空間分割多重システムのためのモードMUX/DEMUX構造の設計

概要

光ファイバ伝送における空間分割多重(SDM)は、波長分割多重の容量制限を克服するために有用です。SDMは、数モードファイバ(FMF)やマルチコアファイバにおいて、信号を直交LPモードで多重化することにより、ファイバあたりのスペクトル効率を向上させます。SDM システムでは、モードマルチプレクサ／デマルチプレクサ(MUX/DEMUX)のモード依存損失を等しくし，DMD(Differential Mode Delay)を補償し，トランシーバを構成するために使用されるため重要なコンポーネントです。近年、様々なタイプのモードMUX/DEMUXが提案されています。RSoft BeamPROPはモードMUX/DEMUXのモデリングと設計に最適なツールです。

この事例では、FMFのために提案された2つのモードMUX/DEMUX構造のシミュレーションを紹介します。1つ目の構造は、参考文献[1]に基づいた、シリコンチップ上に3Dシリコンリッチシリカ導波路を用いたコンパクトなモード多重化器です。これは、約0.6mm^2のチップ面積で3つのモードを多重化することができます。2つ目の構造は、参考文献[2]に基づいた、LP01モードとLP11モードの実効屈折率を一致させることでモード変換機能を実現するPLCベースの非対称平行導波路です。  

オンチップ集積化シリカMUX/DEMUX

図1は、オンチップ・モード・マルチプレクサの回路図です。FMFからの入力は、対称的なスーパーモードのセットを励起します。対称モードは、断熱テーパー導波路を経由して歪んだスーパーモードに移行します。歪んだスーパーモードは分離されたポートに結合され、さらに個々のSMFに結合されます。

この構造をRSoft CADで設定したのが図2です。挿入損失を評価するためにPathwayモニターを使用します。空間モニターは、異なる場所での電界を記録するために使用されます。図3は、導波路に3つのLP モードが入射したときの伝搬挙動と、その伝搬方向に沿った挿入損失を示しています。図4は、出力ポートの電界パターンとその挿入損失とクロストークを示したものです。なお、この構造設定は参考文献[1]と完全に同一ではありません。

非対称モードカプラ(AMC：Asymmetric Mode Coupler)

図5に示すように、幅の異なる2つの導波路のLP01モードとLP11モードの実効屈折率を合わせることで、PLCによる非対称モードMUX/DEMUXを実現することができます。ポート2 からのLP01 モードは導波路1 でLP11 モードに変換されてポート3に出力され、ポート1からのLP01モードはポート3に直接出力されます。このように、ポート3 ではLP01 モードとLP11モードが多重化されています。また、AMCはカプラが対称的な性質を持つため、モードDEMUXとして使用することも可能です。

サンプルモデルのダウンロード

ユーザー向けサイトSolvNetPlus※にて本事例に関するサンプルモデルをダウンロードできます。

先にSolvNetPlusへログインのうえ、下記にアクセスください。

SolvNetPlusはこちら

サンプルモデルはこちら

※SolvNetPlusの利用にはアカウント登録が必要です。

SolvNetPlusの登録方法などはこちらをご確認ください。

本内容に関するお問合せ

本ページでご紹介した事例をもっと詳しく聞きたい、利用した製品について個別に紹介して欲しいなどご要望ございましたら、お気軽に下記ボタンよりお問合せください。