JP3664847B2 - 光合分波器装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の異なった情報信号を波長分割多重することができる光合分波器装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電話やテレビやデータなど多種類の情報信号を伝送させるために、複数の波長を利用して１本の光ファイバにのせる波長分割多重（wavelength div-ision multiplexing , WDM）方式が採用されており、この波長分割多重は光合分波器装置により行われている。
【０００３】
このような光合分波器装置は図８に示すように、１本の光導波路５２および２本の光導波路５３、５４間で２個の波長λ1、λ2の信号を各波長λ1、λ2について遮断、通過させる光合分波器５５で構成されている。このように構成された光合分波器装置５１において、光合分波器５５の入力ポート５５ａに入力ポートパワーＰ11で２個の波長λ1、λ2の光を入力すると、２本の光導波路５３、５４の一方の導波路５３に接続されている光合分波器５５の出力ポート５５ｂ′に出力される波長λ1の信号の出力ポートパワーＰ13、および他方の導波路５４に接続されている光合分波器５５の出力ポート５５ｂに出力される波長λ2の出力ポートパワーＰ14は、
Ｐ13＝Ｐ11＊（１＋ｃｏｓ（Δφ））／２・・・・（１）
Ｐ14＝Ｐ11＊（１−ｃｏｓ（Δφ））／２・・・・（２）
となる。ここで、Δφは波長λ1の光および波長λ２の光のモードの位相差とする。
【０００４】
したがって、波長λ1を１．３１μｍ、波長λ2を１．５５μｍとすると、波長１．５５μｍの出力ポートパワーＰ13、および波長１．３１μｍの出力ポートパワーＰ14と波長との関係は図９に示すように、理論上、サイン波になることがわかる。また、図１０に示すように、波長分離度が例えば−２３ｄＢでは帯域幅は理論上、２１．６ｎｍになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光合分波器装置５１では、波長分離度の帯域幅が狭いという難点があった。
【０００６】
このような難点に対して上述のような光合分波器を２個直列接続させた光合分波器装置が提案されている。例えば図１１（ａ）に示すように、第１の光合分波器６１と第２の光合分波器７１とを直列接続させると、第１の光合分波器６１の入力ポート６１ａに入力する例えば２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの信号は第１の光合分波器６１で分波され、波長１．５５μｍの信号が第２の光合分波器７１を介して導波路３０に出力される。この光合分波器装置１００によれば、第２の光合分波器７１の出力ポート７１ｂ′の出力ポートパワーＰ２３は図１２に示すように、理論上、波長分離度が−２３ｄＢの場合の帯域幅が８１．６ｎｍになる。
【０００７】
また、図１１（ｂ）に示すように、第１の光合分波器８１と第２の光合分波器９１とを直列接続させると、第１の光合分波器８１の入力ポート８１ａに入力する例えば２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの信号は第１の光合分波器８１で分波され、波長１．３１μｍの信号が第２の光合分波器９１を介して導波路４０に出力される。この光合分波器装置１００′によれば、第２の光合分波器９１の出力ポート９１ｂ′の出力ポートパワーＰ２４は図１２に示すように、理論上、波長分離度が−２３ｄＢの場合の帯域幅が８１．６ｎｍになる。
【０００８】
しかしながら、このような波長分離度の帯域幅でも光ファイバ通信によっては満足できない場合もある。
【０００９】
本発明はこのような従来の難点を解決するためになされたもので、光ファイバを溶融して一体化した光合分波器を使用して波長分離度の帯域幅を従来より広くすることができる光合分波器装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成する本発明の光合分波器装置は、１本の光導波路と少なくとも２本の光導波路との間で少なくとも２個の波長の信号を各波長について遮断、通過させる光合分波器により合波、分波する光合分波器装置において、光合分波器は、少なくとも１つの波長の信号についてそれぞれ異なる遮断中心周波数を有する少なくとも２個の光合分波器で構成され、少なくとも２個の光合分波器の遮断中心周波数は、少なくとも２個の光合分波器のうち一つの光合分波器において少なくとも１つの波長の信号の周波数から所定周波数だけ高い周波数にシフトされ、少なくとも２個の光合分波器のうちの他の光合分波器の一つにおいて少なくとも１つの波長の信号の周波数から所定周波数だけ低い周波数にシフトされて設定されているものである。
【００１１】
このように構成された光合分波器装置は、各光合分波器の遮断中心周波数がそれぞれ異なるので、波長分離度の帯域幅を広くすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光合分波器装置の実施の一形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明の光合分波器装置は例えば図１に示すように、１本の光導波路２と２本の光導波路３、４との間で例えば２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの信号を、各波長１．３１μｍ、１．５５μｍについて遮断、通過させる２個の光合分波器５、６により合波、分波するもので、２個の光合分波器５、６が直列接続されている。
【００１４】
２個の光合分波器５、６はそれぞれ４つの入出力用のポートを有している。第１の光合分波器５は、入力ポート５ａ、５ａ′と出力ポート５ｂ、５ｂ′とを有し、出力ポート５ｂに波長１．５５μｍの信号を通過させると共に波長１．３１μｍの信号を遮断させ、出力ポート５ｂ′に波長１．３１μｍの信号を通過させると共に波長１．５５μｍの信号を遮断させるものである。また、波長１．３１μｍの信号について遮断中心周波数を有し、この遮断中心周波数は例えば２０ｎｍだけ高い方向にシフトされて設定されている。第２の光合分波器６は、入力ポート６ａ、６ａ′と出力ポート６ｂ、６ｂ′とを有し、出力ポート６ｂに波長１．３１μｍの信号を通過させると共に波長１．５５μｍの信号を遮断させ、出力ポート６ｂ′に波長１．５５μｍの信号を通過させると共に波長１．３１μｍの信号を遮断させるものである。また、波長１．３１μｍの信号について遮断中心周波数を有し、この遮断中心周波数は例えば２０ｎｍだけ低い方向にシフトされて設定されている。
【００１５】
第１の光合分波器５の入力ポート５ａには１本の光導波路２が接続され、入力ポート５ａ′には何も接続されていない。第１の光合分波器５の出力ポート５ｂには第２の光合分波器６の入力ポート６ａ′が接続され、出力ポート５ｂ′には他方の光導波路４が接続されている。第２の光合分波器６の出力ポート６ｂ′には一方の光導波路３が接続され、入力ポート６ａおよび出力ポート６ｂには何も接続されていない。
【００１６】
このような遮断中心周波数を有する各光合分波器５、６は、図２、図３、図４に示すような波長分離度の帯域幅理論値を具備している。即ち、遮断中心周波数のシフト量が±２０ｎｍの場合、挿入損は０．１４５ｄＢ、波長分離度の帯域は９２ｎｍ、中心波長の分離度は−３５．５ｄＢとなる。
【００１７】
このように構成された本発明の光合分波器装置１において、１本の光導波路２から入力ポートパワーＰ１で２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの光が入力すると、波長１．５５μｍの信号は第１の光合分波器５で分波されて出力ポート５ｂに出力され、さらに第２の光合分波器６で分波されて出力ポート６ｂ′を介して一方の光導波路３に出力される。この際、第１の光合分波器５の出力ポート５ｂ、および第２の光合分波器６の出力ポート６ｂ′の各出力ポートパワーＰ3は、
Ｐ3＝Ｐ1＊（１＋ｃｏｓ（Δφ））／２・・・・（３）
となる。ここで、Δφは波長１．３１μｍの光および波長１．５５μｍの光のモードの位相差とする。これにより、理論上の波長と損失とは図５に示すようなグラフになる。即ち、図５に示すように、波長分離度が−２３ｄＢでは帯域幅が９１．６ｎｍになるので、従来の光合分波器装置よりも、波長分離度の帯域幅を広くすることができる。
【００１８】
また、波長１．３１μｍの光の波長分離度の帯域幅を広くする場合には、図６に示すように１本の光導波路２と２本の光導波路３、４との間で例えば２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの信号を、各波長１．３１μｍ、１．５５μｍについて遮断、通過させる２個の光合分波器１５、１６により合波、分波するもので、２個の光合分波器１５、１６が直列接続されている。
【００１９】
２個の光合分波器１５、１６は、上述の光合分波器装置１の各光合分波器５、６と同様に、それぞれ４つの入出力用のポートを有している。第１の光合分波器１５は、入力ポート１５ａ、１５ａ′と出力ポート１５ｂ、１５ｂ′とを有し、出力ポート１５ｂに波長１．５５μｍの信号を通過させると共に波長１．３１μｍの信号を遮断させ、出力ポート１５ｂ′に波長１．３１μｍの信号を通過させると共に波長１．５５μｍの信号を遮断させるものである。また、波長１．５５μｍの信号について遮断中心周波数を有し、この遮断中心周波数は例えば２０ｎｍだけ高い方向にシフトされて設定されている。第２の光合分波器１６は、入力ポート１６ａ、１６ａ′と出力ポート１６ｂ、１６ｂ′とを有し、出力ポート１６ｂに波長１．５５μｍの信号を通過させると共に波長１．３１μｍの信号を遮断させ、出力ポート１６ｂ′に波長１．３１μｍの信号を通過させると共に波長１．５５μｍの信号を遮断させるものである。また、波長１．５５μｍの信号について遮断中心周波数を有し、この遮断中心周波数は例えば２０ｎｍだけ低い方向にシフトされて設定されている。
【００２０】
第１の光合分波器１５の入力ポート１５ａには１本の光導波路２が接続され、入力ポート１５ａ′には何も接続されていない。第１の光合分波器１５の出力ポート１５ｂ′には第２の光合分波器１６の入力ポート１６ａが接続され、出力ポート１５ｂには一方の光導波路３が接続されている。第２の光合分波器１６の出力ポート１６ｂ′には他方の光導波路４が接続され、入力ポート１６ａ′および出力ポート１６ｂには何も接続されていない。
【００２１】
このような遮断中心周波数を有する各光合分波器１５、１６は上述の光合分波器装置１の各光合分波器５、６と同様に、図２、図３、図４に示すような波長分離度の帯域幅理論値を具備している。即ち、遮断中心周波数のシフト量が±２０ｎｍの場合、挿入損は０．１４５ｄＢ、波長分離度の帯域は９２ｎｍ、中心波長の分離度は−３５．５ｄＢとなる。
【００２２】
このように構成された本発明の光合分波器装置１０において、１本の光導波路２から入力ポートパワーＰ１で２個の波長１．３１μｍ、１．５５μｍの光が入力すると、波長１．３１μｍの信号は第１の光合分波器１５で分波されて出力ポート１５ｂ′に出力され、さらに第２の光合分波器１６で分波されて出力ポート１６ｂ′を介して他方の光導波路４に出力される。この際、第１の光合分波器１５の出力ポート１５ｂ′、および第２の光合分波器１６の出力ポート１６ｂ′の各出力ポートパワーＰ４は、
Ｐ４＝Ｐ1＊（１−ｃｏｓ（Δφ））／２・・・・（４）
となる。ここで、Δφは波長１．３１μｍの光および波長１．５５μｍの光のモードの位相差とする。これにより、理論上の波長と損失とは図５に示すようなグラフになる。即ち、図５に示すように、波長分離度が−２３ｄＢでは帯域幅が９１．６ｎｍになるので、従来の光合分波器装置よりも、波長分離度の帯域幅を広くすることができる。
【００２３】
なお、本発明の実施の一形態においては１本の光導波路と、２本の光導波路との間で２個の波長の信号を各波長について遮断、通過させる光合分波器により分波させていたが、これに限らず、１本の光導波路と、２本以上の光導波路との間で２個以上の波長の信号を各波長について遮断、通過させる光合分波器により分波させてもよい。この際、光合分波器は、１つ以上の波長の信号についてそれぞれ異なる遮断中心周波数を有する２個以上の光合分波器で構成させる。また、このような光合分波器装置は、多重化された異なる波長の信号の分波に限らず、複数の波長の信号を合波させることもでき、さらに、複数波の双方向多重に適用させることもできる。
【００２４】
【実施例】
さらに、本発明の光合分波器装置による波長分離度の帯域幅について、実験を行った。なお、本実験においては図１に示す光合分波器装置１を使用して、波長分離度の帯域幅を測定した。測定結果は図７に示すように、波長分離度が−２３ｄＢでは、帯域幅が８９．７ｎｍになることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の光合分波器装置によれば、少なくとも１つの波長の信号についてそれぞれ異なる遮断中心周波数を有する少なくとも2個の光合分波器で構成したので、波長分離度の帯域幅を従来より広くすることができる。これにより、各波長間の干渉を防ぐことができる。また、誘電体多層膜フィルタや微小光学素子を用いたものに比べて、光学特性が優れ、製造コストも下げることができるので、ＷＤＭ光伝送機器、ＷＤＭ伝送を使用した端末等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光合分波器装置の実施の一形態を示す構成図。
【図２】 本発明の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の中心波長の変化と挿入損との関係を理論値で示すグラフ。
【図３】 本発明の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の中心波長の変化と波長分離度の帯域との関係を理論値で示すグラフ。
【図４】 本発明の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の中心波長の変化と中心波長の分離度との関係を理論値で示すグラフ。
【図５】 本発明の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の波長と損失との関係を理論値で示すグラフ。
【図６】 本発明の光合分波器装置の他の実施の一形態を示す構成図。
【図７】 本発明の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の波長と損失との関係を実測値で示すグラフ。
【図８】 従来の光合分波器装置を示す構成図。
【図９】 従来の光合分波器装置の出力パワーと波長との関係を理論値で示すグラフ。
【図１０】 従来の光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の波長と損失との関係を理論値で示すグラフ。
【図１１】 従来の光合分波器装置を示す図で、（ａ）は波長１．５５μｍの信号を2個の光合分波器に通過させる構成図、（ｂ）は波長１．３１μｍの信号を2個の光合分波器に通過させる構成図。
【図１２】 図１１に示す光合分波器装置の波長分離度の帯域幅の波長と損失との関係を理論値で示すグラフ。
【符号の説明】
１、１０・・・・光合分波器装置
２・・・・１本の光導波路
３、４・・・・２本の光導波路
５、６・・・・２個の光合分波器
１５、１６・・・・２個の光合分波器
１．３１μｍ、１．５５μｍ・・・・２個の波長

Claims (1)

1. １本の光導波路と少なくとも２本の光導波路との間で少なくとも２個の波長の信号を各波長について遮断、通過させる光合分波器により合波、分波する光合分波器装置において、
   前記光合分波器は、少なくとも１つの波長の信号についてそれぞれ異なる遮断中心周波数を有する少なくとも２個の光合分波器で構成され、
   前記少なくとも２個の光合分波器の遮断中心周波数は、前記少なくとも２個の光合分波器のうち一つの光合分波器において少なくとも１つの波長の信号の周波数から所定周波数だけ高い周波数にシフトされ、前記少なくとも２個の光合分波器のうちの他の光合分波器の一つにおいて前記少なくとも１つの波長の信号の周波数から所定周波数だけ低い周波数にシフトされて設定されていることを特徴とする光合分波器装置。

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