光纤以及光传输系统的制作方法

本公开涉及将传播多个传播模式的多模光纤作为传输路径的模式复用光传输系统中的光纤以及其光传输系统。

本申请基于在2016年07月04日向日本申请的日本特愿2016-132140号要求优先权，并将其内容引用于此。

背景技术：

作为扩大传输容量的技术而提出了使用多个传播模式的多模光纤。特别地，使用多个传播模式的模式复用传输使传输容量提高到模式数量倍，因此，作为新的大容量传输方式而被注目。

在使用该多模光纤的传输中，在传输路径中发生模式间串扰，因此，作为其补偿方案，在接收端使用mimo（multiple-inputmultiple-output，多输入多输出）均衡器。然而，当在接收端模式间的群延迟差（differentialmodedelay，差分模延迟：以下为dmd）较大时，关于mimo的数字处理（dsp）的负载变大，为了实现长距离传输，dsp负载的减少成为课题（例如，参照非专利文献1。）。于是，为了缓和dmd的影响，提出了利用了模式消光比高的模式合波器、以及对模式分波器和模式间的耦合极力抑制的光纤传输路径的光传输系统（例如，参照非专利文献2、3。）。

此外，为了抑制模式间的耦合，提出了阶跃折射率芯光纤（例如，参照非专利文献4。）。通过使用消光比高的模式合分波器和抑制了模式耦合的光纤传输路径，从而抑制由接收端的mimodsp造成的模式间串扰的补偿，能够以与以往的将单模光纤作为传输路径的光传输系统相同程度的dsp负载进行信号恢复。

再有，在本说明书中记载的“单模光纤”和“多模（多个模式）光纤”是指分别意味着在传输的光信号的波长以单模传播的光纤和以多模传播的光纤。

现有技术文献

专利文献

非专利文献1：s.o.arik他，“effectofmodecouplingonsignalprocessingcomplexityinmode-divisionmultiplexing”，j.lightwavetechnol.31（3）（2013）423-431；

非专利文献2：philippegenevaux他，“6-modespatialmultiplexerwithlowlossandhighselectivityfortransmissionoverfewmodefiber”，inopticalfibercommunicationconference，osatechnicaldigest（online）（opticalsocietyofamerica，2015），paperw1a.5；

非专利文献3：christiansimonneau他，“5-modeamplifierwithlowmodalcrosstalkforspatialmodemultiplexingtransmissionwithlowsignalprocessingcomplexity”，inopticalcommunication（ecoc2015），41theuropeanconferenceandexhibition，sept.2015，paperwe.2.4.2；

非专利文献4：pierresillard他，“few-modefiberforuncoupledmode-divisionmultiplexingtransmissions”，inopticalcommunication（ecoc2011），37theuropeanconferenceandexhibition，sept.2011，papertu.5.lecervin.7；

非专利文献5：m.hirano，t.haruna，y.tamura，t.kawano，s.ohnuki，y.yamamoto，y.koyano，andt.sasaki，“recordlowloss，recordhighfomopticalfiberwithmanufacturableprocess，”inopticalfibercommunicationconference/nationalfiberopticengineersconference2013，osatechnicaldigest（online）（opticalsocietyofamerica，2013），paperpdp5a.7；

非专利文献6：s.makovejs，c.roberts，f.palacios，h.b.matthews，d.a.lewis，d.t.smith，p.g.diehl，j.j.johnson，j.d.patterson，c.towery，ands.ten，“record-low（0.1460db/km）attenuationultra-largeaeffopticalfiberforsubmarineapplications”，inopticalfibercommunicationconferencepostdeadlinepapers，osatechnicaldigest（online）（opticalsocietyofamerica，2015），paperth5a.2；

非专利文献7：f.yaman，s.zhang，y.huang，e.ip，j.d.downie，w.a.wood，a.zakharian，s.mishra，j.hurley，y.zhang，i.b.djordjevic，m.huang，e.mateo，k.nakamura，t.inoue，y.inada，andt.ogata，“firstquasi-single-modetransmissionovertransoceanicdistanceusingfew-modefibers”，inopticalfibercommunicationconferencepostdeadlinepapers，osatechnicaldigest（online）（opticalsocietyofamerica，2015），paperth5c.7.

非专利文献8：abdullahalamin，anli，siminchen，xichen，guanjungaoandwilliamshieh，“dual-lp11mode4x4mimo-ofdmtransmissionoveratwo-modefiber”，opt.express.19（17）（2011）16672-16679；

非专利文献9：yasuyukikato，kenichikitayama，shigeyukiseikai，andnaoyauchida，“effectivecutoffwavelengthofthelpllmodeinsingle-modefibercables”，j.lightwavetechnol.qe-17（1）（1981）35-39；

非专利文献10：m.bigot-astruc，d.boivinandp.sillard，“designandfabricationofweakly-coupledfew-modesfibers”，2012ieeephotonicssocietysummertopicalmeetingseries，seattle，wa，2012，pp.189-190；

非专利文献11：yongminjung他，reconfigurablemodalgaincontrolofafew-modeedfasupportingsixspatialmodes（ieeephotonicstechnologyletters,vol.26,no.11,june1,2014）。

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在非专利文献2中在lp01、lp11、lp21模式载运信号来进行传输，在非专利文献3中在lp01、lp11、lp21和lp02模式载运信号来进行传输，使mimodsp负载为与以往的单模传输系统相同程度，但是，跨长（spanlength）至多为40km。为了增加传播距离，模式间串扰的减少依然是课题。关于传输路径，使用非专利文献4所记载的光纤，但是，传播损失为0.218db/km，与以往的单模光纤的传播损失相比较为较大的值。这是因为：与以往的单模光纤（相对折射率差为0.35％左右）相比较，geo2成为高掺杂（相对折射率差为0.67％），瑞利散射损失增加。

此外，为了进一步的延长化，需要使向光纤传输路径的输入强度增加以便在接收端得到充分的信噪比，但是，为了抑制伴随着光强度的增加而发生的由非线性效果造成的信号劣化，期望有效截面积的扩大。在非专利文献4中，作为基模（basicmode）的lp01模式的有效截面积为124μm²。为了进一步的无中继间隔的延长化，期望光纤传输路径的低串扰化、低损失化、低非线性化（有效截面积的扩大）。

因此，为了解决上述课题，本公开的目的在于提供以仅传播特定的模式（例如lpm1模式、m为1以上的整数）为目的的、例如在包层部掺杂氟来使相对折射率差减少的纯石英芯光纤和具备其的光传输系统。

在非专利文献5、6中，为纯石英芯，由此，作为单模光纤而提出了0.149db/km或0.146db/km的低损失的光纤。但是，这些光纤仅传播单模，因此，不为面向大容量化的模式复用传输的用途。

此外，在非专利文献7中，在传播lp01模式和lp11模式的光纤传输路径之中仅使作为基模的lp01模式传播，证实了6600km的长距离传输。但是，由于仅传输基模，所以不为面向大容量化的模式复用传输的用途。

此外，在非专利文献8中报告了在传播lp01模式和lp11模式的光纤传输路径之中仅使作为第一高阶模的lp11模式传播的传输系统。传输光纤的构造为阶跃折射率芯构造，芯半径为4.1μm，相对折射率差为0.54％。传播损失为0.25db/km，与以往的单模光纤的传播损失相比较为较大的值。此外，关于传输距离，报告了26km，期望利用光纤构造的最佳设计的光纤传输路径的低损失化。

用于解决课题的方案

为了达成上述目的，在本公开的光纤中，为了传播多个模式并且减少相对折射率差，进行了考虑了有效的截止波长的光纤构造的设计。在设计多模光纤上，保证特定的模式数量在传输的光信号的波长区域中传播是重要的，不在设想的波长区域中传播的不需要模式的截止波长为多模光纤的基本的参数。

在非专利文献9中，报告了：在实际的光纤中在截止波长的附近不需要的模式的损失变大，因此，产生了即使在理论上比能够进行高阶模的导波的截止波长短波长侧的波长区域中而事实上也仅导波期望模式这样的现象。因此，为了达成上述目的，在本公开的光传输系统中，具备发送器，使传输路径为传播所述多个模式的光纤，并且具备：仅将特定的模式（例如lpm1模式）激励·合波的模式合波器和放大器、以及仅将特定的模式分波并变换为基模（lp01模式）的模式分波器、接收器。由此，能够抑制模式间串扰，减少dsp的负载。

因此，根据本公开，能够提供以下光传输系统，在使用考虑有效的截止波长、减少传播损失并且扩大有效截面积的光纤的、传输路径中，仅使2个以上的模式或特定的模式（lpm1模式、m为1以上的整数）传播，由此，能够在抑制模式间串扰之后进行传输容量的扩大和传输距离的延长化并且dsp负载减少。

本公开的第1方式的光纤具有纯石英的芯，包层相对于所述芯的折射率分布形状为阶跃折射率型，所述光纤具有传播lpm1模式的规定的v值，其中，m为1以上的整数。

所述m为1并且所述规定的v值超过3.8且不足4.3，或者，所述m为2并且所述规定的v值超过5.1且不足5.8，或者，所述m为3并且所述规定的v值超过6.3且不足7.1，或者，所述m为4并且所述规定的v值超过7.1且不足7.8也可。

基于不需要模式之中的最低阶的模的有效折射率差来确定所述规定的v值也可。

本公开的第2方式的光传输系统具备：光发送器，发送信号光；模式激励器，使所述信号光为lpm1模式来进行激励，其中，m为1以上的整数；传输路径，包含对所述lpm1模式的信号光进行传播的、根据权利要求1至3的任一项所述的光纤；模式分波器，将所述lpm1模式的2个简并模分波并变换为基模；以及光接收器，对分波后的各基模的信号光进行接收。

本公开的第3方式的光传输系统具备：n个光发送器，使用n个单模光纤发送信号光，其中，n为2以上的整数；模式合波器，使来自所述各光发送器的信号光为lpm1模式之中的不同的n个模式来进行激励，将各模式的信号光合波，其中，m为1以上的整数；传输路径，包含对来自所述模式合波器的合波信号进行传播的、根据权利要求1至3的任一项所述的光纤；模式分波器，将在所述传输路径中传播的n个lpm1模式变换为n个基模来进行分波；以及光接收器，对分波后的所述各基模的信号光进行接收。

再有，能够尽可能组合上述各公开。

发明效果

根据本公开的上述方式的光纤以及光传输系统，能够提供以下传输系统：在将考虑了有效的截止波长的光纤作为传输路径的情况下，仅使2个以上模式或特定的模式（lpm1模式、m为1以上的整数）传播，由此，能够实现低串扰、低损失、低非线性，缓和模式复用传输中的mimodsp负载的增大，扩大传输距离。

附图说明

图1是说明第1实施方式的光纤的折射率分布的一个例子的图。

图2是说明在本公开的光纤中传播的模式的强度分布的图。

图3a是说明第1实施方式的多模光纤（multi-modefiber）的芯半径和相对折射率差的最佳构造的图。

图3b是说明第1实施方式的多模光纤的芯半径和相对折射率差的最佳构造的图。

图3c是说明第1实施方式的多模光纤的芯半径和相对折射率差的最佳构造的图。

图3d是说明第1实施方式的多模光纤的芯半径和相对折射率差的最佳构造的图。

图3e是说明第1实施方式的多模光纤的芯半径和相对折射率差的最佳构造的图。

图4是说明第1实施方式的传播的lp模式数量及其最佳构造中的芯半径的图。

图5是说明第1实施方式的传播的lp模式数量及其最佳构造中的相对折射率差的图。

图6是说明第1实施方式的传播的lp模式数量及其最佳构造中的基模的有效截面积的图。

图7是说明第2实施方式的4lp模式光纤的折射率分布的最佳构造的图。

图8是说明4lp模式光纤的lp02模式的弯曲损失和各模式的有效截面积的图。

图9是说明第3实施方式的在lp02模式载运信号的情况下的光传输系统类的图。

图10是说明第3实施方式的在lpm1模式载运信号的情况下的光传输系统类的图。

图11是说明为图10所示的光传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的具有不需要模式除去设备和光放大器的光中继传输系统类的图。

图12是说明为图10所示的光传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的在光放大器中具有不需要模式除去功能的光中继传输系统类的图。

图13是说明为图10所示的光传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的具有模式变换器和单模光放大器的光中继传输系统类的图。

图14是说明在第3实施方式的试制的4lp模式光纤输入了lp01模式、lp11模式、lp21模式的情况下的相对于输入强度的信号品质q值的劣化量和以往的单模光纤的相对于输入强度的信号品质q值的劣化量的图。

图15是说明第4实施方式的传播的lp模式数量及其最佳构造中的各模式的有效截面积的图。

图16是说明第4实施方式的将为了lpm1模式而最佳设计的阶跃折射率光纤作为传输路径的光传输系统的图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本公开的实施方式详细地进行说明。再有，本公开并不限定于在以下示出的实施方式。这些实施的例子只不过是例示，本公开能够以基于本领域技术人员的知识而施行各种变更、改良后的方式来实施。再有，在本说明书和附图中附图标记相同的结构要素示出彼此相同的结构要素。

（第1实施方式）

图1示出本公开的光纤的折射率分布的一个例子。为阶跃折射率（step-index）形状的芯，在设计和制造时是容易的。此外，本公开的光纤的特征在于为纯二氧化硅的芯。例如，为了使lp21模式传播来实现低损失化，需要设计为传播到有效折射率差大体上相同的lp02模式为止。与非专利文献4相比，特征在于：扩大芯半径r并减少相对折射率差δ。此外，关于本公开的光纤，理论上存在lp31模式和lp12模式的有效折射率，但是，如之前叙述那样实际上考虑为不传播。

在图2中示出在本公开的光纤中传播的模式的强度分布。在模式复用传输中使用的多模光纤中，在高阶模也载运信号来进行传输。例如当扩大芯时，能够按lp01、lp11、lp21、lp02、lp31、lp12、lp41、lp22、lp03的顺序传播模式。在通常的单模光纤中，使芯半径为4.5μm，使相对折射率差为0.35％左右，以使仅传播作为基模的lp01模式。

在本公开中，特别着眼于能够期待有效截面积扩大的lpm1模式（m为1以上的整数）。在lp11、lp21、lp31、lp41模式中，当考虑简并模（degeneratemode）时，分别存在2种模式（例如在lp11模式的情况下为lp11a模式和lp11b模式）。此外，在光纤中传播的lp模式中存在x、y偏振波的2种偏振模式（例如在lp11模式的情况下为lp11ax模式、lp11ay模式、lp11bx模式、lp11by模式），能够在各个简并模或偏振模式载运信号来进行传输。在关联的单模的情况下，设计为只有作为基模的lp01模式在期望的波长区域中传播，当考虑偏振模式时，仅传播lp01x模式、lp01y模式。可是，在将传播lp01模式、lp11模式的2lp模式光纤作为传输路径的情况下考虑简并模、偏振模式的情况下存在6种空间模式，因此，能够实现将关联的光纤作为传输路径的情况下的3倍的传输容量。在以下，为了简单，仅考虑lp模式来进行讨论。

在设计多模光纤的情况下，期望的模式在传输的光信号的波长下进行传播成为条件。例如，在考虑lp01模式和lp11模式在c频带（1530~1565nm）中传播的2lp模式光纤的情况下，需要考虑不需要的模式的最低阶的模即lp21模式的1565nm处的截止（cut-off）条件和lp11模式的1565nm处的弯曲损失。在阶跃折射率芯光纤的情况下，在弯曲损失最大的长波长侧考虑期望的最高阶的模的弯曲损失。在非专利文献10中，示出了到传播7种模式的7lp模式为止的阶跃折射率芯的设计。然而，示意了随着模式数量增大而传播损失增大。在对光纤的传播模式数量进行规定的情况下，考虑归一化频率（normalizedfrequency）v值。

在此，归一化频率v值由下式表示。

[数式1]

。

λ为波长，ncore和nclad分别为芯和包层的折射率。

在单模的情况下，为v＜2.4，在2lp模式的情况下，为2.4＜v＜3.8，在4lp模式的情况下，为3.8＜v＜5.1，在5lp模式的情况下，为5.1＜v＜5.5，在6lp模式的情况下，为5.5＜v＜6.4，在7lp模式的情况下，为6.4＜v＜7.0。进而，除了v值之外，还需要考虑期望模式的弯曲损失。

在图3中示出波长区域c频带中的光纤的芯半径r和相对折射率差δ的关系图。图3a示出2lp模式光纤，图3b示出4lp模式光纤，图3c示出5lp模式光纤，图3d示出6lp模式光纤，图3e示出7lp模式光纤。鉴于现状的制造技术，关于相对折射率差δ，2.0％为界限。在2lp模式的情况下，如之前叙述那样，考虑lp21模式的截止条件clp21e和clp21t以及lp11模式的弯曲损失llp11。在4lp模式的情况下，考虑lp31模式的截止条件clp31e和clp31t以及lp02模式的弯曲损失llp02。在5lp模式的情况下，考虑lp12模式的截止条件clp12e和clp12t以及lp31模式的弯曲损失llp31。在6lp模式的情况下，考虑lp41模式的截止条件clp41e和clp41t以及lp12模式的弯曲损失llp12。在7lp模式的情况下，考虑lp22模式的截止条件clp22e和clp22t以及lp41模式的弯曲损失llp41。关于弯曲损失，以itu-tg.652为参考，在针对期望模式弯曲损失最大的波长1565nm下，注目于弯曲半径r=30mm、成为0.1db/100turn以下的区域。

例如，对于2lp模式光纤的设计，着眼于弯曲损失最大的高阶模即lp11模式的波长1565nm，使用虚线示出成为0.1db/100turn的线。相对折射率差越大，模式的限制（confinement）越大，因此，虚线的上侧为满足弯曲损失的区域。此外，对于截止条件，注目于不需要模式的最低阶的模即lp21模式的短波长（1530nm），相对折射率差越小，芯半径越小，限制越小，因此，在实线的下侧，不传播lp21模式。也就是说，由虚线之上、实线之下包围的部分成为2lp模式区域。

关于理论截止波长（λc）和有效截止波长（λce），从非专利文献6示出了λc=kλ×λce的关系，kλ取1.13~1.25的值是已知的。在此，使kλ为1.13。关于能够期待有效截面积的扩大和低损失化的最佳的构造参数，只要芯直径大并且相对折射率差小即可，由交点来求取满足不需要模式的截止条件和期望模式的弯曲损失的区域。在图4、图5中示出各多模光纤的最佳构造中的芯半径r和相对折射率差δ。

如图4所示，考虑了有效截止的情况下的芯半径r的值rr能够比考虑了理论截止的情况下的芯半径r的值rt扩大。如图5所示，考虑了有效截止的情况下的相对折射率差δ的值dr能够比考虑了理论截止的情况下的相对折射率差δ的值dt减少。关于考虑了有效截止的情况下的相对折射率差δ，即使考虑到7lp模式为止，也能够为0.60％以下的构造。这示意：与根据理论截止条件设计的光纤相比，考虑了有效截止条件更能够扩大有效截面积并且更能够进行低损失化。

在图6中示出各多模光纤的最佳构造中的作为基模的lp01模式的有效截面积（aeff）。考虑了理论截止的光纤的有效截面积at为150μm2以下。另一方面，已知：关于考虑了有效截止的光纤的有效截面积ar，除了5lp模式设计之外，都能够实现200μm2以上的有效截面积。

lp11模式用的光纤构造适合2lp模式设计，lp21模式用的光纤构造适合4lp模式设计，lp31模式用的光纤构造适合6lp模式设计，lp41模式用的光纤构造适合7lp模式设计。此外，在4lp模式设计的情况下能够利用lp11、lp21模式，在6lp模式设计的情况下，能够利用lp11、lp21、lp31模式，在7lp模式设计的情况下，能够利用lp11、lp21、lp31、lp41模式。通过利用非专利文献2、3所示那样的高的模式消光比的空间型模式合波器，从而能够选择性地利用这些模式。

鉴于以上，当根据非专利文献7的设计和本公开的考虑了有效截止的最佳构造（图4、图5）计算v值时，期望在lp11模式的情况下为3.8＜v＜4.3、在lp21模式的情况下为5.1＜v＜5.8、在lp31模式的情况下为6.3＜v＜7.1、在lp41模式的情况下为7.1＜v＜7.8的阶跃折射率构造。

再有，如果满足以上的v值，则不仅以阶跃折射率芯的折射率分布得到相同的效果，而且以环形构造或多阶的阶梯构造、梯度（graded）构造等任意的折射率分布得到相同的效果。

（第2实施方式）

以下，对lp21模式用的光纤和光传输系统进行说明。关于lpm1模式，与其他的模式相比，能够使有效截面积大。此外，模式间的串扰（crosstalk）的减少是重要的，但是，由图2所示的模式的强度分布，lpm1模式在中心不具有强度的峰值，因此，模式的重叠小，能够期待低串扰。此外，在考虑到lp31、lp41模式为止的情况下，担忧lp21-lp31间或lp31-lp41间的串扰的发生，因此，这次着眼于lp21模式。

在图7中示出lp21模式用的4lp模式光纤的折射率分布的芯半径和相对折射率差的关系图。clp02t示出波长1565nm处的理论截止值，clp02e示出波长1565nm处的有效截止值，clp31t示出波长1530nm处的理论截止值，clp31e示出波长1530nm处的有效截止值。llp02是lp02模式的光满足波长1565nm、弯曲半径r=30mm、0.1db/100turn以下的线。从clp02t与clp02e的比较、clp31t与clp31e的比较可知，与理论截止设计相比，有效截止设计能够扩大芯半径。

此外，斜线的区域为4lp模式区域，但是，当考虑弯曲损失时，芯半径与相对折射率差的组合优选为满足lp02模式的弯曲损失的线llp02与满足lp31模式的有效截止条件的线的交点。在考虑了理论截止的设计的情况下，如在非专利文献4中示出那样，在clp31t与llp02的交点p7t，芯半径为7.5μm、相对折射率差δ为0.67％，但是，最能够最扩大有效截面积，能够期待低损失化。相对于此，在考虑了有效截止的设计的情况下，能够扩大芯半径，减少相对折射率差，因此，在clp31e与llp02的交点p7e，芯半径为10.5μm、相对折射率差δ为0.45％，但是，最能够扩大有效截面积，能够期待低损失化。

在图8中示出4lp模式光纤的lp02模式的弯曲损失与各模式的波长1550nm处的有效截面积的关系。已知：与lp01模式、lp02模式相比，lp11模式和lp21模式的有效截面积较大。此外，已知有效截面积根据所要求的弯曲损失而进行变化的情况。这次以itu-tg.652的劝告为参考，采用了波长1565nm、弯曲半径r=30mm、0.1db/100turn以下。

（第3实施方式）

在图9中示出本实施方式的lp02模式用的光传输系统类。在图9所示的光传输系统中，通过光传输路径93连接发送部91和接收部92。发送部91使用用于对lp02模式进行激励的模式激励器（modeexciter）12来将发送器（tx）11发送的信道向lp02模式载运。光传输路径93例如为阶跃折射率芯光纤，传输lp02模式的信号光。在传输后，接收部92所具备的模式变换器22将lp02模式向作为基模的lp01模式变换，向作为单模设备的接收器（rx）21输入。数字信号处理部（dsp）23使用1个接收信号（y1）来恢复1个信号（x1）。

另一方面，在图10中示出本实施方式的lpm1模式用的光传输系统类。图10所示的光传输系统具备将多个接收器21并联连接的接收部92。利用lpm1模式用的模式激励器12将信号向lpm1模式载运。另一方面，关于lpm1模式，伴随着光传输路径93的传播，存在lpm1a模式和lpm1b模式这2种简并模，因此，在接收部92中需要用于将lpm1a模式和lpm1b模式向作为基模的lp01模式变换的模式分波器24。接收器21由模式分波器24和单模设备构成。在数字信号处理中，使用2个接收信号（y1、y2）来恢复1个信号（x1）。通过使用2个接收信号，从而有改善信号品质的效果。

图11示出为光中继传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的具有不需要模式除去设备和光放大器的光中继传输系统类。

在本变形例中，将不需要模式除去设备94和光放大器95按该顺序设置在上述的图10所示的光传输系统的光传输路径93与模式分波器24之间。不需要模式除去设备94是除去例如lp01模式或lp02模式等不需要模式的设备。作为不需要模式除去设备94，例如，能够使用长周期光纤光栅或环形芯光纤。

长周期光纤光栅能够通过将不需要的模式向包层模式变换来除去不需要的模式。

环形芯光纤能够通过使在中心部具有电场的lp01模式等lp0n模式（n为1以上的整数）在连接点和光纤中损失来除去不需要模式。

光放大器95对通过了不需要模式除去设备94的lpm1模式的信号光进行放大。作为光放大器95而使用上述非专利文献11，对lpm1模式的光强度进行放大。

根据以上的结构，在光传输路径93中传输的信号光被不需要模式除去设备94除去不需要模式，被光放大器95放大。

另一方面，关于lpm1模式，伴随着光传输路径的传播，存在lpm1a模式和lpm1b模式这2种简并模，因此，在接收部92中需要用于将lpm1a模式和lpm1b模式向作为基模的lp01模式变换的模式分波器24。接收器92由模式分波器24和单模设备构成。在数字信号处理中，使用2个接收信号（y1、y2）来恢复1个信号（x1）。通过使用2个接收信号，从而有改善信号品质的效果。

图12示出为光中继传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的具备具有不需要模式除去功能的光放大器的光中继传输系统类。

在本变形例中，在上述的图10所示的光传输系统的光传输路径93与模式分波器24之间具备具有不需要模式除去设备的光放大器96。光放大器96为了仅放大lpm1模式，使激发光为lpm1模式，将lpm1模式的增益最大化，不向不需要的模式（例如lp01模式或lp02模式）提供增益，由此，能够除去不需要模式。此外，使光放大器96中的铒添加光纤的折射率分布为环形芯的形状，将铒掺杂到环形形状，由此，能够仅在lpm1模式下提供大的增益。

图13示出为光中继传输系统类的变形例且在lpm1模式载运信号的情况下的具有模式变换器和单模光放大器的光中继传输系统类。

在本变形例中，将模式变换器101、光放大器102和模式变换器103按该顺序设置在上述的图10所示的光传输系统的光传输路径93与模式分波器24之间。

模式变换器101将lpm1模式的信号光变换为作为基模的lp01模式。光放大器102对通过模式变换器101变换为lp01模式后的信号光进行放大。模式变换器103将由光放大器102放大后的lp01模式的信号光再次变换为lpm1模式。

本变形例能够利用现有的lp01模式的放大器，因此，能够提供便宜的系统。此外，在向lp01模式变换时，仅将特定的lpm1模式向lp01模式变换，因此，能够除去变换前的不需要的模式（例如lp01模式或lp02模式）。关于lpm1模式，伴随着光传输路径的传播，存在lpm1a模式和lpm1b模式这2个简并模，因此，模式变换器101具有将lpm1a模式向lp01模式变换并且将lpm1b模式向lp01模式变换的功能。在光放大器102的后级中的模式变换器103中，具有将lp01模式向lpm1a模式变换并且将lp01模式向lpm1b模式变换的功能。

在图14中示出相对于输入强度的信号品质q值的劣化量的一个例子。qlp01、qlp11、qlp21分别示出在本公开的试制的4lp模式光纤中输入了lp01模式、lp11模式、lp21模式的情况下的相对于输入强度的信号品质q值的劣化量。qsmf示出单模光纤的相对于输入强度的信号品质q值的劣化量。

发送器11使用40gbps的qpsk，在模式激励器12中，使用空间型的模式合波器来选择性地激励了各模式。光传输路径93为试制的4lp模式光纤。通过空间型的模式分波器24将各模式变换为基模来分波。接收器21为数字相干接收机，将由实时示波器取得的数字数据导入到个人计算机中，在离线上通过由fir滤波器构成的dsp23对信号进行了解调。通过进行模式消光比高的分波，从而能够减少对模式间串扰进行补偿的dsp23的负载，将构成dsp23的fir滤波器的抽头数量抑制为28，做成与以往的单模光纤传输系统相同程度。光纤长度为38.2km。

已知：单模光纤的情况下的qsmf在输入强度9dbm以上由于非线性现象而信号品质劣化，但是，本实施方式的4lp模式光纤的lp21模式、lp11模式、lp01模式在18dbm以上的输入强度之前不劣化，输入强度耐性大。由此，已知与单模光纤相比为低非线性。

根据以上，设计lp21模式用的光纤，使用能够选择性地对模式进行激励的模式合波器，在其传播模式载运信号来进行传播，由此，与单模光纤相比，能够增大输入强度，能够期待无中继的情况下的延长化。

再有，不仅在各个模式中存在2个简并模，而且在各个模式中存在2个偏振模式（x偏振波、y偏振波），能够载运信号，因此，可以同时传播2个以上的信号。

（第4实施方式）

在图15中示出在第1实施方式中示出的各多模光纤的最佳构造中的各模式的有效截面积的一个例子。a2lp、a4lp、a5lp、a6lp、a7lp分别示出2lp模式、4lp模式、5lp模式、6lp模式、7lp模式的情况。已知：当着眼于lpm1模式（m为1以上的整数）时，与其他的模式相比，有效截面积较大，即使针对5lp模式设计也能够为250μm2以上。也就是说，与其他的模式相比，这些模式能够期待低非线性化。

在图16中示出本公开的将为了lpm1模式而最佳设计的阶跃折射率光纤作为光传输路径93的光传输系统的一个例子。

发送部91具备使用n个单模光纤发送信号光的n个（n为2以上的整数）发送器11、以及仅对lpm1模式（m为1以上的整数）进行激励·合波的模式激励器12。模式激励器12将n个信号光作为n个模式耦合于光纤。通过光传输路径93连接模式激励器12与模式分波器24。接收部92具备将在光传输路径93中传播的n个lpm1模式变换为n个基模来分波的模式分波器22、对由模式分波器22分波后的各信号光进行接收的n个接收器21、以及dsp23。

关于在光传输路径93中使用的光纤，使用在第1实施方式中示出的2lp模式光纤、4lp模式光纤、5lp模式光纤、6lp模式光纤、7lp模式光纤。在2lp模式光纤的情况下使用lp11模式，在4lp模式光纤的情况下使用lp21模式，在5lp模式光纤、6lp模式光纤的情况下使用lp31模式，在7lp模式光纤的情况下使用lp41模式。

再有，在4lp模式光纤、5lp模式光纤的情况下使用lp11、lp21模式的任一个也可，在6lp模式光纤的情况下使用lp11、lp21、lp31模式的任一个也可，在7lp模式光纤的情况下使用lp11、lp21、lp31、lp41模式的任一个也可。

此外，在lpm1模式中存在简并模，因此，关于lp11模式，能够使用lp11a、lp11b模式，关于lp21模式，能够使用lp21a、lp21b模式，关于lp31模式，能够使用lp31a、lp31b模式，关于lp41模式，能够使用lp41a、lp41b模式。在该情况下，需要如非专利文献2、3所示那样对简并模进行合分波的模式合分波器。在这些简并模间发生模式耦合，但是，简并模间的dmd小，因此，只要抑制lp模式间的模式间串扰，则不会牵涉到dsp负载的增大。

利用这些模式，由此，与单模光纤相比，能够进行大容量、长距离传输。

（公开的效果）

如以上说明那样，本实施方式的光传输系统使用最佳化为在传输路径中传播lpm1模式（m为1以上的整数）的、阶跃折射率芯光纤、模式消光比高的模式合分波器来在为低损失、低非线性、低串扰的模式载运信号，由此，能够实现长距离·大容量传输。

以上，说明了若干优选的实施方式，但是，本公开并不限定于这些实施方式及其变形例。能够在不偏离本公开的主旨的范围内进行结构的附加、省略、替换和其他的变更。

此外，本公开并不被前述的说明限定，仅由附上的权利要求书限定。

产业上的可利用性

根据本公开，能够通过光纤中的高阶模的利用来实现光纤传输的大容量化和长距离化。

附图标记的说明

11：tx

12：模式激励器

21：rx

22：模式变换器

24：模式分波器

23：dsp

91：发送部

92：接收部

93：光传输路径。