JP2005292248A - Optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号の伝送に使用する光デバイスに係わり、特に光信号の伝送時に発生する波長分散を補償するための波長分散補償器や光の透過特性を変える光フィルタのように光信号の周波数特性を変化させる光デバイスに関する。 The present invention relates to an optical device used for transmitting an optical signal, and in particular, an optical signal such as a chromatic dispersion compensator for compensating for chromatic dispersion generated during transmission of an optical signal or an optical filter for changing light transmission characteristics. The present invention relates to an optical device that changes frequency characteristics.
インターネット等の通信技術を使用するＩＴ（Information Technology）社会の到来により、光ファイバを使用した高速光伝送網の構築が急務とされている。 With the arrival of an IT (Information Technology) society that uses communication technologies such as the Internet, construction of a high-speed optical transmission network using optical fibers is urgently required.
ディジタル信号は、信号“０”と信号“１”の２種類の値で表わされるのが通常である。光伝送技術では、これらのディジタル信号を伝送するための複数の伝送フォーマットを用意している。波長多重通信（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）では、光強度の有無により信号情報を表わしている。高速な光伝送あるいは長距離の光伝送では、光ファイバ等のデバイスを光信号が通過する際に光パルスの幅が広がったり、パルス波形が歪むといった現象が顕著に発生することになる。この結果として、そのような光信号を使用した信号処理系で信号のビットエラーが増大する。 The digital signal is usually represented by two types of values, a signal “0” and a signal “1”. In the optical transmission technology, a plurality of transmission formats for transmitting these digital signals are prepared. In wavelength division multiplexing (WDM), signal information is represented by the presence or absence of light intensity. In high-speed optical transmission or long-distance optical transmission, when an optical signal passes through a device such as an optical fiber, a phenomenon that the width of an optical pulse widens or the pulse waveform is distorted significantly occurs. As a result, signal bit errors increase in signal processing systems using such optical signals.
そこで、光ファイバを用いた伝送路の一部に波長分散補償器としての分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensated Fiber）を配置し、光の分散を高精度に補償する第１の提案が行われている（たとえば特許文献１参照）。この第１の提案では、光ファイバのコア部およびクラッド部の屈折率分布を適時最適化することにより所望の波長分散特性をもつ分散補償光ファイバを実現している。 Therefore, a first proposal has been made in which a dispersion compensating fiber (DCF: Dispersion Compensated Fiber) as a chromatic dispersion compensator is arranged in a part of a transmission line using an optical fiber to compensate for dispersion of light with high accuracy. (For example, refer to Patent Document 1). In this first proposal, a dispersion-compensating optical fiber having a desired wavelength dispersion characteristic is realized by optimizing the refractive index distribution of the core portion and the cladding portion of the optical fiber in a timely manner.
しかしながら、この提案の波長分散補償器は、分散補償ファイバで構成されているため、分散補償に必要な長さが数キロメートルにもなる。また、異なった波長のそれぞれについて分散量が異なる場合には、波長ごとに分散補償ファイバを用意する必要があるので、全体的な波長分散補償器のサイズが大型化するという問題があった。 However, since the proposed chromatic dispersion compensator is composed of a dispersion compensating fiber, the length required for dispersion compensation is several kilometers. In addition, when the amount of dispersion is different for each of different wavelengths, it is necessary to prepare a dispersion compensating fiber for each wavelength, which causes a problem that the overall size of the chromatic dispersion compensator increases.
そこで、波長分散補償器をファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ：Fiber Bragg Grating）と、分散補償ファイバおよび光サーキュレータによって構成することが第２の提案として提案されている（たとえば特許文献２参照）。この第２の提案では、波長多重信号光に対して、異なるピッチを有する複数のファイバ・ブラッグ・グレーティングとその間に分散補償ファイバを配置することで、多波長に対して同時に波長分散補償を行うことができる。 Therefore, a second proposal has been proposed in which a chromatic dispersion compensator is configured by a fiber Bragg grating (FBG), a dispersion compensating fiber, and an optical circulator (see, for example, Patent Document 2). In this second proposal, a plurality of fiber Bragg gratings having different pitches and a dispersion compensating fiber are arranged between them with respect to the wavelength multiplexed signal light, thereby simultaneously performing chromatic dispersion compensation on multiple wavelengths. Can do.
しかしながら、これら第１および第２の提案の波長分散補償器は、共に分散補償特性を変更できない固定型の波長分散補償器を構成している。したがって、光信号を伝送する伝送路の経路が変更されたり、伝送路の途中に設けたデバイスが変更される等によって光の分散の様子が異なった場合には、分散特性を変更してこれに対処することができない。 However, both of the first and second proposed chromatic dispersion compensators constitute a fixed chromatic dispersion compensator in which the dispersion compensation characteristic cannot be changed. Therefore, if the state of light dispersion differs due to changes in the path of the transmission path for transmitting optical signals, or changes in devices provided in the middle of the transmission path, the dispersion characteristics are changed to this. It cannot be dealt with.
また、第１の提案によれば、通常の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）の伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ以下であるのに対して、分散補償ファイバの場合には伝送損失が１ｄＢ／ｋｍと比較的大きい。したがって、この伝送損失を補うために光増幅器等の増幅器を用いた光信号の増強が必要となり、光伝送システムが高価となるという問題があった。 According to the first proposal, the transmission loss of a normal single mode fiber (SMF) is 0.2 dB / km or less, whereas the transmission loss of a dispersion compensation fiber is used. Is relatively large at 1 dB / km. Therefore, in order to compensate for this transmission loss, it is necessary to reinforce the optical signal using an amplifier such as an optical amplifier, and there is a problem that the optical transmission system becomes expensive.
第２の提案の場合には、高価な光サーキュレータを使用しているので、波長分散補償器自体がコストアップしてしまうという問題がある。更に、第２の提案では、複数の光部品を接合して使用する構成となっている。したがって、これらの接合部分で光の伝搬損失が比較的大きくなる。そこで、光増幅器等の増幅手段を使用して光信号を増幅する必要があり、波長分散補償器全体のコストを押し上げるという問題があった。 In the case of the second proposal, since an expensive optical circulator is used, there is a problem that the chromatic dispersion compensator itself increases in cost. Further, in the second proposal, a plurality of optical components are joined and used. Therefore, the propagation loss of light is relatively large at these junctions. Therefore, it is necessary to amplify the optical signal using an amplifying means such as an optical amplifier, which raises the problem of raising the cost of the entire chromatic dispersion compensator.
そこで、光導波路に複数のヒータを配置し、これらのマイクロヒータの通電量を調整することで、光の分散補償量を変更することのできる分散補償器が提案されている（たとえば特許文献３参照）。この第３の提案を更に進展させ、光導波路上にマッハ・ツェンダ（ＭＺ）干渉計を用いたラティスフィルタからなる分散補償器を実現する第４の提案も行われている（たとえば非特許文献１参照）。 Therefore, a dispersion compensator has been proposed in which a plurality of heaters are arranged in an optical waveguide and the dispersion compensation amount of light can be changed by adjusting the energization amount of these micro heaters (see, for example, Patent Document 3). ). The third proposal has been further developed, and a fourth proposal for realizing a dispersion compensator comprising a lattice filter using a Mach-Zehnder (MZ) interferometer on an optical waveguide has been made (for example, Non-Patent Document 1). reference).
図１８は、この第４の提案による分散補償器の原理的な構成を表わしたものである。この分散補償器１０１は、対称マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）１０２1、１０２2、……と、非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……とを５０パーセントカプラ１０４1、１０４2、……を介して交互にカスケード接続した構造となっている。ここで、対称マッハツェンダ干渉計１０２1、１０２2、……を構成する上側導波路１０５には薄膜ヒータからなる光強度制御器１０６が配置され、非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……を構成する上側導波路１０７には同じく薄膜ヒータからなる光遅延器（ＤＬ：Delay line）１０８がそれぞれ配置されている。
FIG. 18 shows the principle configuration of the dispersion compensator according to the fourth proposal. The
この分散補償器１０１では、光強度制御器１０６への通電量を制御することで、上側導波路１０５と下側導波路１０９の２つの光路を伝搬する光強度の結合率を制御する。非対称マッハツェンダ干渉計１０３1、１０３2、……は位相調整に使用される。また、光遅延器１０８への通電量を制御することで、２つの光路を伝搬する光の遅延時間を制御して、波長ごとの結合の度合いによる波長分散補償が行われる。更に、基本的にはマッハツェンダ干渉計の位相差と分岐比を変化させることによりマッハツェンダ干渉計の数に応じた精度で任意のフィルタ特性を実現できることから、可変光イコライザへの応用もあり得る。
In this
しかしながら、この第４の提案では複数の薄膜ヒータを補償量に応じて個別制御するための電気回路が複雑となる。これにより、光通信システム全体の波長分散補償のための設備費用が高価となる。またラッチング機能が無いために、常に薄膜ヒータを通電し発熱させる必要がある。このため、システムが大きくなると電力消費のための費用もかなり必要になるという問題がある。また、停電時に薄膜ヒータへの電力供給が途絶えた場合に波長分散補償量が変動してしまう欠点がある。 However, in the fourth proposal, an electric circuit for individually controlling a plurality of thin film heaters according to the compensation amount becomes complicated. Thereby, the installation cost for the chromatic dispersion compensation of the entire optical communication system becomes expensive. In addition, since there is no latching function, it is necessary to energize the thin film heater to generate heat. For this reason, there is a problem that the cost for power consumption is considerably increased as the system becomes larger. In addition, there is a drawback that the amount of chromatic dispersion compensation varies when power supply to the thin film heater is interrupted during a power failure.
更に、第４の提案では、光導波路上に複数の干渉計を配置して光を伝搬させるので伝搬損失が大きくなる。たとえば、１００ＧＨｚ間隔の光伝送システムでは、６段のカスケード接続時に±１５０ｐｓ／ｎｍの波長分散補償量が確保できるものの、伝搬損失が４ｄＢ以上にもなり、制御すべき薄膜ヒータの個所は１２箇所以上となって制御が大変複雑となる。 Furthermore, in the fourth proposal, since a plurality of interferometers are arranged on the optical waveguide to propagate light, propagation loss increases. For example, in an optical transmission system with a 100 GHz interval, a chromatic dispersion compensation amount of ± 150 ps / nm can be secured when cascaded in 6 stages, but the propagation loss becomes 4 dB or more, and there are 12 or more thin film heaters to be controlled. Thus, the control becomes very complicated.
そこで、分散補償量を変更する場合以外は電力を特に消費しないような分散補償器として、波長分散素子を用いて分散補償器を構成した第５の提案（たとえば特許文献４参照）が行われている。 Therefore, a fifth proposal (see, for example, Patent Document 4) in which a dispersion compensator is configured using a chromatic dispersion element as a dispersion compensator that does not consume power except when the dispersion compensation amount is changed. Yes.
図１９は、この第５の提案の原理的な構成を表わしたものである。この第５の提案の分散補償器１２１は、光サーキュレータ１２２を経た光ファイバ１２３から射出される光をコリメータレンズ１２４によって平行光とし、ラインフォーカシングレンズ１２５によってＶＩＰＡ（Virtually Imaged Phased Array）ガラスプレート１２６に入射させる。ＶＩＰＡガラスプレート１２６は、薄板の両面に反射膜をコーティングした多重干渉板であり、その透過光はフォーカスレンズ１２７を経て３次元自由曲面ミラー１２８上に焦点を結び、反射されるようになっている。３次元自由曲面ミラー１２８は、Ｘ軸方向１２９とＹ軸方向１３０に移動自在となっている。このような構成の分散補償器１２１は、単一波長信号に対して、分散補償量の大きい可変型の分散補償機能を実現するようになっている。
しかしながら、第５の提案による分散補償器１２１は、伝搬損失が１０ｄＢ程度と比較的大きく、光増幅器等を用いて光信号を増強する必要がある。したがって、この分だけシステムが高価になる。また、３次元自由曲面ミラー１２８という特殊な非球面ミラーを用いるので、これもシステムを高価とする原因となる。更に、複数の光部品を精密に組立てて調整する必要がり、大量生産に適さないという問題がある。
However, the
以上、光ファイバを伝搬される光信号の波長分散を補償する波長分散補償器について説明したが、光信号の周波数特性を変更するための光フィルタ等の各種光デバイスについても構造が複雑あるいは価格が高価である等の各種の問題があった。 Although the chromatic dispersion compensator for compensating the chromatic dispersion of the optical signal propagating through the optical fiber has been described above, the structure of various optical devices such as an optical filter for changing the frequency characteristics of the optical signal is complicated or expensive. There were various problems such as being expensive.
そこで本発明の目的は、構造が簡単で各種の周波数特性を実現可能な光デバイスを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical device that has a simple structure and can realize various frequency characteristics.
本発明の他の目的は、構造が簡単で波長分散補償特性を調整することができ、しかも消費電力の低減が可能な光デバイスを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an optical device that has a simple structure, can adjust chromatic dispersion compensation characteristics, and can reduce power consumption.
請求項１記載の発明では、（イ）同一光源の光を所定の断面積の平行ビームとして出力する平行ビーム出力手段と、（ロ）この平行ビーム出力手段から出力される平行ビームを１つの光路に収束させるビーム収束手段と、（ハ）このビーム収束手段によって収束される前の平行ビームからなる全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板とを光デバイスに具備させる。 According to the first aspect of the present invention, (a) parallel beam output means for outputting the light of the same light source as a parallel beam having a predetermined cross-sectional area, and (b) a parallel beam output from the parallel beam output means as one optical path A beam converging means for converging, and (c) a parallel plate material that is inserted so as to cross a part of the total luminous flux composed of parallel beams before being converged by the beam converging means, and that itself transmits light. Alternatively, the optical device is provided with a plurality of parallel substrates.
すなわち請求項１記載の発明では、平行ビームからなる全光束の一部を、１または複数の平行基板が横切るように挿入され、これによる光の経路の違いによって、波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現させることにしている。 That is, according to the first aspect of the present invention, a part of the total luminous flux composed of parallel beams is inserted so that one or a plurality of parallel substrates cross, and a wavelength dispersion compensator, an optical filter, etc. The various optical devices will be realized.
請求項２記載の発明では、（イ）伝搬されてきた光を出射する第１のファイバと、（ロ）光を入射して伝搬する第２のファイバと、（ハ）第１のファイバから出射された光を平行ビームとする第１のレンズと、（ニ）この第１のレンズによって平行ビームとされた光を第２のファイバに光学的に結合させる第２のレンズと、（ホ）第１のレンズによって平行ビームとされ第２のレンズによって第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板とを光デバイスに具備させる。
In the invention described in
すなわち請求項２記載の発明では、第１のレンズ（コリメートレンズ）と第２のレンズ（集光レンズ）の間に存在する平行ビームにおける第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を、１または複数の平行基板が横切るように挿入され、これによる光の経路の違いによって、波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現させることにしている。なお、光は逆方向に進行可能なので、この場合には第２のレンズがコリメータレンズとなり、第１のレンズが集光レンズとなる。 That is, according to the second aspect of the present invention, one of the total luminous fluxes optically coupled to the second fiber in the parallel beam existing between the first lens (collimating lens) and the second lens (condensing lens). The part is inserted so that one or a plurality of parallel substrates cross each other, and various optical devices such as a wavelength dispersion compensator and an optical filter are realized by the difference in the light path. Since the light can travel in the reverse direction, in this case, the second lens is a collimator lens, and the first lens is a condenser lens.
このように本発明によれば、簡単な構成の光学系を使用して波長分散補償器や光フィルタ等の各種の光デバイスを実現することができる。しかも、平行基板を機械的に移動させることで特性を調整するようにすることができ、これにより電源を供給しないときのラッチング機能を実現することができるので、消費電力の低減を図ることができる。 As described above, according to the present invention, various optical devices such as a chromatic dispersion compensator and an optical filter can be realized by using an optical system having a simple configuration. In addition, the characteristics can be adjusted by mechanically moving the parallel substrate, thereby realizing a latching function when power is not supplied, thereby reducing power consumption. .
図１は、本発明の実施の形態における波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１は、入力側光ファイバ２０２と、この出力光を平行光とするコリメータレンズ２０３と、このコリメータレンズ２０３と所定の距離を置いて対向配置された集光レンズ２０４と、この集光レンズ２０４によって光学的に結合する出力側光ファイバ２０５とを備えている。コリメータレンズ２０３と集光レンズ２０４の間には、これらの間の空間ビームとしての平行ビーム通過領域２０６と交差するように、厚さｄで光周波数ｆ0における屈折率が“ｎ”である透明な第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mが、この平行ビームに対して挿入する量を調整可能な状態で配置されている。図示しない挿入量調整手段が、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mを平行ビーム通過領域２０６に挿入する量を調整できるようになっている。
FIG. 1 shows a configuration of a chromatic dispersion compensator according to an embodiment of the present invention. The
このような構成の波長分散補償器２０１では、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mを平行ビーム通過領域２０６にすべて挿入し、また挿入位置を異ならせることで、この平行ビーム通過領域２０６はｍ＋１個の領域に分割される。今、真空中での光の速度をｃとし、この波長分散補償器２０１が配置された空気の屈折率を“１”とする。このとき、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mのそれぞれによる平行ビーム通過領域２０６における光の遅延時間Ｔは、次の（１）式で与えられる。
In the
第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの存在によって、平行ビーム通過領域２０６では光の遅延時間Ｔの整数倍の遅延時間が生じた状態で出力側光ファイバ２０５に光が到達する。ただし、平行ビーム通過領域２０６に対する第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの挿入量が異なると、それぞれの部位でこの遅延量が異なってくる。
Due to the presence of the first to m-th
図２は、一例としての平行ビーム通過領域での光ビームの遅延量が異なる様子を表わしたものである。この図では、値“ｍ”が“４”の場合、すなわち第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4が平行ビーム通過領域２０６に挿入されている場合を示している。一般に、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの存在する平行ビーム通過領域２０６に入射する光量に対して遅延時間ｋＴ（ここで値“ｋ”は“０”から“ｍ”の間の整数）を持つ部分の光量の割合を“ａk”と表現することにする。ただし、すべての割合の和（ａ1＋ａ2＋……ａk”）は、値“１”である。
FIG. 2 shows a state in which the delay amount of the light beam is different in the parallel beam passing region as an example. This figure shows a case when the value "m" is "4", ie, the first to fourth
また、遅延時間ｋＴを持つ部分が入力側光ファイバ２０２を出て出力側光ファイバ２０５へ入力されるまでに生じる位相差をφkとする。位相差φkは、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mの光軸に対する傾き角により精密に調整可能である。
Also, let φ k be the phase difference that occurs before the portion having the delay time kT leaves the input side
図３は、図１に示した波長分散補償器の等価光回路を示したものである。波長分散補償器２０１の等価光回路では、入力される光２１１を第１の光分波器２１２を経て、図２に示した例では５種類の光遅延線２１３0〜２１３4に分波する。そして、そのまま透過させるか、遅延時間Ｔの整数倍の遅延を位相器２１４0〜２１４4で与えることによって、位相差φ0〜φ4を生じさせ、この後、合波器２１５によって合波して出力光２１６を得ることになる。
FIG. 3 shows an equivalent optical circuit of the chromatic dispersion compensator shown in FIG. In the equivalent optical circuit of the
このような波長分散補償器２０１で、光周波数ｆ0＋ｆでの伝達関数ｈ（ｆ）は次の（２）式のように表わされる。
With such a
ただし係数“ｂk”は、次の（３）式で表わされる。 However, the coefficient “b k ” is expressed by the following equation (3).
（２）式は、係数“ｂk”をインパルス列とみなしたときのフーリエ変換の関係式とまったく同じである。 Expression (2) is exactly the same as the relational expression of Fourier transform when the coefficient “b k ” is regarded as an impulse train.
図４は、本実施の形態における波長分散補償器と等価のトランスバーサルフィルタの回路構成を表わしたものである。このトランスバーサルフィルタあるいはＦＩＲ（Finite-duration Impulse Response）ディジタルフィルタは、入力２２１を遅延時間Ｔの遅延線２２２の直列回路に通すと共に、この直列回路の手前およびそれぞれの遅延線２２２を経た箇所で個別に乗算器２２３、……２２３に入力し、これらの出力を順次、加算器２２４で加算して出力２２５としたものである。
FIG. 4 shows a circuit configuration of a transversal filter equivalent to the chromatic dispersion compensator in the present embodiment. In this transversal filter or FIR (Finite-duration Impulse Response) digital filter, an
このような実施の形態の波長分散補償器２０１で（２）式における係数“ｂk”は、図４に示したトランスバーサルフィルタでのタップ係数に相当する。したがって、所望の伝達関数ｈ（ｆ）があったとき、必要な光量の分岐比と位相差を求める作業は、通常のＦＩＲディジタルフィルタの設計と同じであり、公知の設計手法から適宜好適なものを選べばよい。伝達関数ｈ（ｆ）は、通常の振幅特性を操作する光フィルタのようなもの、あるいは位相だけを操作する群速度分散補償器のようなものなどどのようなものでもよく、挿入する平行基板２０７の枚数に応じた精度で任意の振幅位相特性を実現することができる。
In the
図５は、１枚の平行基板を使用した波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１Ａで図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ａでは、第１の平行基板２０７1のみが平行ビーム通過領域２０６に挿入されている。平行ビームのうち第１の平行基板２０７1と交差している上側領域２３１と交差していない下側領域２３２とによって、２つの経路からなるマッハツェンダ干渉計を構成することが分かる。２つの経路間の光学長差ΔＬは、次の（４）式で表わすことができる。
FIG. 5 shows a configuration of a chromatic dispersion compensator using a single parallel substrate. In this
したがって、第１の平行基板２０７1による光ビームの交差量を制御することで、結合率すなわち、グループディレイを制御することができる。また、第１の平行基板２０７1の回転により位相調整を行うことができる。すなわち、第１の平行基板２０７1を光ビームの進行方向と直交する矢印２３４方向に移動すると、図１８で示した光強度制御器１０６と同様に結合率を調整することができる。また、矢印２３５で示すように、第１の平行基板２０７1が光ビームの進行方向とのなす角度を変化させると、図１８で示した光遅延器１０８と同様に光信号の遅延による位相調整を行うことができる。このように、図１８に示したラティスフィルタ型の波長分散補償器と等価回路を構成することができる。
Thus, by controlling the cross-amount of the light beam by the first
図６は、２枚の平行基板を使用した波長分散補償器の構成を表わしたものである。この波長分散補償器２０１Ｂで、図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ｂでは、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2が平行ビーム通過領域２０６にそれぞれ挿入されている。平行ビーム通過領域２０６における、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2が共通して挿入されている図で一番上の領域部分では、これらの平行基板の厚さの合計が２ｄとなり、第２の平行基板２０７2のみが挿入されている図で真ん中の領域部分でこの厚さはｄとなる。第１および第２の平行基板２０７1、２０７2のいずれも挿入されていない図で一番下の領域部分における平行基板の厚さは“０”である。
FIG. 6 shows a configuration of a wavelength dispersion compensator using two parallel substrates. In this chromatic dispersion compensator 201B, the same parts as those of the
今、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2によって３つに分岐された光パワーの分岐比を次の（５）で表わすものとする。また、位相遅延をそれぞれπ／２、０、π／２とする。
Now, the branching ratio of the optical power branched into three by the first and second
χがａに等しいこの場合、この波長分散補償器２０１Ｂの波長分散量Ｄは、中心波長付近で次の（６）式で与えられる。 In this case where χ is equal to a, the chromatic dispersion amount D of the chromatic dispersion compensator 201B is given by the following equation (6) near the center wavelength.
図６に示した波長分散補償器２０１Ｂは、図１８に示した鈴木らによる光導波路構成のラティスフィルタ型波長分散補償器と等価回路を形成することができる。更に図６に示した波長分散補償器２０１Ｂの場合には、偏波依存性は極めて小さい。したがって、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の両面に減反射（ＡＲ）コーティングを施せば、伝搬損失についても、従来例に比して格段に低損失な特性を得ることができる。
The chromatic dispersion compensator 201B shown in FIG. 6 can form an equivalent circuit with the lattice filter type chromatic dispersion compensator having an optical waveguide structure shown by Suzuki et al. Shown in FIG. Furthermore, in the case of the chromatic dispersion compensator 201B shown in FIG. 6, the polarization dependence is extremely small. Therefore, if the antireflection (AR) coating is applied to both surfaces of the first and second
また、伝達関数ｈ（ｆ）としては、振幅特性を操作するようなフィルタが実現可能である。係数を工夫すれば全く分散のないフィルタも構成することができる。たとえば、係数“ｂk”と係数“−ｂk”が等しくなるように、これらの係数を対称とし、位相遅延を“０”とする。すると伝達関数は次の（７）式で表わされる。 Further, as the transfer function h (f), a filter that manipulates the amplitude characteristic can be realized. If the coefficient is devised, a filter having no dispersion can be formed. For example, as the coefficient "b k" and coefficient "-b k" are equal, these coefficients were symmetrical, and the phase delay "0". Then, the transfer function is expressed by the following equation (7).
ここで係数“ｂk”はすべて実数である。したがって、伝達関数ｈ（ｆ）は虚部を持たず、群遅延分散は常に零である。また、１／Ｔを自由スペクトルレンジ(free spectrum range：FSR)とした周期的な透過スペクトルを持つ。更に、“ｆ＝０”または自由スペクトルレンジの整数倍のところで常に透過率が“１”になる。各係数の大きさを調整することにより、平行基板２０７の枚数に応じた精度において任意の振幅および位相特性を実現することができる。
Here, the coefficients “b k ” are all real numbers. Therefore, the transfer function h (f) has no imaginary part, and the group delay dispersion is always zero. In addition, it has a periodic transmission spectrum in which 1 / T is a free spectrum range (FSR). Further, the transmittance is always “1” at “f = 0” or an integer multiple of the free spectral range. By adjusting the size of each coefficient, arbitrary amplitude and phase characteristics can be realized with accuracy according to the number of
以上の説明の前提として、第１〜第ｍの平行基板２０７1〜２０７mはすべて等しい厚さｄのものであるとしたが、これに限るものではない。たとえば自由スペクトルレンジごとの周期性的な特性を利用する必要がない場合には、これらの厚さを適宜変更してもよい。また、これらの平行基板２０７1〜２０７mの厚さが互いに整数倍の関係にある必要もない。
As a premise of the above description, the first to m-th
次に、図６に示した第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を用いた波長分散補償器２０１Ｂを具体化したものを、第１の実施例として更に詳細に説明する。この波長分散補償器２０１Ｂの構成は、“ｂ-1”、“ｂ0”および“ｂ+1”の３つの係数からなる図４に示したトランスバーサルフィルタと同じである。ここで、各係数は図６の波長分散補償器２０１Ｂにおける遅延時間と次の表の対応関係にある。
Next, a specific embodiment of the chromatic dispersion compensator 201B using the first and second
ここで係数“ｂk”の絶対値が光量の割合を、また偏角が位相遅延を表わしている。 Here, the absolute value of the coefficient “b k ” represents the ratio of the amount of light, and the deflection angle represents the phase delay.
ところで、理想的な分散補償器の周波数応答は、次の（８）式で表わされる。 By the way, the frequency response of an ideal dispersion compensator is expressed by the following equation (8).
ここで値Ｄは、波長分散（群遅延分散）である。これを逆フーリエ変換することにより、次の（９）式で示すように目的とする波長分散補償器のインパルスレスポンスが求められる。 Here, the value D is chromatic dispersion (group delay dispersion). By subjecting this to inverse Fourier transform, the impulse response of the target chromatic dispersion compensator is obtained as shown in the following equation (9).
インパルス応答は値“ｋ”がマイナス無限大からプラス無限大までの無限の区間で非零であり、“ｋ＝０”に対して対称である。つまり、波長分散補償器の場合は、次の（１０）式の関係となる。 The impulse response has a non-zero value “k” in an infinite interval from minus infinity to plus infinity, and is symmetric with respect to “k = 0”. That is, in the case of the chromatic dispersion compensator, the relationship of the following equation (10) is established.
実際に実現できる分散補償器のインパルス応答は有限であるので、インパルス応答のうち、“ｋ＝０”の付近だけを近似することになる。 Since the impulse response of the dispersion compensator that can be actually realized is finite, only the vicinity of “k = 0” in the impulse response is approximated.
値Ｄがあまり大きくない場合は、“ｋ”の絶対値が“２”以上の成分が十分に小さくなる。したがって、図６に示したような第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を使用した波長分散補償器２０１Ｂで実用的な応答特性を実現することができる。“ｂ-1”、“ｂ0”および“ｂ+1”の３つの係数のそれぞれの絶対値の和は“１”であり、（１０）式より次の（１１）式が導かれる。
When the value D is not so large, components whose absolute value of “k” is “2” or more are sufficiently small. Therefore, practical response characteristics can be realized with the chromatic dispersion compensator 201B using the first and second
したがって、光量の分岐比をχとし、これが係数“ｂ＋１”の絶対値と等しいとき、光量の分岐比は、次の（１２）で表わす比となる。 Therefore, when the light quantity branching ratio is χ, which is equal to the absolute value of the coefficient “b + 1”, the light quantity branching ratio is a ratio expressed by the following (12).
設計の自由度は係数“ｂ-1”の偏角のみであるが、ここでは±９０度であり、±は分散の符号に対応する。すなわち、次の（１３）、（１４）式で示す関係が成立する。 The degree of design freedom is only the declination of the coefficient “b −1 ”, but here it is ± 90 degrees, and ± corresponds to the sign of variance. That is, the relationship shown by the following equations (13) and (14) is established.
図６に示した波長分散補償器２０１Ｂの周波数応答は、次の（１５）式で表わされる。 The frequency response of the chromatic dispersion compensator 201B shown in FIG. 6 is expressed by the following equation (15).
図７は、第１の実施例の遅延時間の周波数特性と、このときの挿入損失と群遅延特性を示したものである。同図（ａ）が波長分散補償器での規格化された群遅延特性を示しており、同図（ｂ）が伝搬損失特性を示している。分散値は、次の（１６）式で表わされる。 FIG. 7 shows the frequency characteristics of the delay time of the first embodiment, and the insertion loss and group delay characteristics at this time. FIG. 6A shows the standardized group delay characteristic in the chromatic dispersion compensator, and FIG. 6B shows the propagation loss characteristic. The variance value is expressed by the following equation (16).
光量の分岐比x、すなわち平行平板２０７とビームの交差部分を増減することにより分散量は可変となる。分岐比xを比較的大きくとっても挿入損失は低い。たとえば分岐比xが“０．２７”の場合でも３ｄＢ程度の損失で抑えることができる。多少、偏角を調整することにより帯域幅と分散量を調整することができる。
The amount of dispersion becomes variable by increasing or decreasing the branching ratio x of the light quantity, that is, the intersection of the
次に、分岐比と位相遅延量の調整法の一例について述べる。パワーの分岐比と位相遅延量の調整は第１および第２の平行基板２０７1、２０７2を１枚ずつ差し込むことにより行うことができる。たとえば、図６に示した波長分散補償器２０１Ｂで平行ビーム通過領域２０６に対する挿入量あるいは押し込み量が多い（ビームとの重なりが大きい）方の平行基板（たとえば第１の平行基板２０７1だけ）を押し込んだ場合の周波数応答は、次の（１７）式で表わされる。
Next, an example of a method for adjusting the branching ratio and the phase delay amount will be described. The power branching ratio and the phase delay amount can be adjusted by inserting the first and second
このとき、等化特性のピークは±１／（４Ｔ）のところにあり、最大透過点と最小透過点の強度比は次の（１８）で示す関係となる。 At this time, the peak of the equalization characteristic is at ± 1 / (4T), and the intensity ratio between the maximum transmission point and the minimum transmission point has the relationship shown by the following (18).
したがって、透過強度を測定し、強度のピーク位置を±１／（４Ｔ）に合わせて、透過特性のリプルの深さを“１／（１−２χ）2”に合わせることにより、周波数応答を精密に調整することができる。一般的には、位相遅延を位相差φkに調整するためには最大透過となる周波数が中心から“φk／２πＴ”だけずれるように調整すればよい。 Therefore, by measuring the transmission intensity, adjusting the intensity peak position to ± 1 / (4T), and adjusting the transmission characteristic ripple depth to “1 / (1-2χ) 2 ”, the frequency response is precise. Can be adjusted. In general, in order to adjust the phase delay to the phase difference φ k , it is only necessary to adjust so that the frequency at which the maximum transmission occurs is shifted from the center by “φ k / 2πT”.
図８は、図６に示した波長分散補償器の挿入損失と群遅延特性を示したものである。ここでは、平行ビーム通過領域２０６のビーム直径が３ｍｍである。この平行ビーム光学系で、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2は、これらの厚さｄが５ｍｍで、これらを構成する透明なガラス基板の屈折率ｎが１．５２のものを使用した。また、パワー分岐比ａは０．２７となるように調整した。これにより、波長分散量として４０ｐｓ／ｎｍが得られた。これは（１６）式で与えられる値とほぼ一致した。ちなみにこの分散量はシングルモードファイバを用いた場合の長さ２．５ｋｍに相当する。
FIG. 8 shows insertion loss and group delay characteristics of the chromatic dispersion compensator shown in FIG. Here, the beam diameter of the parallel
次に第２の実施例として４枚の平行基板を用いた波長分散補償器について説明する。 Next, a chromatic dispersion compensator using four parallel substrates will be described as a second embodiment.
図９は、本発明の第２の実施例における波長分散補償器を示したものである。この波長分散補償器２０１Ｃで図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。この波長分散補償器２０１Ｃでは、第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4が平行ビーム通過領域２０６に挿入されている。
FIG. 9 shows a chromatic dispersion compensator according to the second embodiment of the present invention. In this chromatic dispersion compensator 201C, the same parts as those of the
本実施例でも、図６で示した第１の実施例の波長分散補償器２０１Ｂの場合と同様に係数“ｂk”を対称にしている。具体的には（１９）式に示す関係となっている。 Also in this embodiment, the coefficient “b k ” is made symmetric as in the case of the chromatic dispersion compensator 201B of the first embodiment shown in FIG. Specifically, the relationship is shown in the equation (19).
一般に波長分散補償器２０１の設計指針は、振幅特性をできるだけ平坦にする場合、群遅延分散をできるだけ大きくする場合などいろいろと異なる。これらは、ＦＩＲディジタルフィルタの設計理論と全く同じであり、適宜好適な設計法を選ぶことができる。
In general, the design guidelines for the
図１０は、分散値を０．４Ｔ2と０．７２Ｔ2に設計した場合の分散補償器の群遅延特性と損失を示したものである。同図（ａ）は群遅延特性を示したもので、横軸は正規化周波数（ｆＴ0）を表わし、縦軸は正規化遅延時間（τ／Ｔ0）を表わしている。同図（ｂ）は損失を示したもので、横軸は正規化周波数（ｆＴ）を表わし、縦軸はデシベル（ｄＢ）表示で損失を表わしている。 FIG. 10 shows the group delay characteristic and loss of the dispersion compensator when the dispersion values are designed to be 0.4T 2 and 0.72T 2 . FIG. 4A shows the group delay characteristic, where the horizontal axis represents the normalized frequency (fT 0 ) and the vertical axis represents the normalized delay time (τ / T 0 ). FIG. 4B shows the loss, the horizontal axis represents the normalized frequency (fT), and the vertical axis represents the loss in decibels (dB).
この第２の実施例では第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4を使用することで、２枚の平行基板を用いる第１の実施例よりも大きな群遅延分散を採ることができる。数値例を挙げる。厚さ５ｍｍの透明基板を用い遅延時間Ｔを１０ｐｓにとると、図１０に示される特性の群遅延分散は、次の（２０）式で表わすようになる。
In the second embodiment, by using the first to fourth
次に第３の実施例として２枚の平行基板を用いた構成の分散フリー波長インターリーバについて説明する。 Next, a dispersion-free wavelength interleaver having a configuration using two parallel substrates will be described as a third embodiment.
図１１は、本発明の第３の実施例における分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。横軸は正規化周波数（ｆＴ）を表わし、縦軸はデシベル表示で透過率を表わしている。本実施例の分散フリー波長インターリーバは、図６に示した第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の傾きを調整することで光信号の遅延による位相調整を行い、分散のないフィルタを実現する。すなわち、第１および第２の平行基板２０７1、２０７2の光パワーの分岐比を（５）式で示した状態にすると共に、係数ｂを対称にして、位相遅延を“０”とする。すると次の（２１）式で示す伝達関数が得られる。
FIG. 11 shows the transmission characteristics of the dispersion-free wavelength interleaver in the third embodiment of the present invention. The horizontal axis represents normalized frequency (fT), and the vertical axis represents transmittance in decibel display. The dispersion-free wavelength interleaver of the present embodiment performs phase adjustment by delaying an optical signal by adjusting the inclinations of the first and second
群遅延分散は分岐比χの大きさにかかわらず零である。図１１は、分岐比χが０．２７のときの分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。光周波数ｆが次の（２２）式に示す値のとき、常に透過率が“１”となり、周期的に透過帯域を持つ。 The group delay dispersion is zero regardless of the magnitude of the branching ratio χ. FIG. 11 shows the transmission characteristics of the dispersion-free wavelength interleaver when the branching ratio χ is 0.27. When the optical frequency f is a value shown in the following equation (22), the transmittance is always “1” and has a transmission band periodically.
したがって、波長分割多重伝送システムで、密に配置された波長チャネルを偶数チャネルと奇数チャネルに分割するような波長インターリーバが構成されることになる。遅延時間Ｔを１０ｐｓとした場合、この装置は５０ＧＨｚあるいは１００ＧＨｚのインターリーバとして働き、３ｄＢ帯域幅は３５ＧＨｚ、遮断部の２０ｄＢ帯域幅が２７ＧＨｚとなる。 Therefore, in the wavelength division multiplexing transmission system, a wavelength interleaver is configured to divide densely arranged wavelength channels into even channels and odd channels. When the delay time T is 10 ps, this device works as a 50 GHz or 100 GHz interleaver, and the 3 dB bandwidth is 35 GHz, and the 20 dB bandwidth of the cutoff unit is 27 GHz.
図１２は、２枚の平行基板にＢＫ７を使用した場合の分散フリー波長インターリーバの透過特性を示したものである。第１および第２の平行基板２０７1、２０７2として共に厚さ５ｍｍのホウケイ酸クラウン光学ガラスとしてのＢＫ７を使用した。このときのＦＳＲは１１５ＧＨｚである。３ｄＢ帯域幅、２０ｄＢ遮断域幅の両方が理論値とよく一致している。
FIG. 12 shows the transmission characteristics of the dispersion-free wavelength interleaver when BK7 is used for two parallel substrates. As the first and second
図１３は、第３の実施例の応用例として４枚の平行基板を用いた分散フリー波長インターリーバの特性を示したものである。第１〜第４の平行基板２０７1〜２０７4を用いた場合の伝達関数は、次の（２３）式で表わすことができる。
FIG. 13 shows the characteristics of a dispersion-free wavelength interleaver using four parallel substrates as an application example of the third embodiment. The transfer function when the first to fourth
この図１３に示した例では、３ｄＢ帯域幅と２０ｄＢ遮断帯域幅の両方ができるだけ広くなるように、光量の一方の分岐比χ1を０．２７６に、また他方の分岐比χ2を０．０１７５とした。この特性を５０ＧＨｚあるいは１００ＧＨｚのインターリーバに当てはめた場合、３ｄＢ帯域幅は３１ＧＨｚに、また２０ｄＢ遮断帯域幅は３２ＧＨｚとなる。係数を変えることにより遮断減衰量を制御することができる。 In the example shown in FIG. 13, one branching ratio χ 1 of the light quantity is set to 0.276 and the other branching ratio χ 2 is set to 0.20 so that both the 3 dB bandwidth and the 20 dB cutoff bandwidth are as wide as possible. 0175. When this characteristic is applied to a 50 GHz or 100 GHz interleaver, the 3 dB bandwidth is 31 GHz and the 20 dB cutoff bandwidth is 32 GHz. By changing the coefficient, the cutoff attenuation can be controlled.
図１４は、４枚の平行基板を用いた分散フリー波長インターリーバの透過特性で遮断量を大きくなるように調整した場合を示したものである。この図で横軸は正規化周波数を、また縦軸は透過率をデシベルで表示したものである。この図に示すように４０ｄＢ近い減衰量を得ることも可能である。このときの３ｄＢ帯域幅は２５ＧＨｚである。 FIG. 14 shows a case where the cutoff amount is adjusted to be large by the transmission characteristics of the dispersion-free wavelength interleaver using four parallel substrates. In this figure, the horizontal axis represents normalized frequency, and the vertical axis represents transmittance in decibels. As shown in this figure, it is possible to obtain an attenuation amount close to 40 dB. The 3 dB bandwidth at this time is 25 GHz.
図１５は、本発明の第４の実施例としての利得等化器の構成を表わしたものである。この利得等化器４０１で、図１に示した波長分散補償器２０１と同一部分には同一の符号を付しており、これらの説明を適宜省略する。利得等化器４０１は、図示しないエルビウム添加光ファイバ増幅器用に使用されるものである。コリメータレンズ２０３と集光レンズ２０４の間の平行ビーム通過領域２０６には、厚さが０．１８ｍｍのガラス平板としての第１および第２の遅延板（Delay plate）４０７1、４０７2が光ビームの進行方向に垂直な面を形成する状態で互いに間隔を置いて移動自在に配置されている。このうち、第１の遅延板４０７1は、図示しない水平移動機構によって、矢印４１１で示す水平方向に移動自在となっている。また、第２の遅延板４０７2は、同じく図示しない垂直移動機構によって、矢印４１２で示す垂直方向に移動自在となっている。なお、これら第１および第２の遅延板４０７1、４０７2の移動方向がこれら２方向に限定されるものではない。
FIG. 15 shows the configuration of a gain equalizer as a fourth embodiment of the present invention. In this
すでに説明した第１〜第３の実施例では、スペクトル上での周期的な特性を光学デバイスに応用することにしていた。第４の実施例では、非常に薄いガラス板で構成される第１および第２の遅延板４０７1、４０７2を使用することで、広い波長範囲を一括して補償できるフィルタを構成している。これにより、コアに希土類元素のエルビウムイオンを添加したファイバを使用した光増幅器の利得を調整することができる。
In the first to third embodiments already described, the periodic characteristics on the spectrum are applied to the optical device. In the fourth embodiment, by using the first and
図１６は、このようなＥＤＦＡ（エルビウム・ドープ・ファイバ）利得等化器の透過特性の一例を示している。横軸は波長を示しており、縦軸は透過率を示している。 FIG. 16 shows an example of transmission characteristics of such an EDFA (erbium-doped fiber) gain equalizer. The horizontal axis indicates the wavelength, and the vertical axis indicates the transmittance.
図１７は、光ファイバ通信用のＣバンドと呼ばれる１．５５μｍ帯における第４の実施例の利得等化器の等化が行われる前後のＥＤＦＡについての利得スペクトルを表わしたものである。図１５に示した第１および第２の遅延板４０７1、４０７2の平行ビーム通過領域２０６における押し込み量と光ビームの進行方向に対する傾斜角を調整することで、図１７（ａ）に示した利得スペクトルを同図（ｂ）に示すように平坦化することができる。等化特性が対称にならないので、フィルタを構成する係数ｂk（（２）式参照）も対称にはなっていない。
FIG. 17 shows the gain spectrum of the EDFA before and after equalization of the gain equalizer of the fourth embodiment in the 1.55 μm band called C band for optical fiber communication. FIG. 17A shows the result of adjusting the push-in amount in the parallel
同図（ｂ）に示すように利得リプルが０．６ｄＢ以内に制御されている。本実施例では互いに厚さが等しい２枚の遅延板４０７1、４０７2を使用したが、厚さの異なるものを更に複数枚追加して使用することで、利得の平坦化を更に図ることができる。
As shown in FIG. 5B, the gain ripple is controlled within 0.6 dB. In this embodiment, the two
以上説明した実施例では、平行基板２０７を複数使用するとき、平行ビーム通過領域２０６内でこれらの平行基板２０７の間隔を開けて配置することにしたが、これらの一部についてあらかじめ平行基板２０７同士を貼り合せていてもよい。この場合に、これらの平行基板は互いに重なり合わない部分を有するようにしたり、予め一方の面に対して他方の面が所定の角度で傾斜しているようになっていてもよい。これにより、複数の平行基板２０７同士を予め所定の配置関係に保っておくことができる。もちろん、平行ビーム通過領域２０６に挿入される全部の平行基板２０７を一緒に貼り合せる必要はない。
In the embodiment described above, when a plurality of
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ 波長分散補償器
２０２ 入力側光ファイバ
２０３ コリメータレンズ
２０４ 集光レンズ
２０５ 出力側光ファイバ
２０６ 平行ビーム通過領域
２０７ 平行基板
４０１ 利得等化器
４０７ 遅延板
201, 201A, 201B
Claims (6)
この平行ビーム出力手段から出力される平行ビームを１つの光路に収束させるビーム収束手段と、
このビーム収束手段によって収束される前の平行ビームからなる全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板
とを具備することを特徴とする光デバイス。 Parallel beam output means for outputting light of the same light source as a parallel beam having a predetermined cross-sectional area;
Beam converging means for converging the parallel beam output from the parallel beam output means to one optical path;
It is inserted so as to cross a part of the total luminous flux composed of the parallel beam before being converged by the beam converging means, and itself comprises one or a plurality of parallel substrates composed of parallel plates that transmit light. Features optical device.
光を入射して伝搬する第２のファイバと、
前記第１のファイバから出射された光を平行ビームとする第１のレンズと、
この第１のレンズによって平行ビームとされた光を前記第２のファイバに光学的に結合させる第２のレンズと、
前記第１のレンズによって平行ビームとされ第２のレンズによって前記第２のファイバに光学的に結合される全光束の一部を横切るように挿入され、それ自体は光を透過させる平行な板材からなる１または複数の平行基板
とを具備することを特徴とする光デバイス。 A first fiber that emits the propagated light;
A second fiber that propagates light upon incidence;
A first lens that collimates the light emitted from the first fiber;
A second lens that optically couples the light that has been collimated by the first lens into the second fiber;
A parallel beam inserted by the first lens and inserted across a portion of the total luminous flux optically coupled to the second fiber by the second lens, itself from a parallel plate that transmits light. An optical device comprising one or more parallel substrates.
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| GB2442754A (en) * | 2006-10-10 | 2008-04-16 | Powerlase Ltd | Optical transmission apparatus and laser pulse duration expander |
| JP2012252134A (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-20 | Spectr Design Kk | Dispersion compensator of optical fiber and terahertz wave pulse generating/detecting device using the same |
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