結合された信号光をＮ個のモードとしてリングコア光ファイバ５０に結合するモード合波器１０１Ａと、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５５と接続し、リングコア光ファイバ５５でＮ個のモードで伝搬された信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の第１ポート１１に分波するモード分波器１０１Ｂと、
モード分波器１０１Ｂで分波された各信号光を受信するＭ個の光受信機３２と、
デジタル信号処理器（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３４と、ＭＩＭＯ信号処理器（ＭＩＭＯ−ＤＳＰ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３５と、
を備える。
なお、図１では、Ｎ＝３を説明している。

光送信機３１は、それぞれコヒーレント送信回路（Ｔｘ：Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）を備え、信号光をシングルモード光ファイバ５０を介してモード合波器１０１Ａに送信する。モード合波器１０１Ａは、リングコア光ファイバ５５とモード分波器１０１Ｂを介して信号光を光受信機３２に送出する。

光受信機３２は、それぞれコヒーレント受信回路（Ｒｘ：Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を備え、局部発振回路（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３３からの局発光を用いて信号光を受信する。光受信機３２は、受信した信号光の周波数を一定の周波数に変換し、ＤＳＰ３４に当該信号光を送出する。

ＤＳＰ３４は、信号光を演算処理し、演算処理した信号光をＭＩＭＯ信号処理器３５に送出する。ＭＩＭＯ信号処理器３５は、乗算回路と、加算回路と、を備え、乗算回路及び加算回路によりＤＳＰ３４で演算処理した信号光をそれぞれ乗算処理及び加算処理する。

以下に本実施形態の光伝送システム３０１の具体例を用いて以下に説明する。
［リングコア光ファイバ］
まず、リングコア光ファイバ５５について説明する。図４は、リングコア光ファイバ５５の屈折率分布を説明する図である。横軸はリングコア光ファイバの半径、縦軸は屈折率である。

例えば、非特許文献４におけるリングコア型ファイバは中心層半径ａ_１が３．６μｍ、リングコア部の外周半径ａ_２が５．４μｍ、リングコアの比屈折率差Δが０．２５％であり、伝搬モード数は波長１５５０ｎｍにおいて３（ＬＰ０１，ＬＰ１１ａ、ｂモード）である。伝搬モード数を制限するためには、中心層半径ａ_１やリングコア部の外周半径ａ_２、比屈折率差Δを調整する必要がある。本明細書では、簡単のため伝搬モード数は弱導波近似によるＬＰモードにて換算する。

図５は、リングコア型ファイバの中心層半径ａ_１、実効屈折率差Δｎｅｆｆ、及び伝搬モード数の関係を説明する図である。この時、リングコア幅ａ_２−ａ_１が１．８μｍ、比屈折率差Δ_１が０．２５％、波長は１５５０ｎｍである。中心層半径ａ_１を変えた場合、有限要素法に基づいて実効屈折率差Δｎｅｆｆおよび群遅延差ＤＭＤを計算した。このとき、実効屈折率差Δｎｅｆｆは基本モードの実効屈折率から高次モードの実効屈折率を引いた値であり、実波長１５５０ｎｍにおいて算出している。

図５より、例えば、
２．０［μｍ］＜中心層半径ａ_１＜４．０［μｍ］：伝搬モード数３、
４．０［μｍ］＜中心層半径ａ１＜７．４［μｍ］：伝搬モード数が５、
７．４［μｍ］＜中心層半径ａ１：伝搬モード数が７以上
の光ファイバが実現可能である。

また、図５より、Δｎｅｆｆを小さくするためには、中心層半径ａ１を大きくする必要があるが、ＬＰ１１モードに注目した場合、中心層半径ａ１が５．０［μｍ］のとき、０．０００５のΔｎｅｆｆを実現可能であることが分かる。

非特許文献４では、結合型数モード光ファイバの検討がなされており、設計指針として、伝搬モード間の実効屈折率差Δｎｅｆｆが０．０００５以下であることとしている。よって、本実施形態のリングコア光ファイバ５５については、実効屈折率差Δｎｅｆｆが０．０００５以下であるリングコア光ファイバを用いることとする。

［モード合波器、モード分波器］
モード合波器１０１Ａとモード分波器１０１Ｂは、実施形態１〜３で説明したモード合分波器１０１である。このため、モード合波器１０１Ａは、第１ポート１１から第２ポート１２へ単一モードから複数のモードを形成でき、リングコア光ファイバ５５との接続損失を低減することができる。モード分波器１０１Ｂは、第２ポート１２から第１ポート１１へ複数モードから単一モードを形成でき、リングコア光ファイバ５５との接続損失を低減することができる。

［光伝送システムの動作］
本実施形態では図１のように３つのモードの信号光を用いて３つのチャネルの信号を伝送させる例を示している。モード合波器１０１Ａにおいて３つのチャネルの信号（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３）は３つのモード（基本モードＬＰ_０１と高次モードＬＰ_１１ａ、ＬＰ_１１ｂ）に分配され、３モード光ファイバとして機能するリングコア光ファイバ５５に入射される。

リングコア光ファイバ５５中のモード結合やモード損失差によって、各チャネルの信号が含むモードの比率は伝送前後で変化し得る。伝送後の信号光はモード分波器１０１Ｂによって分離され、光受信機３２が備えるデジタルコヒーレント受信器として機能するコヒーレント受信回路で受信される。受信された信号はＤＰＳ３４で３つの受信信号（ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３）の振幅・位相情報が求められる。さらに、ＭＩＭＯ信号処理器３５は、この（ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３）をＭＩＭＯ処理することによって復元信号（ｘ_ｃ１，ｘ_ｃ２，ｘ_ｃ３）を得る。

ここで、ＭＩＭＯ信号処理器３５は、乗算回路及び加算回路により、ＤＳＰ３４で演算処理した受信信号（ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３）を以下の数式の乗算処理及び加算処理を行い、復元信号（ｘ_ｃ１，ｘ_ｃ２，ｘ_ｃ３）を得る。
（演算Ａ） ｘｃ１＝ｙ１・ｗ１１＋ｙ２・ｗ１２＋ｙ３・ｗ１３
（演算Ｂ） ｘｃ２＝ｙ１・ｗ２１＋ｙ２・ｗ２２＋ｙ３・ｗ２３
（演算Ｃ） ｘｃ３＝ｙ１・ｗ３１＋ｙ２・ｗ３２＋ｙ３・ｗ３３

ＭＩＭＯ信号処理部器３５は、有限インパルス応答（ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタで構成される。ＦＩＲフィルタは遅延器、乗算器、加算器からなる複数のタップにより構成されており、リングコア光ファイバのモード遅延差、ＤＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｄｅ Ｄｅｌａｙ）によるインパルス応答の広がりやモード結合によるクロストークを補償し信号を復元する。ここで乗算器の係数（タップ係数；ｗ_１１，ｗ_１２，ｗ_１３，ｗ_２１，ｗ_２２，ｗ_２３，ｗ_３１，ｗ_３２，ｗ_３３）は、信号パターンが既知であるトレーニング信号列を用いてｘ_ｃ１＝ｘ_１，ｘ_ｃ２＝ｘ_２，ｘ_ｃ３＝ｘ_３となるように設定しておく。

従来のモード合波器ではＣｈ１がＬＰ０１、Ｃｈ２がＬＰ１１ａ、Ｃｈ３がＬＰ１１ｂモードとして伝送ファイバに入力される。しかし、光伝送システム３０１は、モード合分波器１０１をモード合波器１０１Ａとして用いており、Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３それぞれがＬＰ０１、ＬＰ１１ａ、ＬＰ１１ｂモード全てを含み伝送されることが特徴である。結果として、モード合波器１０１Ａにおいて各チャネルが全てのモードを含み、伝送路において長手方向でモード間の結合が発生することにより、モードスクランブルが起こり、モードに依存する損失、遅延の影響を緩和することができる。

また、図１では、モード合波器１０１Ａ及びモード分波器１０１Ｂの双方にモード合分波器１０１を使用しているが、モード合波器１０１Ａ又はモード分波器１０１Ｂにモード合分波器１０１を使用しても同様の効果を得られる。

（実施形態５）
図２は、モード多重伝送中継システム３０２を説明する図である。モード多重伝送中継システム３０２は、
１つの中継単位αが、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバ５５と、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第１ポート１１でシングルモード光ファイバ５０と接続し、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５５と接続し、Ｎ個の第１ポート１１に結合された信号光をＮ個のモードとしてリングコア光ファイバ５５に結合するモード合波器１０１Ａと、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５５と接続し、リングコア光ファイバ５５でＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の第１ポート１１に分波するモード分波器１０１Ｂと、
モード分波器１０１Ｂが分波したＮ個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバ５０に出力するＮ個の光増幅器４１と、
を備えており
中継単位αが２つ以上連結されている。

モード多重伝送中継システム３０２は、Ｎ個（Ｎは２以上）の信号（ｘ_１，ｘ_２，ｘ_３，，，，ｘ_Ｎ）を伝送するために、Ｎポートのモード合波器１０１Ａ、Ｎモード以上伝搬するリングコア光ファイバ５５、Ｎポートのモード分波器１０１Ｂ、Ｎ個の光増幅器４１を１つの中継単位αとし、ある中継単位のモード分波器１０１Ｂとその次の中継単位のモード合波器１０１Ａの間に光増幅器４１を設置することを特徴とする。

モード分波器１０１Ａの後段ではシングルモードであるので、光増幅器４１としてシングルモード対応の光増幅器を用いることが可能である。また、中継単位間のモード分波器１０１Ｂからモード合波器１０１Ａのポートをランダムに接続することで、モードスクランブル効果も得られる。

最後の中継単位のモード分波器１０１Ｂの第１ポート１１には、Ｎ個の光受信機３２が接続される。光受信機３２により光信号（ｙ_１，ｙ_２，ｙ_３，，，，ｙ_Ｎ）を受信し、ＤＳＰ３４により信号処理を行い、Ｎ個の復元信号を得る。

（実施形態６）
図３は、モード多重伝送中継システム３０３を説明する図である。モード多重伝送中継システム３０３は、
１つの中継単位βが、
リングコアでＮ個のモードを伝搬する１本のリングコア光ファイバ５５と、
リングコア光ファイバ５５に配置され、リングコア光ファイバ５５を伝搬する信号光を増幅する光増幅器４２と、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第１ポート１１でシングルモード光ファイバ５０と接続し、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５５と接続し、Ｎ個の第１ポート１１に結合された信号光をＮ個のモードとしてリングコア光ファイバ５５に結合するモード合波器１０１Ａと、
図２１で説明したモード合分波器１０１であり、第２ポート１２でリングコア光ファイバ５５と接続し、リングコア光ファイバ５５でＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の第１ポート１１に分波するモード分波器１０１Ｂと、
を備えており
中継単位βが２つ以上連結されている。

モード多重伝送中継システム３０３は、Ｎ個（Ｎは２以上）の信号（ｘ１，ｘ２，ｘ３，，，，ｘＮ）を伝送するために、Ｎポートのモード合波器１０１Ａ、Ｎモード以上伝搬するリングコア光ファイバ５５、１つの光増幅器４２、Ｎポートのモード分波器１０１Ｂを１つの中継単位βとし、リングコア光ファイバ５５とモード分波器１０１Ｂの間に光増幅器４２を設置することを特徴とする。

リングコア光ファイバ５５の後段はマルチモードであるので、光増幅器４１としてマルチモード対応の光増幅器を用いる。図２のモード多重伝送中継システム３０２と比較して、モード多重伝送中継システム３０３は光増幅器をモード数分設置する必要がなく、１つで済む。また、中継単位間のモード分波器１０１Ｂからモード合波器１０１Ａのポートをランダムに接続することで、モードスクランブル効果も得られる。

（他の実施形態）
図２で説明した中継単位αと図３で説明した中継単位βを組合せてモード多重伝送中継システムを構成してもよい。

（発明の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る伝送システムは、伝送路をリングコア光ファイバ、複数のコアを円環状に配置したモード合分波器を用いることで、モードに載せた信号の低損失な入出力および各チャネルが全モードに割り当てられるモードスクランブル機能を有し、モードに依存した損失や遅延差を緩和し、長距離・大容量伝送を実現することができる。

本発明は、ファイバ中の高次モードの利用により光ファイバ伝送の大容量化及び長距離化を実現することができる。

１１：第１ポート
１２：第２ポート
１３：コア
２１：細径光ファイバ
２２：ガラス棒
２３：被覆
３１：光送信機
３２：光受信機
３３：局部発振回路（ＬＯ：Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）
３４：デジタル信号処理器（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）
３５：ＭＩＭＯ信号処理器（ＭＩＭＯ−ＤＳＰ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）
４１、４２：光増幅器
５０：シングルモード光ファイバ
５３：リングコア
５５：リングコア光ファイバ
１０１：モード合分波器
１０１Ａ：モード合波器
１０１Ｂ：モード分波器
３０１：光伝送システム

Claims (7)

1. リングコア光ファイバと、
   シングルモード光ファイバと接続する複数の第１ポートと、
   前記リングコア光ファイバと接続する１個の第２ポートと、
   前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する前記第１ポートと同数のコアと、
   を備えるモード合分波器であって、
   前記コアは、
   直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
   コア間隔が前記第１ポートから前記第２ポートへ短くなるテーパー状に配置され、
   前記第２ポートの面において、前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように円環状に、且つそれぞれのコア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることを特徴とするモード合分波器。
2. リングコア光ファイバと、
   シングルモード光ファイバと接続する複数の第１ポートと、
   前記リングコア光ファイバと接続する１個の第２ポートと、
   前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する前記第１ポートと同数のコアと、
   を備えるモード合分波器であって、
   前記コアは、
   直径が前記リングコア光ファイバのコア幅以上であり、
   コア間隔が前記第１ポートから前記第２ポートへ短くなるテーパー状に配置され、
   前記第２ポートの面において、前記リングコア光ファイバのリングコアに接するように、それぞれのコア中心で形成される正Ｎ角形の重心と前記リングコア光ファイバの中心とが一致するように、且つそれぞれのコア中心が前記リングコア光ファイバのコア幅の中心に配置されていることを特徴とするモード合分波器。
3. 前記コアは、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する細径光ファイバのコアであることを特徴とする請求項１又は２に記載のモード合分波器。
4. 前記コアは、３次元に形成されたプレーナ光波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の光導波路であることを特徴とする請求項１又は２に記載のモード合分波器。
5. Ｎ本のシングルモード光ファイバで信号光を送信するＮ個（Ｎは２以上の整数）の光送信機と、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでＮ個のモードを伝搬可能であり、前記第１ポートで前記シングルモード光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＭ個（ＭはＮ以上の整数）の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
   前記モード分波器で分波された各信号光を受信するＭ個の光受信機と、
   を備える光伝送システム。
6. １つの中継単位が、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでＮ個のモードを伝搬可能であり、前記第１ポートで前記シングルモード光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
   前記モード分波器が分波したＮ個の信号光を増幅してシングルモード光ファイバに出力するＮ個の光増幅器と、
   を備えており
   前記中継単位が２つ以上連結されている中継伝送システム。
7. １つの中継単位が、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバのリングコアでＮ個のモードを伝搬可能であり、前記第１ポートで前記シングルモード光ファイバと接続し、Ｎ個の前記第１ポートに結合された信号光をＮ個のモードとして前記リングコア光ファイバに結合するモード合波器と、
   請求項１から４のいずれかに記載のモード合分波器であり、前記リングコア光ファイバと前記モード合波器のリングコア光ファイバとが共通であり、前記リングコア光ファイバでＮ個のモードで伝搬された信号光をＮ個の前記第１ポートに分波するモード分波器と、
   前記リングコア光ファイバに配置され、前記リングコア光ファイバを伝搬する信号光を増幅する光増幅器と、
   を備えており
   前記中継単位が２つ以上連結されている中継伝送システム。