２種多重偏光ホログラム一体化素子による偏光渦モード完全分離装置の開発と応用

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世代の光通信技術として現行の通信容量を飛躍的に向上できると期待されている偏光渦多重通信の実用化には、偏光渦の多重化情報を分離・検出する工程が必要不可欠となるが、その技術開発は未だ本命手法が確立していない未成熟領域にある。本研究では、先の研究で申請者らが開発した液晶偏光ホログラムによる偏光渦モード分離法の原理を拡張し、偏光渦の次数及び２直交状態を含む完全なモード分離素子の実現を目指す。さらに提案素子を用いた偏光渦モードスペクトルメータを試作する。さらに、ファイバ中を伝播する偏光渦の特性解析及び有線通信の実証実験を行う。これにより、提案方式の偏光渦多重通信方式の要素技術としての確立を目指す。令和４年度の主な成果は、２種の偏光ホログラムを利用した２直交モード分離素子の設計である。２種偏光ホログラム一体化素子のホログラムパターンに対するモード分離特性について数値シミュレーションにより解析し、最大１６モードの２直交状態を含む偏光渦モード分離が可能な素子の設計に成功した。さらに、検出可能な偏光渦モード数を増やした場合の、モード検出におけるクロストークを数値シミュレーションにより解析した。これにより、１６モード検出において、当初目標としていた-25dB以下のクロストークを達成できることを計算上明らかにした。また、偏光渦多重モードの伝送実験のための偏光渦多重状態生成装置の構築も行った。構築した装置は、２台の空間光変調器から別々に発生させた左右円偏光の光渦を、不等光路の光干渉計を介して空間的に同軸で重ね合わせて偏光渦多重状態を発生させる光学系となっている。本装置を用いて、偏光渦多重状態が発生可能であることを数例実証した。