JP3587679B2 - 利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器による出力利得を平坦化する利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムに関し、詳細には、利得平坦化素子として長周期ファイバグレーティング(LPG)を用いた利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
波長分割多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)伝送技術を用いる光ファイバ通信において、増幅波長特性が平坦で広帯域な光増幅器は重要なデバイスである。
【0003】
この光増幅器としてエルビウムドープ光ファイバ増幅器(EDFA:Erbium−Doped Fiber Amplifier)が多用されている。EDFAが利得をもつ1.55μm波長領域は、光ファイバの低損失領域と一致しているため、EDFAは長距離光通信における信号光(低損失領域の波長の光)の直接光増幅器として最適である。EDFAは、利得波長依存性があるため増幅波長特性は大きくうねる。したがって、EDFAの利得平坦化は最も重要な技術の一つとなっている。EDFAの利得平坦化技術としては、例えば以下に示す参考文献(文献1、文献2)に記載された方法がある。また、温度補償に関するものとしては参考文献(文献3、文献4)がある。
【0004】
文献1:”Options for gain−flattened erbium−doped fiber amplifiers”,P.F.Wysocki et.al.,OFC’97 Technical Digest,WF2
文献2:”Erbium−Doped Fiber Amplifiers Flattened Beyond 40 nm Using Long−Period Grating”,P.F.Wysocki et.al.,OFC’97 Technical Digest,PD2−1
文献3:特開平9−145941号公報
文献4:特公平5−503170号公報
EDFAの利得波長依存性を平坦化する方法として、利得波長依存性と逆の特性を持つ光フィルタ(利得等価器)を挿入して利得を平坦化する利得平坦化器が検討されている。一般的にEDFAの利得波長依存性と逆の特性を持つ光フィルタを構成するのに、3つのガウス分布光フィルタを用いて構成することが上記参考文献1に記載されている。
【0005】
また、そのガウス分布光フィルタとして長周期ファイバグレーティング(LPG:Long Period Grating)を用いる手法が上記参考文献2に記載されている。
【0006】
長周期ファイバグレーティング(LPG)は、上記参考文献3に記載されているように温度に敏感であるという問題を有する。つまり、長周期ファイバグレーティング(LPG)は、周囲の温度の変動によって、除去する光の中心波長がシフトしてしまう。よって、長周期ファイバグレーティング(LPG)を利得平坦化器に用いる場合は、中心波長のシフトを抑制するために温度補償を施す必要がある。この温度補償方法としては、上記参考文献4に開示されるような、ファイバの長手方向の歪みの変化に起因する中心波長の変化によって温度変化に起因する変化を実質的に補償するという方法がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の長周期ファイバグレーティング(LPG)を用いた利得平坦化器にあっては、以下のような問題点があった。
【0008】
すなわち、LPGは作製時の紫外線照射によるダメージの影響でLPGを形成した部分のファイバが脆いという特性を持っている。したがって、上記参考文献4に開示されるようなファイバの長手方向に歪みを与えるような温度補償方法を用いても、ファイバに対して十分な歪みを与えることができないため、温度補償範囲が狭くなるという問題点があった。
【0009】
また、EDFAの利得特性にはEDFAに用いられるエルビウムドープ光ファイバ(EDF:Erbium−Doped Fiber)の長さ依存性、ポンプ光強度依存性、信号光強度依存性があるため、EDFAの利得特性は一定ではない。したがって、EDFAに適用する利得平坦化器には透過特性を調整する機能を設ける必要がある。しかし、LPGを形成した部分のファイバが脆いという特性を持っているため、十分な歪みを加えることができず、LPGの中心波長の微調整も十分に行えず、透過特性の調整も十分に行えないという問題点があった。
【0010】
本発明は、長周期ファイバグレーティング(LPG)の温度変化を適切に補償することができ、除去する光の中心波長のシフトを抑制することができる利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【0011】
また、本発明は、LPG毎に中心波長の微調整を可能にして、透過波長の調整を行うことができる利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る利得平坦化器は、直列に接続された複数の長周期ファイバグレーティングと、前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれそれの近傍に設けられた複数の熱電効果素子と、前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更する手段とを備え、前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に調整可能としたことを特徴とする。
【0015】
上記熱電効果素子は、ペルチェ素子であってもよい。
【0016】
本発明に係る利得平坦化器を用いた光伝送システムは、エルビウムドープ光ファイバ増幅器を用いて光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項1又は2に記載の利得平坦化器を用いたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明に係る利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムは、WDM伝送技術を用いる光ファイバ通信システムに用いられるWDM光導波路(optical waveguide)に適用することができる。
【0018】
図1は本発明の実施形態に係る利得平坦化器のパッケージ構造を示す外観図、図2は図1のパッケージ内部の各構成要素の配置を示すA−A’矢視断面図である。
【0019】
図1及び図2において、1は金属あるいはセラミックからなるパッケージ、1bはピグテールの補強スリーブ、2は光ファイバからなるピグテールである。また、図2において、3は長周期ファイバグレーティング(LPG)であり、LPG3はそれぞれ独立した3種類のLPG3a,3b,3cから構成される。
【0020】
図3は上記3種類のLPG3a,3b,3cの透過特性を示す図である。この図に示すように、LPG3a,3b,3cは、利得波長に対する透過特性がそれぞれ異なる特性を持つ。また、図3の太実線は、これらLPG3a,3b,3cを合わせた透過特性を示す。
【0021】
図2に戻って、4はLPG3に接続されたシングルモードファイバであり、シングルモードファイバ4は、LPG3aとLPG3bの接続用のシングルモードファイバ4aと、LPG3bとLPG3cの接続用のシングルモードファイバ4bとを備える。したがって、各LPGは、LPG3a/シングルモードファイバ4a/LPG3b/シングルモードファイバ4b/LPG3cの配列で接続され、両端にピグテール2が接続された構成となっている。
【0022】
上記LPG3a,3b,3cは、金属あるいはセラミックからなるベース板5上に固着されており、LPG3aはベース板5a上に、LPG3bはべース板5b上に、LPG3cはベース板5c上にそれぞれ設置される。
【0023】
また、このベース板5a,5b,5cには、温度補償用のペルチェ素子6a,6b,6c(熱電効果素子)がそれぞれ設置される。ペルチェ素子6a,6b,6cは、ペルチェ(Peltier)効果により発熱または吸熱を行う素子であり、2種の金属接合部分に流す電流の向きにより発熱または吸熱を行う。ペルチェ素子6aはベース板5aに固定されたLPG3aの温度補償用素子であり、同様に、ペルチェ素子6bはLPG3b用、ペルチェ素子6cはLPG3c用の温度補償用素子である。
【0024】
各ペルチェ素子6a,6b,6cには、電源線が接続されておりそれぞれパッケージ1の外に引き出されてそれぞれの電源7a,7b,7cに接続される。
【0025】
また、各ベース板5a,5b,5cには、LPG3a,3b,3cの温度を検出するための温度検出素子(図示せず)がそれぞれ設置されている。この温度検出素子は、リード線を介してそれぞれパッケージ1の外に引き出されて温度コントローラ8a,8b,8cに接続される。
【0026】
すなわち、電源7aとベース板5aの温度検出素子のリード線は温度コントローラ8aに接続され、ベース板5bの温度検出素子のリード線と電源7bは温度コントローラ8bに接続され、ベース板5cの温度検出素子のリード線と電源7cは温度コントローラ8cに接続される。
【0027】
温度コントローラ8a,8b,8cは、温度検出素子からの温度情報を基に電源7a,7b,7cを制御してペルチェ素子6a,6b,6cの温度制御を行う。温度コントローラ8a,8b,8cは、電子回路等によりハード的に構成してもよいが、本実施形態ではCPUによる演算処理によりソフトウェアで実現している。また、各ペルチェ素子6a,6b,6cの温度を独立して制御できるものであれば温度コントローラは1つでもよい。
【0028】
本実施形態では、ペルチェ素子6a,6b,6cとして小松エレクトロニクス社製のKSML01011Gを3個用いた。また、シングルモードファイバ4にはコーニング社製のSMF−28を用いた。
【0029】
このように本実施形態では、LPG3a,3b,3c毎に温度補償用のペルチェ素子6a,6b,6cを設け、ペルチェ素子6a,6b,6c毎に個々に温度設定可能に構成している。
【0030】
以下、上述のように構成された利得平坦化器の作製方法を説明する。
【0031】
まず、各LPGをLPG3a/シングルモードファイバ4a/LPG3b/シングルモードファイバ4b/LPG3cの配列で融着接続する。さらに、この両端にピグテール2となる光ファイバを融着接続する。
【0032】
次いで、上記融着接続したLPG3をはめ込む図示しない溝が形成されたベース板5にLPG3をはめ込む。この時、LPG3aはベース板5aの溝に、LPG3bはベース板5bの溝に、LPG3cはベース板5cの溝に入るようにはめ込む。
【0033】
次いで、LPG3がはめ込まれたベース板5上にUV接着剤を塗布し、その上からそれぞれのベース板5毎に独立した図示しないガラス板で押さえ、その状態で紫外線を照射してUV接着剤を硬化させ、LPG3をベース板5に固定する。
【0034】
次いで、ペルチェ素子6を金属あるいはセラミックからなるパッケージ1底面に配置する。ペルチェ素子6a,6b,6cは、上記ベース板5a,5b,5cと同じ間隔で配置する。各ペルチェ素子6a,6b,6cの電源線はパッケージ1外へ引き出す。
【0035】
次いで、上記LPG3がはめ込まれたベース板5をペルチェ素子6上に配置して、パッケージ1に固定する。ベース板5a,5b,5cは、ペルチェ素子6a,6b,6c上に配置される。この時、ペルチェ素子6はベース板5とパッケージ1に挟み込まれることにより固定される。この構成によりパッケージ1はペルチェ素子6の放熱器として機能することになる。また、各ベース板5a,5b,5cから出ている温度検出素子のリード線はパッケージ1外へ引き出す。
【0036】
次いで、LPG3a,3cに接続した2つのピグテール2を補強スリーブ1bを通してパッケージ1外に引き出し、接着剤により固定する。
【0037】
次いで、パッケージ1内を窒素パージし、ハーメチックシールによりパッケージ1に蓋をする。
【0038】
次いで、パッケージ1外に引き出された各ペルチェ素子6a,6b,6cの電源線を、各電源7a,7b,7cに接続する。
【0039】
最後に、パッケージ外に引き出された各ベース板5a,5b,5cの温度検出素子のリード線と各電源7a,7b,7cをそれぞれの温度コントローラ8a,8b,8cに接続し利得平坦化器が完成する。
【0040】
次に、上述のように構成された利得平坦化器の動作について説明する。
【0041】
まず、温度補償を行うためにそれぞれのLPG3がある一定温度になるように各温度コントローラ8a,8b,8cを設定する。
【0042】
各温度コントローラ8a,8b,8cでは、各ベース板5a,5b,5cに設けられている温度検出素子のフィードバックを受けながら、各ペルチェ素子6a,6b,6cに電流を供給する電源7a,7b,7cを制御する。各温度コントローラ8a,8b,8cの制御により、それぞれのペルチェ素子6a,6b,6cが作動し、各LPG3a,3b,3cは一定温度に保たれる。一定温度に保たれた各LPG3a,3b,3cは前記図3に示すような透過特性を示す。
【0043】
ここで、前記図3に示す透過特性が、EDFAの利得特性を平坦化するために必要な特性と一致しない場合は、各LPG3a,3b,3cの透過特性がEDFAの利得特性を平坦化するために必要な特性となるように、各温度コントローラ8a,8b,8cの制御によってLPG3a,3b,3c毎に温度設定を行う。
【0044】
図4は透過特性調整後のLPGの透過特性を示す図である。この図は、利得特性平坦化のためにLPG3aの設定温度を上昇させ中心波長を長波長側へシフトさせた場合の透過特性を示す。
【0045】
以上説明したように、本実施形態に係る利得平坦化器は、ピグテール2及びシングルモードファイバ4に接続された3つのLPG3a,3b,3c、LPG3a,3b,3cが固定されたベース板5a,5b,5c、ベース板5a,5b,5cに固定された温度補償用のペルチェ素子6a,6b,6c、ペルチェ素子6a,6b,6cの電源7a,7b,7c、ベース板5a,5b,5cに設置された温度検出素子からの温度情報を基に電源7a,7b,7cを制御してペルチェ素子6a,6b,6cの温度制御を行う温度コントローラ8a,8b,8cを備えた構成としたので、LPGの温度変化を適切に補償することができ、除去する光の中心波長のシフトを抑制することができる。
【0046】
特に、LPG毎に温度設定をすることが可能となるため、ペルチェ素子を温度補償デバイスとして使用しつつ、LPG毎に中心波長の微調整が可能となり、利得平坦化器の透過波長の調整が可能となった。
【0047】
また、従来技術で述べたファイバの長手方向に歪みを与えるような温度補償方法(参考文献4)ではなく、周囲の温度変動によるLPGの温度変化をペルチェ素子によって温度補償する方法であるため、ファイバに対して十分な歪みを与えることができ、温度補償範囲を広げることができる。
【0048】
また、ペルチェ素子を用いた温度制御装置自体が比較的安価に構成できることや、LPG作製時の要求精度が緩和できること等により低コストで容易に実現可能である。
【0049】
なお、上記実施形態に係る利得平坦化器を、上述したような光伝送システム等に適用することもできるが、勿論これには限定されず、光信号を光のまま伝送するシステムを備えたものであれば全ての装置に適用可能であることは言うまでもない。
【0050】
また、上記実施形態では、熱電効果素子としてペルチェ素子を用いているが、熱電変換機能を有する素子であればどのような構成のデバイスでもよい。
【0051】
また、上記利得平坦化器を構成するパッケージ、光ファイバ、ベース板等の種類、数、接続方法、さらには温度制御方法などは前述した実施形態に限られないことは言うまでもない。
【0052】
【発明の効果】
本発明に係る利得平坦化器では、複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより、複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に微調整可能であり、広い温度範囲に渡って温度補償を行い、利得を平坦化することができる。
【0054】
本発明に係る利得平坦化器を用いた光伝送システムは、光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項1又は2に記載の利得平坦化器を用いているので、装置において利得の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施形態に係る利得平坦化器のパッケージ構造を示す外観図である。
【図2】図1のA−A’矢視断面図である。
【図3】上記利得平坦化器のLPGの透過特性を示す図である。
【図4】上記利得平坦化器の透過特性調整後のLPGの透過特性を示す図である。
【符号の説明】
1 パッケージ、2 ピグテール、3,3a,3b,3c 長周期ファイバグレーティング(LPG)、4,4a,4b シングルモードファイバ、5,5a,5b,5c ベース板、6a,6b,6c ペルチェ素子(熱電効果素子)、7a,7b,7c 電源、8a,8b,8c 温度コントローラ
Claims (3)
- 長周期ファイバグレーティングを利得平坦化素子として用いて利得の波長依存性を平坦化する利得平坦化器において、
直列に接続された複数の長周期ファイバグレーティングと、
前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれそれの近傍に設けられた複数の熱電効果素子と、
前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更する手段と
を備え、
前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に調整可能としたことを特徴とする利得平坦化器。 - 前記熱電効果素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項1に記載の利得平坦化器。
- エルビウムドープ光ファイバ増幅器を用いて光信号を中継伝送する利得平坦化器を用いた光伝送システムにおいて、
前記光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項1又は2に記載の利得平坦化器を用いたことを特徴とする利得平坦化器を用いた光伝送システム。
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