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Title 光波面制御に基づく空間モード変換技術に関する研究 [論文内容及び審査の要旨]

Author(s) 前田, 智弘

Citation 北海道大学. 博士(情報科学) 甲第14132号

Issue Date 2020-03-25

Doc URL http://hdl.handle.net/2115/78471

Rights(URL) https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Type theses (doctoral - abstract and summary of review)

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File Information Tomohiro̲Maeda̲review.pdf (審査の要旨)

Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP

学位論文審査の要旨

博士の専攻分野の名称  博士

情報科学

    氏名  前田 智弘  審査担当者 主 査 教 授 富田 章久

       副 査 教 授 池辺 将之        副 査 特任教授 髙橋 庸夫

学位論文題名

光波面制御に基づく空間モード変換技術に関する研究

（

）  光波の空間的な強度及び位相分布を制御する光波面制御技術は

これまでに生体組織や

次元形 状の計測

レーザ共振器の歪み補正など

様々な分野で応用されている

近年では

光通信分野にお いても

数モードファイバ中に存在する空間モードを多重伝送キャリアとして取り扱うモード分割 多重伝送の実現のために

それぞれ固有の波面を有する空間モードを制御するために光波面制御技 術が応用されている

特に

シングルモードファイバの導波モードである基本モードから数モード ファイバの各導波モードへと変換する空間モード変換技術はモード多重信号の生成に必要不可欠で ある

自由空間における光波面制御に基づく空間モード変換技術は

その構成の自由度および拡張性 の高さから

多くの空間モードを取り扱う高密度モード分割多重伝送の実現に向けて検討されてい る

しかし

これまでに提案されている自由空間型の空間モード変換技術では

光利用効率と変換精 度の両立は実現されていない

特に光利用効率については

平面光波回路などの導波路を利用した空 間モード変換技術と比較して大幅に劣っており

実用化に向けては性能向上が必要不可欠である

 このような状況に対し

本論文では

自由空間における光波面制御に基づく空間モード変換技術に 対して

類例の無い光波面制御技術を導入し

さらにその性能を向上することにより

光利用効率と 変換精度を両立した空間モード変換技術を確立することを目的としている

 第

章では

当該研究の背景及び意義・目的について述べている

 第

章では

まず

光通信システムの大容量化に向けて研究されている空間分割多重伝送につい て

検討されている伝送形態と伝送に必要となる要素技術について述べている

加えて

要素技術の 中でも特に重要となる空間モード変換について

これまでに提案されている技術の概要と特徴を述 べている

 第

章では

光波面を計測及び変調する技術について

これまでに提案されている代表的な手法 について概要と特徴を述べている

加えて

光波面を変調する技術については

次章以降で取り扱う デュアルフェーズモジュレーション

と空間クロスモジュレーション

について述べている

 第

章では

高い精度を特徴とする光波面変調である

を利用した空間モード変換技術を提

案し

その基本動作や特徴を述べている

まず

数値解析により

入力ビーム径や変調解像度に対する

変換性能の依存性を評価することで

に用いられる光学系の最適化条件を明らかにしている

更に

実験により光利用効率及び変換精度を

種の従来法と比較し

クロストークを

以下に

抑えた高精度な変換が比較的高効率に実現できることを示している

 第

章では

空間モード間の波面の重ね合わせにより生じる空間的な波形変化を利用することで

従来の波面変調による空間モード変換よりも高効率な変換を精度の低下無く実現する波面重ね合わ せ法を提案している

まず

数値解析により

変換目標ごとに最適な入力ビーム径を導出し

モード 多重数依存性を評価することにより

本手法が高密度空間分割多重伝送においても有効であること を示している

更に

実験により光利用効率及び変換精度を従来法と比較し

従来法と同程度の精度 を保ちつつ約

の高効率化が可能であることを示している

 第

章では

高効率を特徴とする光波面変調技術である

の空間モード変換への応用を検討 している

まず

反復計算により変調精度を向上した反復

に着目し

空間モード変換へと適用 するための新たな反復計算アルゴリズムを提案している

次に

数値解析では

提案しているアルゴ リズムが任意の入力強度分布に対して動作することを示している

更に

実験では

提案しているア ルゴリズムの導入により約

の変換精度向上が可能であることを示している

 第

章では

本論文の総括と今後の課題について述べている

 これを要するに

著者は

光波面制御に基づく空間モード変換技術に関する研究を行うことで

光

通信システムの発展に向けた多くの有益な知見を得ており

光エレクトロニクスの分野に貢献する

ところ大なるものがある

よって著者は

北海道大学博士

情報科学

の学位を授与される資格ある

ものと認める