JP2000352699A - 可変光減衰方法及び可変光減衰器 - Google Patents
可変光減衰方法及び可変光減衰器Info
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Abstract
て、波長依存性の小さい可変光減衰器を得る。 【解決手段】 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列
接続し、前記光干渉計で2分岐された信号光の位相差を
調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変
光減衰方法であって、前記信号光が前記第1の光干渉計
を通過する際の位相差を調整したのち、前記信号光の中
心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分
量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との
和が零となるように、前記信号光が前記第2の光干渉計
を通過する際の位相差を調整する方法である。
Description
いられる可変光減衰技術に関し、詳しくは、波長分割多
重通信における光信号を伝達するための光信号伝送装置
における基本要素となる可変光減衰方法及び可変光減衰
器に関するものである。
して波長分割多重方式があり、近年、盛んに研究・開発
が行われている。図10に一般的な波長分割多重方式に
よる光通信装置を示す。この光通信装置は、異なる波長
の光信号を発生するN個の光送信器301とNx1光合
波器302と光増幅器307から構成される光送信装置
LTと、光増幅器307と1xN光分波器304とN個
の光信号受信器305から構成される光受信装置LR
と、光送信装置LTと光受信装置LRの間に配置される
光伝送用路306から構成される。ここで、光送信器3
01としてはDFB分布帰還型(DFB)レーザを直接
変調する場合、DFBレーザと符号化を行うリチウムナ
イオベイト光強度変調器を用いる場合、DFBレーザと
EA変調器を集積化した光源を用いる場合などがある。
1xN光合分波器としてはAWG(Arrayed Waveguide
Grating)が用いられる。光増幅器としては希土類元素
を添加した光ファイバ型増幅器やラマン増幅器が用いら
れる。光伝送路としては零分散波長が1.3μmあるい
は1.55μmである単一モード光ファイバを用い、必
要に応じて光増幅器や3R中継器が配置される。この様
な波長分割多重方式は1本の光ファイバに波長空間で多
重した信号を伝送することから、通信網の大容量化を実
現できるという特徴を有する。典型的な波長分割多重シ
ステムとしては、波長数32〜64、ビットレート10
Gbit/s、伝送距離1000kmが実用化になって
いる。また、スループット1Tbit/sの波長分割多
重伝送が研究段階にある。
合、伝送用光ファイバ線路への光信号の強度を制御する
ことが重要である。これは、信号光強度が所望の値より
高い場合、波長多重信号光が受ける光ファイバの非線形
光学効果が信号光パルスの波形劣化を発生し、符号誤り
率を増大するからである。(光ファイバの非線形光学効
果に関しては、例えば、「M.Fukui, S.Aisawa, O.Ishid
a, K.Shimano, A.Umeda, T.Sakamoto, K.Oda, and N.Ta
kachio,“Allowable fiber input power for installed
dispersion shifted fiber in equal/unequal channel
spaced WDM transmission systems,”Electron.Lett.,
vol.33,pp693-694,1997.」)。
合、光増幅器で発生する雑音によりS/Nが低下し、符
号誤り率を増大する。従って、光信号伝送特性が最良に
なるように、光ファイバへの最適信号光強度を決定しな
ければならない。さらに、光ファイバ中の非線形光学効
果の問題は、近年の信号光波長域の広帯域化に伴い、よ
り顕著となっている。つまり、通信波長域に関して、従
来の1.55μm帯に加え、利得シフト光増幅器(GS
−EDFA)、ファイバラマン増幅器、ツリウム添加フ
ァイバ型光増幅器(TDFA)等新規波長帯における光
増幅器開発の進展に伴い、1.58μm帯、1.52μm
帯、1.48μm帯での光通信が開発されつつある。
進展しつつある状況において、従来の帯域40nm程度
を有する1.55μm帯の枠を超え、波長域1400〜
1600nmの200nmにも及ぶ広帯域な波長分割多
重方式の出現が必須である。このような広帯域な波長分
割多重方式における光通信において、光ファイバ内の非
線形光学効果はより顕著になり、従来以上に精密な信号
光強度の制御が重要となる(広帯域な波長分割多重方式
における非線形光学効果に関して、例えば、「J.Kani,
M.Jinno, T.Sakamoto, K.Hattori, and K.Oguchi,“Bi-
directional transmission to suppress inter-wavelen
gth-band nonlinear interactions in ultra-wide band
WDM transmissions systems,”in Tech.Digest of 3rd
OECC,pp.412-413,1998.」)。
ァイバへの信号光強度を制御する手段として、波長多
重光を一括して可変光減衰器で調整する方法、光送信
機の出力光強度を個別に調整する方法、合波器の後段
にポストアンプを配置し、ポストアンプの利得を制御し
て波長多重光の光出力を一括して調整する方法、が考え
られる。ここで、現実的な実現方法は、前記の可変光
減衰器を用いる方法である。これは、前記の方法で
は、光送信器の送信する光信号が、通常、GHz程度の
厳密な光周波精度を求められるため、光周波数を一定に
保ちながら光強度を調整する必要が生じ、そのため装置
構成が複雑になる。従って、現実的には光送信器の後に
個別の可変光減衰器を波長数台分用意することとなり、
装置規模が増加する。
の波長依存性があり、利得を変化させると短波長側と長
波長側の利得が異なる(ゲインチルト)結果、利得の波
長依存性を抑制する必要が生じ、そのため装置構成が複
雑になるという問題点があるためである。従って、前記
の可変光減衰器を用いる方法が装置構成を簡略化で
き、高い制御精度を実現できる。
号光波形劣化抑圧と簡易な光ファイバ入力光強度の制御
の観点から、信号光波長帯において波長依存性が少な
く、制御精度の良い可変光減衰器が要素技術として重要
となるわけである。
の熱光学効果を利用する方法、バルク型のNDフィルタ
をステッピングモータで駆動する方法、光ファイバ型光
アイソレータのファラデー回転角を制御する方法、音響
光学素子を用いる方法がある。
集積化による小型化、量産性、低損失である光学特性に
優れており、光通信に用いる光部品として他技術よりも
秀でている。石英系光導波路を用いた光回路はPlanar L
ightwave Circuit(PLC)技術による回路設計、チッ
プ製造、ファイバ実装をもとに製造される。従来、PL
Cで可変光減衰器を実現する方法として、マッハツェン
ダ干渉計と熱光学効果を利用した構成が提案されてい
る。
Bカップラ11と2本のアーム導波路12から構成され
るマッハツェンダ干渉計10と、一方のアーム導波路1
2に設けた位相調整器13から構成される。図10中、
Linは入力信号光、Loutは出力信号光である。
導波路の上に形成された金属薄膜ヒータを熱源とした熱
光学効果を利用して屈折率を変化させる方法である。本
可変光減衰器は、例えば、対称型マッハツェンダ干渉計
を用いる場合、ヒータに電力を印加していない状態で入
力信号光は入力ポートと対角の位置にある出力ポートに
出力され、ヒータヘ印加する電力に応じて光減衰量が増
大し、光出力が小さくなる。従って、ヒータヘ供給する
電力に応じて光出力強度を制御することが可能となる。
分岐器から出力される光強度をモニタしながらフィード
バック制御することにより、光入力強度の変化に対して
光出力を一定に制御する自動レベル制御(ALC)を付
加することも可能である。PLCマッハツェンダ干渉計
を用いたALCに関しては、例えば、「K.Hattori, M.F
ukui, M.Jinno, M.Oguma, and K.Oguchi,“All-PLC-bas
ed optical ADM withhigh isolation and polarization
independent level equalizer,”in Proc.ECOC'98,199
8,pp.327-328.」に開示されている。
器がPLC型可変光減衰器で実現されている。
うに、小型・集積化が可能なマッハツェンダ干渉計を用
いた可変光減衰器には、減衰量に波長依存性が存在する
という問題があった。これは、マッハツェンダ干渉計の
2本のアーム導波路間の位相差が波長依存性を有するこ
とに起因しており、光の干渉を利用した回路に本質的な
特性である。例えば、図9に示した一段のマッハツェン
ダ干渉計では、波長域1400〜1600nmにおい
て、減衰量3dBで1dB、減衰量6dBで2dB、減
衰量10dBで4dB程度の波長依存性がある。光減衰
量の波長依存性を解消する方法として、マッハツェンダ
干渉計を2段直列に接続し、ヒータを互い違いに配置す
る光回路が提案されている(「T.V. Clapp, S.Day, S.O
jha, and R.G.Peall,“Broadband variable optical at
tenuator in silica waveguide technology,”in Proc.
ECOC'98,1998,pp.301-302.」)。この光回路では、15
30〜1560nmの帯域において1dB以内の平坦な
光減衰特性が得られると報告している。
00〜1600nmに及ぶ広帯域な波長領域で波長依存
性を抑制することは不可能である。例えば、シミュレー
ションによると、波長域1400〜1600nmにおい
て、減衰量3dBで1dB、減衰量6dBで2dB、減
衰量10dBで4dB程度の波長依存性があり、従来か
ら提案されている1段のマッハツェンダ干渉計の有する
波長依存性と同等な波長依存性が発生することがわか
る。つまり、原理的に発生する干渉計の位相差の波長依
存性が光減衰量の波長依存性を支配する結果、広帯域な
波長域で平坦な特性をもつ可変光減衰器は実現できない
と考えられていた。それ故に、図10における光通信装
置の光ファイバ入力光強度を、小型で、集積性に優れた
PLC可変光減衰器を用いて一括制御するという光通信
装置を実現することは不可能であった。
可変光減衰器の光減衰量波長依存性を解消する技術の出
現が望まれていた。
路型光部品において、波長依存性の小さい可変光減衰器
を提供することにある。本発明の前記ならびにその他の
目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面に
よって明らかにする。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。 (1)第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列接続し、
前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を調整し
て、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変光減衰
方法であって、前記信号光が前記第1の光干渉計を通過
する際の位相差を調整したのち、前記信号光の中心波長
での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前
記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零
となるように、前記信号光が前記第2の光干渉計を通過
する際の位相差を調整する方法である。
おいて、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方
の入力端と、該入力端に斜めに対向する出力端を用いる
クロス型マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
おいて、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方
の入力端と、該入力端に平行に向かい合う出力端を用い
るバー型マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
おいて、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一
方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型
マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相
差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する
可変光減衰方法であって、前記信号光の中心波長での前
記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前記第2
の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零となる
ように、前記信号光が前記第1光干渉計を通過する際の
第1の位相差と前記第2の光干渉計とを通過する際の第
2の位相差の関係を、前記第2の位相差が前記第1の位
相差の二次関数として近似し、前記第1の位相差を調整
したのち、前記2次関数から一義的に求めた前記第2の
位相差に調整する方法である。
減衰方法において、前記位相差は2π以内である方法で
ある。
縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相
差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する
可変光減衰器であって、前記信号光が前記第1の光干渉
計を通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手
段と、該第1の位相差調整手段により位相差を調整した
のち、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の
透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光
強度の波長微分量との和が零となるように、前記信号光
が前記第2の光干渉計を通過する際の位相差を調整する
第2の位相差調整手段を備えたものである。
縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相
差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する
可変光減衰器であって、前記信号光が前記第1の光干渉
計を通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手
段と、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の
透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光
強度の波長微分量との和が零となるように、前記信号光
が前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前
記第2の光干渉計とを通過する際の第2の位相差の関係
を、前記第2の位相差が前記第1の位相差の二次関数と
して近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記二
次関数から一義的に求めた前記第2の位相差に調整する
第2の位相差調整手段を備えたものである。
光減衰器において、前記位相差は2π以内である。
光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア
部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド
部とから形成された平面型光導波路で構成される、2本
の入力光導波路と、2入力2出力である2つの光合分波
器と、該光合分波器の光分波器の2本の出力光導波路と
光合波器の2本の入力光導波路を接続する2本のアーム
光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器
と、2本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ
干渉計である。
光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア
部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド
部とから形成された平面型光導波路で構成される、1本
の入力光導波路と、1入力2出力であるY分岐器と、2
入力1出力であるY分岐器と、Y分岐器の2本の出力光
導波路と2本の入力光導波路間を接続する2本のアーム
光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器
と、1本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ
干渉計である。
において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導
波路を入力端とし、入力端に斜めに対向する出力光導波
路を出力端とするクロス型マッハツェンダ干渉計で構成
するものである。
において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導
波路を入力端とし、入力端に平行に向かい合う出力光導
波路を出力端とするバー型マッハツェンダ干渉計で構成
するものである。
において、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち
一方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー
型マッハツェンダ干渉計で構成するものである。
のポイントは、光干渉計の位相を調整することにより光
干渉計からの光出力強度を所望の値に設定する可変光減
衰方法及び可変光減衰器において、光干渉計を2個縦列
に接続し、第1の光干渉計の動作波長範囲内の中心波長
における透過光強度の波長微分量と第2の光干渉計の中
心波長における透過光強度の波長微分量の和が零となる
関係を保ちながら第1及び第2の光干渉計の位相調整器
を駆動することにある。
変光減衰器は、将来実現するであろう広帯域波長多重光
通信に必要な、広帯域な光減衰特性を満足するものであ
り、広波長域において、本質的に発生する光干渉計の光
減衰量の波長依存性を、2段の光干渉計とその位相制御
方法の組み合わせにより、本質的に、抑制するものであ
る。つまり、第1の光干渉計の動作波長範囲内の中心波
長における透過光強度の波長微分量に対し、第2の光干
渉計の中心波長における透過光強度の波長微分量が逆符
号で等しい値になるように、第2の光干渉計の位相を調
整することにより、2つの光干渉計を透過した光信号に
おいて、中心波長における透過光強度の波長微分量の和
が零となる関係を保つことができる。
微分量の和が零の関係を保つ位相制御を施すことによ
り、動作中心波長における透過光強度の波長微分量を
零、すなわち、動作中心波長において透過光強度の波長
依存性を解消することができる。その結果、動作波長範
囲における透過光強度の波長依存性が最小となる。
相制御方法を実現する上で、位相制御を二次関数に近似
する方法も、波長依存性を効果的に低減することができ
る。
ナログ制御回路により、効果的に波長依存性を低減する
ことができる。
渉計としては、PLC型マッハツェンダ干渉計が効果的
である。これは、PLCが先に述べたように、小型、集
積性、量産性に優れているからであり、さらに、なかで
もマッハツェンダ干渉計は、リング共振器などの他の干
渉回路に比べそれ自体の波長依存性が小さいからであ
る。 また、本発明の可変光減衰器は、波長依存性を低
減するに当たり、簡単な基本回路であるマッハツェンダ
干渉計を2個用いる構成であり、装置の複雑化・大型化
は最小限である。つまり、二次関数で近似した位相制御
方法と2段のPLCマッハツェンダ干渉計を用いること
により、簡単な装置構成で、小型で、しかも、波長依存
性の小さい可変光減衰器を実現することができる。
照して、本発明による実施形態(実施例)とともに詳細
に説明する。なお、本実施形態(実施例)を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その繰り返しの説明は省略する。
形態1の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。
本実施形態1では、光干渉計としてマッハツェンダ干渉
計を用い、位相制御方法としては二次関数による近似を
用いる例を示す。これは、マッハツェンダ干渉計が他の
光干渉計に比べ光減衰量の波長依存性が少なく、広帯域
な動作における波長依存性の低減に効果的であるためで
ある。また、二次関数による近似は、この位相制御方法
が簡単なアナログ回路で構成可能であり、かつ、この近
似を用いたとしても、波長依存性低減に効果が大きいた
めである。
を用いており、図1に示すように、2本の入力光導波路
101と、2入力2出力である2つの光合分波器102
と、光合分波器102の光分波器の2本の出力光導波路
と光合波器の2本の入力光導波路を接続する2本のアー
ム光導波路103A,103Bと、アーム光導波路10
3A,103Bにそれぞれ設けられた位相調整器104
A,104Bと、二本の出力導波路105とで構成され
るマッハツェンダ型干渉計100A,100Bの2個か
ら構成されている。前記マッハツェンダ干渉計100
A,100Bをクロス型マッハツェンダ干渉計で構成す
ることを基本とする。ここで、クロス型マッハツェンダ
干渉計とは、マッハツェンダ干渉計の2本の入出力光導
波路のうち入力端と出力端が対角の位置にあるものであ
る。
100A,100Bは、対称型、つまり、2本のアーム
導波路の長さは等しいとする。つまり、マッハツェンダ
干渉計100A,100Bのそれぞれの位相量は、あら
かじめ0に設定されている。また、図1に示すように、
出力端に光分岐器106を設け、分岐光をフォトディテ
クタ107でモニタし、フィードバック制御回路108
でフィードバック制御することにより、ALC機能を実
現することも可能となっている。前記位相調整器104
Bによる位相調整量は、制御回路109により制御され
る。前記制御回路109は、前記位相調整器104Bに
よる位相調整量を前記位相調整器104Aによる位相調
整量に対して二次関数で与える制御を行うものである。
ための位相制御方法を説明するための図である。横軸は
前段または後段の一方(第1)のマッハツェンダ干渉計
(例えば100A)の位相量であり、縦軸は他方(第
2)のマッハツェンダ干渉計(例えば100B)の位相
量である。黒丸印はマッハツェンダ干渉計(100A,
100B)を構成する光合分波器102の結合率が波長
1500nmで50%の場合、黒三角印はマッハツェン
ダ干渉計を構成する光合分波器102の結合率が波長1
400nmで50%の場合、黒四角印はマッハツェンダ
干渉計(100A,100B)を構成する光合分波器1
02の結合率が波長1600nmで50%の場合を示
す。また、それぞれプロットは波長依存性が最小となる
厳密解であり、曲線はそれぞれ二次関数による近似を示
す。厳密解を用いた位相制御方法は、光減衰量の波長依
存性を最小限にできる。
2段のマッハツェンダ干渉計100A,100Bのそれ
ぞれの位相量をメモリに記憶させ、ファームウェアなど
ソフト的な処理によりこの位相情報にのっとって制御す
る。
制御方法は、簡単なアナログ回路を用いることで、一方
の位相量に対して他方の位相量を二次関数近似として与
えることができる。次に、マッハツェンダ干渉計100
A,100Bを構成する光合分波器102の結合率が変
動する場合の位相制御方法について説明する。
に作製され、想定する動作波長域1400〜1600n
mのうち中心波長である1500nmで結合率50%を
満足する場合について考える。この場合、一方のマッハ
ツェンダ干渉計(例えば100A)の位相の増加に対し
て他方のマッハツェンダ干渉計(例えば100B)の位
相を図2に示したような二次関数で近似されるように減
少させる制御を行うことにより、波長依存性を最小限に
することができる。
00Bを構成する光合分波器102の結合率が作製誤差
によってずれることを考える。例えば、結合率50%と
なる波長が1400nm、あるいは、1600nmにず
れた場合において、図2に示す黒三角印、あるいは、黒
四角印で示したような二次関数で近似される制御を行う
ことにより、波長依存性を最小限にすることができる。
このことは、位相制御回路104A,104Bの設定を
調整することによって、可変光減衰器の作製誤差を許容
できることを示しており、可変光減衰器の製造における
歩留まり向上に大きな効果がある。
計100A,100Bを2段直列に連結し、一方のマッ
ハツェンダ干渉計(例えば100B)の位相を、他方の
マッハツェンダ干渉計(例えば100A)の位相の二次
関数で制御した場合の光減衰量のスペクトルのシミュレ
ーションを図3に示す。なお、参考までに、従来の1段
のマッハツェンダ干渉計(図9)を用いた場合の光減衰
量の波長依存性を細線で示す。前記図3から、本実施形
態1の可変光減衰器の波長依存性は、減衰量10dBに
おいて0.5dB以内に抑制されている。これは、従来
の1段のマッハツェンダ干渉計の場合、減衰量10dB
において波長依存性が4dB程度であったことから、約
1/8に抑制されていることがわかる。従って、位相制
御方法を二次関数で近似したにも係わらず、光減衰量の
波長依存性を効果的に低減できることが明らかとなっ
た。このように、本実施形態1の可変光減衰器は、広波
長域において波長依存性の少ない光減衰特性を実現でき
ることが判明し、広帯域波長多重通信への適用に有効な
光減衰器であると結論できる。
干渉計100Aの位相調整器104Aの位相に対して、
後段のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調整器10
4Bの位相を二次関数として与えたが、逆の場合、つま
り、後段のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調整器
104Bの位相に対して、前段のマッハツェンダ干渉計
100Aの位相調整器104Aの位相を二次関数として
与えても同様な効果が得られることは自明である。ま
た、位相調整器としては、石英系光導波路の場合金属薄
膜ヒータが一般的であり、ヒータの位置は対称型マッハ
ツェンダ干渉計の2つのアーム光導波路103のどちら
に設けても良い。
形態2の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。
本実施形態2の可変光減衰器は、図4に示すように、前
記図1に示す実施形態1の2つの対称型マッハツェンダ
干渉計100A,100Bのうち一方を非対称型マッハ
ツェンダ干渉計100Cとし、あらかじめ2πの位相量
を設けておくものである。前記一方(第1)のマッハツ
ェンダ干渉計100Aは対称型であり、2本のアーム光
導波路103の長さを等しくし、他方(第2)のマッハ
ツェンダ干渉計100Cは非対称型であり、2本のアー
ム導波路103の長さを光路長差として2π分異なるも
のとしたものである。位相2πを実際の導波路長に換算
すると、例えば、屈折率1.45程度である石英系ガラ
スを光導波路の材料とし、動作波長1550nm帯を想
定した場合、2本のアーム光導波路103A,103B
の長さの差は約1034nmとなる。さらに、非対称型
マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整器104Cは
短いアーム光導波路103Aに設ける。これは、一般的
に位相調整器は、駆動電気信号強度に対して屈折率が上
昇するものであるためであり、あらかじめ非対称構成で
2π設けた位相差を位相調整器で減少させる動作を実現
するためである。例えば、石英系光導波路では、ヒータ
を位相調整器として用い、ヒータを短い側のアーム光導
波路103Aに搭載することにより、駆動電力の上昇に
伴い非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相は減
少する。
うに、主出力光導波路105に光分岐器106を設け、
分岐光をフォトディテクタ107でモニタし、フィード
バック制御回路108でフィードバック制御することに
より、ALC機能を実現することも可能となっている。
ための位相制御方法を説明するための図である。横軸は
対称型マッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器10
4Aの位相調整量であり、縦軸は非対称型マッハツェン
ダ干渉計100Cの位相調整器104Cの位相調整量で
ある。また、黒丸印はマッハツェンダ干渉計を構成する
光合分波器の結合率が波長1500nmで50%の場
合、黒三角印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分
波器の結合率が波長1400nmで50%の場合、黒四
角印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器の結
合率が波長1600nmで50%の場合を示す。さら
に、それぞれのプロットは波長依存性が最小となる厳密
解であり、曲線はそれぞれ二次関数による近似を示す。
厳密解を用いた位相制御方法は光減衰量の波長依存性を
最小限にできる。
2段のマッハツェンダ干渉計100A,100Cのそれ
ぞれの位相量をメモリに記憶させ、ファームウェアなど
ソフト的な処理によりこの位相情報にのっとって制御す
る。また、二次関数による近似解を用いた位相制御方法
は、簡単なアナログ回路を用いることにより、一方の位
相量に対して他方の位相量を二次関数近似として与える
ことができる。
び100Cを構成する合分波器104A及び104Bの
結合率が変動する場合の位相制御方法について説明す
る。
に作製され、想定する動作波長域1400nm〜160
0nmのうち中心波長である1500nmで結合率50
%を満足する場合について考える。この場合、対称型マ
ッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位
相調整量の増加に対して、非対称型マッハツェンダ干渉
計100Cの位相調整器104Cの位相調整量を図2に
示したような厳密解、あるいは、二次関数で近似される
ように増加させる制御を行うことにより、波長依存性を
最小限にすることができる。これは、図4に示す位相調
整器104Cの位相調整量IIが図2に示した位相量IIを
2πから引いた値となっており、可変光減衰器上で、あ
らかじめ非対称構成で2πの位相量を設けこれに対し図
5の位相調整量IIを加えることにより、非対称型マッハ
ツェンダ干渉計100Cの位相調整量は、図2に示した
位相量IIと等価になるためである。
合分波器102の結合率が作製誤差によってずれること
を考える。例えば、結合率50%となる波長が1400
nm、あるいは、1600nmにずれた場合において、
図2に示す黒三角印、あるいは、黒四角印で示したよう
な二次関数で近似される制御を行うことにより、波長依
存性を最小限にすることができる。このことは、前記実
施形態1と同様に、位相中整器104Cの設定を調整す
ることによって、可変光減衰器の作製誤差を許容できる
ことを示しており、可変光減衰器の製造において、歩留
まり向上に大きな効果がある。
ンダ干渉計100Aと非対称型マッハツェンダ干渉計1
00Cを組み合わせた可変光減衰器の光減衰量の波長依
存性は図3に示すものとなり、本実施形態2の可変光減
衰器は、図1に示した可変光減衰器の構成と等価であ
る。さらに、本実施形態2の可変光減衰器の構成は、図
1に示した可変光減衰器の構成に比べて低消費電力化に
有効である。これは、図5と図2の位相IIを比べれば明
らかである。つまり、図1の構成では、図2より位相II
がπから2πであるのに対し、図4構成では、図5より
位相調整量IIが0からπと小さい。それ故に、位相調整
器(104B,100C)の消費電力を抑制することが
できるという効果を有する。つまり、本実施形態2の可
変光減衰器は、前記実施形態1と同様に、二次関数によ
る近似を用いたにもかかわらず、光減衰量の波長依存性
を効果的に抑制できることが明らかとなった。
光減衰器は、広帯域において波長依存性の少ない光減衰
特性を実現できることが判明し、広帯域波長多重通信に
おいて有効な光減衰器であると結論できる。
干渉計100Aを対称型、後段のマッハツェンダ干渉計
100Cを非対称型としたが、逆に、前段のマッハツェ
ンダ干渉計100Aを非対称型、後段のマッハツェンダ
干渉計100Cを対称型としても同様な効果が得られる
ことは自明である。この場合、後段の対称型マッハツェ
ンダ干渉計100Cの位相調整器104Cの位相に対し
て、前段の非対称型マッハツェンダ干渉計100Aの位
相調整器104Aの位相を二次関数として与えることに
なる。また、位相調整器としては、石英系光導波路の場
合金属薄膜ヒータが一般的であり、対称型マッハツェン
ダ干渉計のヒータの位置はの2つのアーム導波路103
のどちらに設けても良い。
ツェンダ干渉計を2段連結した構成について具体的に述
べたが、一方、または、両方をバー型マッハツェンダ干
渉計としても、一方のマッハツェンダ干渉計の位相調整
器の位相量を他方のマッハツェンダ干渉計の位相調整器
の位相量の二次関数に近似して駆動することにより、同
様な効果が得られる。ただし、方向性結合器の結合率の
50%からのずれに対して光減衰量が影響を受けないク
ロス型マッハツェンダ干渉計を用いる方がより大きい光
減衰量を達成でき、効果的である。
形態3の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。
すように、前記図1に示す実施形態1の2つのマッハツ
ェンダ干渉計をY光分岐器102Aで構成されるマッハ
ツェンダ干渉計100A,100Bとしたものである。
本実施形態3の可変光減衰器は、光導波路を用いてお
り、1本の入力光導波路101と、1入力2出力である
Y分岐器102Aと、2入力1出力であるY分岐器10
2Bと、Y分岐器102Aの2本の出力光導波路とY分
岐器102Bの2本の入力導波路間を接続する2本のア
ーム光導波路103と、アーム光導波路103に設けら
れた位相調整器104A,104Bと、1本の出力導波
路105から構成されるマッハツェンダ干渉計100
A,100Bの2個から構成され、第1及び第2のマッ
ハツェンダ干渉計100A,100Bを縦列に連結して
構成する。ここで、2つのマッハツェンダ干渉計100
A,100Bは、対称型であり、2本のアーム光導波路
103の長さは等しいとする。さらに、回路構成とし
て、図6に示すように、出力端に分岐回路106を設
け、分岐光をフォトディテクタ107でモニタし、フィ
ードバック制御回路108でフィードバック制御するこ
とにより、ALC機能を実現することも可能となってい
る。
形態1で説明したとおり、一方のマッハツェンダ干渉計
100Aの位相調整器104Aの位相調整量Iの増加に
対して、他方のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調
整器104Bの位相調整量IIを二次関数で近似されるよ
うに制御することにより、図3に示すように、光減衰量
の波長依存性を最小限にすることができる。さらに、前
記実施形態2で説明したような対称型マッハツェンダ干
渉計と非対称型マッハツェンダ干渉計を組み合わせた場
合も波長依存性を低減できることは自明である。
光減衰器は、広帯域において波長依存性の少ない光減衰
特性を実現できることが判明し広帯域波長多重通信にお
いて有効な光減衰器である。
減衰器は、導波路型光部品一般に適用可能な回路構成で
ある。ここで、本実施形態3の可変光減衰器の回路構成
を低損失性に優れた石英系光導波路に用いることは好適
である。また、石英系光導波路の位相調整器としては、
前記実施形態で述べたようにヒータ加熱による熱光学効
果を利用するのが良いが、他の手段、例えば電気光学効
果を用いることも可能である。また、光導波路の材料と
して石英系ガラス以外、多成分ガラス、リチウムナイオ
ベート、高分子ポリマーを用い、位相調整機構として電
気光学効果や熱光学効果を用いることもできる。また、
マッハツェンダ干渉計を構成する2つの合分光波回路は
方向性結合器以外にMMIカップラを用いることができ
る。
め、フォトディタクタを導波路基板にハイブリッド集積
することは効果的である。
段のマッハツェンダ干渉計にあらかじめ設定する位相量
を2π以下とすることが望ましい。これは、あらかじめ
設定する位相量を2π以下と小さくすることによって、
図9に示した一段のマッハツェンダ干渉計を可変光減衰
器に用いた場合の光減衰量の波長依存性を小さくでき、
その結果、2段のマッハツェンダ干渉計を通過した光強
度の波長依存性を最小にできるからである。
による可変光減衰器を用いた光増幅器の制御の一例を示
す。光増幅器の概略構成を図7に示す。本実施形態4の
光増幅器201は、利得一定制御(AGC)光増幅器に
おいて、入力信号の光強度に変動がある場合出力信号光
強度を一定にするための構成であり、AGC光増幅器2
01の後段に本発明の可変光減衰器を用いた自動レベル
制御装置(ALC)200を配置する。本光増幅器20
1の動作を簡単に説明する。AGC光増幅器201のA
GC動作により入力信号光は一定の利得で増幅される。
ここで、AGC光増幅器201を入力信号光強度が異な
る状況に適応させる場合、入力信号光強度に応じて出力
信号強度が変化する。ここで、本発明の可変光減衰器を
用いたALC200をAGC光増幅器201の後段に配
置し、出力光強度を一定となるよう制御する。
の後段にALC200を配置したが、AGC光増幅器2
01の前段にALC200を配置する構成、或いは、2
段のAGC光増幅器の間にALC200を配置する構成
が考えられる。AGC光増幅器201としては、従来、
EDFAが一般的であったが、この他に、EDFAとG
SEDFAを組み合わせた光増幅器やラマン増幅器等広
帯域光増幅器にAGCを施す場合に適用することが有効
である。これは、増幅帯域が広帯域になるほど本発明の
ALC200の特徴である波長依存性の小さい光減衰特
性を活かせるためである。
Cは、AGC光増幅器201と組み合わせることによ
り、入力信号光強度が変動するような場合でも出力信号
光強度を一定に制御することが可能となり、広帯域光増
幅器への応用として重要である。
光減衰器を用いた光通信装置の実施形態5の概略構成を
示す模式図である。本実施形態5の光通信装置は、異な
る波長の光信号を発生するN個の光送信器301、Nx
1光合波器302、本発明の可変光減衰器を用いた自動
レベル調整装置(ALC)303から構成される光信号
送信装置LTと、1xN光分波器304とN個の光受信
器305から構成される光信号受信装置LRと、前記光
信号送信装置LTと光信号受信装置LRの間に配置され
る伝送用光ファイバ線路306と、光増幅器307とか
ら構成される。ここで、必要に応じて、光信号送信装置
LTのうちNx1光合波器と自動レベル調整装置303
の間または自動レベル調整装置303の後段、及び光信
号受信装置LRのうち1xN光分波器304の前段に光
増幅器307が配置される。本発明の可変光減衰器は、
波長依存性が小さいことから、伝送用ファイバ線路30
6へ入力する広帯域な波長分割信号の光強度を一括して
制御できる。これより、可変光減衰器を複数台用いる必
要がない。
の光受信器305で受信される信号の符号誤り率が最小
となるよう可変光減衰器の減衰量を制御する。このよう
なフィードバック制御を行うと、例えば、本実施形態5
の光通信装置を新たに設置し通信を開始するような場合
に、光ファイバ線路306への信号光強度が最適になる
ように受信器の誤り率を測定しながら調整することがで
き、通信開始時における通信の信頼性を確保することが
できる。
を増設あるいは撤去するような場合、波長数の変化に応
じて最適な光ファイバ線路306への信号光強度を決定
することができる。これにより、装置の動作を停止する
ことなく波長数の増減に対応できるという、いわゆる、
自立的な光通信装置を提供することができる。
分波器として用いるアレー導波路型回折格子と集積化す
ることも有効である。
器は、200nmに及ぶ広波長域で波長依存性のない光
減衰特性を達成できることから、広帯域な波長分割多重
方式を用いた光通信システムにおいて、波長分割多重信
号光強度を一括して制御するような適用領域において威
力を発揮する。
波長域200nmにも及ぶ広帯域領域において、波長依
存性の小さい光減衰特性を実現することができる。ま
た、小型・集積化が可能な光導波を用いるので、2段の
マッハツェンダ干渉計を組み合わせる簡易な回路構成で
小型化することができる。また、干渉計の位相制御は、
一方の位相を他方の位相の二次関数で与える制御回路を
用いるので、制御精度を高くすることができる。また、
マッハツェンダ干渉計を構成する光合分波回路の作製誤
差に対して、制御回路の設定を調整することのみで対応
可能であることから、歩留まり高く製造することができ
る。
た自動レベル制御装置の概略構成を示す模式図である。
ェンダ干渉計の位相制御方法を説明するための図であ
る。
レーションを示す図である。
た自動レベル制御装置の概略構成を示す模式図である。
ェンダ干渉計の位相制御方法を説明するための図であ
る。
の概略構成を示す模式図である。
を用いた光増幅器の概略構成を示す模式図である。
を用いた光通信装置の概略構成を示す模式図である。
ある。
略構成を示す模式図である。
00B…対称型マッハツェンダ干渉計、100C…非対
称型マッハツェンダ干渉計、101…入力光導波路、1
1,102…光合分波器、12,103…アーム光導波
路、13,104A,104B,104C…位相調整
器、105…出力光導波路、106…分岐器、107…
フォトディテクタ、108…フィードバック制御回路、
109…位相調整量IIを位相調整量Iに対して二次関数
で与える制御回路、200,303…自動レベル調整装
置(ALC)、201…AGC光増幅器、301…光送
信器、302…Nx1光合波器、303…自動レベル調
整装置(ALC)、304…1xN光分波器、305…
光受信器、306…伝送用光ファイバ線路、307…光
増幅器。
Claims (14)
- 【請求項1】 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列
接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を
調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変
光減衰方法であって、前記信号光が前記第1の光干渉計
を通過する際の位相差を調整したのち、前記信号光の中
心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分
量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との
和が零となるように、前記信号光が前記第2の光干渉計
を通過する際の位相差を調整することを特徴とする可変
光減衰方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の可変光減衰方法におい
て、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入
力端と、該入力端に斜めに対向する出力端を用いるクロ
ス型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする
可変光減衰方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の可変光減衰方法におい
て、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入
力端と、該入力端に平行に向かい合う出力端を用いるバ
ー型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする
可変光減衰方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の可変光減衰方法におい
て、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方を
クロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マッ
ハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減
衰方法。 - 【請求項5】 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列
接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を
調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変
光減衰方法であって、前記信号光が前記第1の光干渉計
を通過する際の位相差を調整したのち、前記信号光の中
心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分
量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との
和が零となるように、前記信号光が前記第1光干渉計を
通過する際の第1の位相差と前記第2の光干渉計とを通
過する際の第2の位相差の関係を、前記第2の位相差が
前記第1の位相差の二次関数として近似し、前記第1の
位相差を調整したのち、前記二次関数から一義的に求め
た前記第2の位相差に調整することを特徴とする可変光
減衰方法。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のうちいずれか1項に記
載の可変光減衰方法において、前記位相差は2π以内で
あることを特徴とする可変光減衰方法。 - 【請求項7】 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列
接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を
調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変
光減衰器であって、前記信号光が前記第1の光干渉計を
通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手段
と、該第1の位相差調整手段により位相差を調整したの
ち、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透
過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強
度の波長微分量との和が零となるように、前記信号光が
前記第2の光干渉計を通過する際の位相差を調整する第
2の位相差調整手段を備えたことを特徴とする可変光減
衰器。 - 【請求項8】 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列
接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を
調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変
光減衰器であって、前記信号光が前記第1の光干渉計を
通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手段
と、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透
過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強
度の波長微分量との和が零となるように、前記信号光が
前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前記
第2の光干渉計とを通過する際の第2の位相差の関係
を、前記第2の位相差が前記第1の位相差の二次関数と
して近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記二
次関数から一義的に求めた前記第2の位相差に調整する
第2の位相調整手段を備えたことを特徴とする可変光減
衰器。 - 【請求項9】 請求項7または8に記載の可変光減衰器
において、前記位相差は2π以内であることを特徴とす
る可変光減衰器。 - 【請求項10】 請求項7乃至9のうちいずれか1項に
記載の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率
の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低
いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成さ
れる、2本の入力光導波路と、2入力2出力である2つ
の光合分波器と、該光合分波器の光分波器の2本の出力
光導波路と光合波器の2本の入力光導波路を接続する2
本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けられた
位相調整器と、2本の出力光導波路から構成されるマッ
ハツェンダ干渉計であることを特徴とする可変光減衰
器。 - 【請求項11】 請求項7乃至9のうちいずれか1項に
記載の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率
の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低
いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成さ
れる、1本の入力光導波路と、1入力2出力であるY分
岐器と、2入力1出力であるY分岐器と、前記Y分岐器
の2本の出力光導波路と2本の入力光導波路間を接続す
る2本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けら
れた位相調整器と、1本の出力光導波路から構成される
マッハツェンダ干渉計であることを特徴とする可変光減
衰器。 - 【請求項12】 請求項10に記載の可変光減衰器にお
いて、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路
を入力端とし、入力端に斜めに対向する出力光導波路を
出力端とするクロス型マッハツェンダ干渉計で構成する
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 【請求項13】 請求項10に記載の可変光減衰器にお
いて、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路
を入力端とし、入力端に平行に向かい合う出力光導波路
を出力端とするバー型マッハツェンダ干渉計で構成する
ことを特徴とする可変光減衰器。 - 【請求項14】 請求項10に記載の可変光減衰器にお
いて、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方
をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マ
ッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光
減衰器。
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