結合型マルチモードマルチコアファイバによる革新的空間分割多重伝送技術に関する研究

光ファイバ中にコアが一つだけの従来の単一コア単一モード光ファイバによる伝送容量は、伝送波長帯域の制限や耐非線形性の観点から、近い将来に限界に突き当たることが予想されている。これまで、光ファイバ通信の限界を打破するための空間分割多重伝送技術として、1本の光ファイバに多数のコアを収容したマルチコアファイバ技術、および一つのコアの中を伝搬する複数の伝搬モードを利用したマルチモード伝送技術が注目を集めてきたが、伝送容量拡大と伝送可能距離拡大の両立が課題であった。本研究では、結合型マルチコアファイバとマルチモード制御により、伝送容量の飛躍的な拡大と長距離伝送の両立を可能にする革新的な空間分割多重伝送技術を確立することを目的として研究を進めた。２０２２年度の研究では、結合型マルチコアマルチモードファイバにおける群遅延広がりを算出する手法として、曲げや捻じれ等の決定論的に与えられる摂動だけではなく、ファイバ長手方向のランダムな形状変化に伴う位相変化や偏波結合量変化を考慮可能な解析モデルを完成させた。また、結合型マルチモードマルチコアファイバにおける異なるモード群間（低次モード群と高次モード群間）の結合を促進するファイバ設計が可能であることを見出した。さらに、マルチコア・マルチモード伝送を実現するための石英ガラスによる平面光導波路型モード制御技術に関して、デバイス内で低次モード群と高次モード群を分離し、低次モード群にのみ任意の損失を付加し、その後、再度、両モード群を合波することによりモード依存損失を可変に制御できる導波路型モード制御デバイスを石英系平面光導波路によって実証した。

光ファイバ中にコアが一つだけの従来の単一コア単一モード光ファイバによる伝送容量は、伝送波長帯域の制限や耐非線形性の観点から、近い将来に限界に突き当たることが予想されている。これまで、光ファイバ通信の限界を打破するための空間分割多重伝送技術として、1本の光ファイバに多数のコアを収容したマルチコアファイバ技術、および一つのコアの中を伝搬する複数の伝搬モードを利用したマルチモード伝送技術が注目を集めてきたが、伝送容量拡大と伝送可能距離拡大の両立が課題であった。本研究では、結合型マルチコアファイバとマルチモード制御により、伝送容量の飛躍的な拡大と長距離伝送の両立を可能にする革新的な空間分割多重伝送技術を確立することを目的として研究を進めた。２０２２年度の研究では、結合型マルチコアマルチモードファイバにおける群遅延広がりを算出する手法として、曲げや捻じれ等の決定論的に与えられる摂動だけではなく、ファイバ長手方向のランダムな形状変化に伴う位相変化や偏波結合量変化を考慮可能な解析モデルを完成させた。また、結合型マルチモードマルチコアファイバにおける異なるモード群間（低次モード群と高次モード群間）の結合を促進するファイバ設計が可能であることを見出した。さらに、マルチコア・マルチモード伝送を実現するための石英ガラスによる平面光導波路型モード制御技術に関して、デバイス内で低次モード群と高次モード群を分離し、低次モード群にのみ任意の損失を付加し、その後、再度、両モード群を合波することによりモード依存損失を可変に制御できる導波路型モード制御デバイスを石英系平面光導波路によって実証した。