JP3727529B2

JP3727529B2 - 多波長発生装置

Info

Publication number: JP3727529B2
Application number: JP2000350132A
Authority: JP
Inventors: 正樹雨宮; 正満藤原; 光啓手島; 岩月　　勝美
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-11-16
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP2002156670A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重伝送に必要な多数の波長の光信号を発生させることが可能な、多波長発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、波長多重伝送システムの光送信系においては、一定の波長間隔で光出力レベルの揃った複数の光源が必要となる。
【０００３】
多数の波長を一括して発生させる多波長発生方法としては、極短光パルスによる方法、光ファイバの非線形効果による方法等、多数検討されている。
【０００４】
これらの多波長発生方法においては、ピコ秒オーダーのパルス幅のパルス列発生、あるいは非線形効果を得るため、高出力光の発生等が必要となっている。
【０００５】
また、発生させた多数の波長の光出力レベル平坦化を行うために、逆特性を持つ光フィルタの挿入等も行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、多数の波長を低コストで発生させようとすると、よりシンプルな手法が必要となるが、このようなシンプルな手法を用いた例は従来技術にはない。
【０００７】
また、光出力レベル平坦化用の光フィルタ等の挿入は、発生したそれぞれの波長の出力を低下させるために、極力、光出力が低下してしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、シンプルな正弦波変調の組み合わせという手法を用いて、波長多重伝送に必要な多数の波長の光信号を安価な構成で発生させることが可能な多波長発生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一定の波長の光信号から、多数の波長の光信号を発生する多波長発生装置であって、単一波長の光信号を発生する単一光源と、前記単一光源により発生された前記単一波長の光信号を２分割して、分割光を生成する分割手段と、同一周波数でかつ振幅の異なる正弦波或いは余弦波からなる変調信号を作成する振幅調整手段と、前記振幅の異なる変調信号を用いて、前記分割された各々の分割光に対して角度変調を行うことによって、変調指数が互いに異なる各分割光を作成する角度変調手段と、前記変調指数が互いに異なる各分割光の偏波面を直交させて合波することによって、波長が異なりかつ所定の出力レベルを有する多数の光信号を出力する合波手段とを具えることによって、多波長発生装置を構成する。
【００１０】
ここで、合波手段は、各分割光の偏波面を直交させて合波する合波位置に偏波型光結合器を配置してもよい。
【００１１】
角度変調手段をマッハツェンダ型の位相変調器によって構成し、マッハツェンダ型の位相変調器を通過して合波手段により合波される合波位置の直前の一方の光路上に偏波面を９０度回転させる偏光回転子、又は、合波位置の直前の両方の光路上に偏波面を４５度回転させる偏光回転子を配置し、それぞれの分割光の偏波面を直交させた状態で合波してもよい。
【００１２】
前記互いに異なる変調指数の値は、合波される各分割光の出力レベルを補い合い、合波後の各波長の光信号が所定の出力レベルを得るような組み合わせに設定する。
【００１３】
互いに異なる変調指数の組み合わせは、
〔１．４５と３．０〕、〔１．８５と４．０〕、〔３．２と４．８〕、〔３．４と５．２〕、〔４．８と６．８〕、〔５．２と６．８〕、〔６．８と８．６〕、〔８．６と１０．１〕、〔１０．１と１１．８〕、〔１１．５と１３．１〕、〔１３．１と１４．８〕、〔１４．８と１６．５〕、〔１６．５と１８．１〕、〔１８．３と１９．９〕、或いは〔１９．９と２１．５〕のいずれかの組み合わせとし、これらの値の近傍に変調指数を設定してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
［第１の例］
まず、本発明の第１の実施の形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００１６】
（概要）
まず、本発明の概要について説明する。
【００１７】
シンプルな正弦波変調の組み合わせを行う手法としては、
一定周波数ｆｍの正弦波或いは余弦波の信号を用いて、単一光源からのキャリア周波数ｆｃに対して角度変調（周波数変調と位相変調とを含む）を行うことにより、光源のキャリア周波数ｆｃを中心に周波数ｆｍのｎ倍の波長の異なる多数の光信号を出力することができる。ただし、各波長の光信号の出力レベルは、第１種のｎ次ベッセル関数で表され、レベルが不揃いとなる。
【００１８】
そこで、本発明においては、まず、一定の単一波長で発光する光源の出力を２分割し、それぞれの分割光に対して、同一周波数でかつ正弦波或いは余弦波の変調信号を用いて異なる変調指数の角度変調を行い、この角度変調された異なる変調指数の分割光を当該光の偏波面を直交させて、それぞれの電力和として合致させることによって、波長が異なりかつ所定の出力レベルを有する多数の光信号を出力する。
【００１９】
この場合、変調指数の値は、合波される各分割光の出力レベルを補い合い、合波後の各波長の光信号が所定の出力レベルを得るような組み合わせに設定する。
【００２０】
なお、２分割する理由は、分割光を合波するとき、合波角度が４５°等の角度では合波できず、偏波面を直交させる必要があるためである。
【００２１】
また、分割光の偏波面を直交とする理由は、直交する場合は互いの偏波が干渉しないために電力和となるが、直交しない場合は各電界の位相状態がπだけ異なる周波数があり、打ち消されてしまい、電力和を構成することができないからである。
【００２２】
（具体例）
以下、具体例を挙げて説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る多波長発生装置の構成例を示す。
【００２４】
１は、単一の波長（直線偏波）で発光する光源である。例えば、キャリア周波数ｆｃ＝２００ＴＨｚの信号を発生する。
【００２５】
２，３は、光源１と接続され、その一部が２分割された偏波型の光ファイバとしての偏波保持ファイバである。
【００２６】
この場合、光を２分割する手段としては、３ｄＢ光スプリッタやハーフミラー等の周知の光分離素子を光路上に配置することによって容易に分割することが可能である。
【００２７】
４，５は、周波数変調や位相変調等の角度変調を行う、ＬＮ（＝ＬｉＮｂＯ₃）角度変調器である。このＬＮ角度変調器４，５は、偏波保持ファイバ２，３と接続されている。
【００２８】
６は、偏波型光結合器であり、偏波保持ファイバ２，３から伝送された各分割光の互いの偏波面を直交させて結合させる機能をもつ。
【００２９】
１０は、所定の周波数ｆｍ（例えば、ｆｍ＝１０ＧＨｚ）で発振する発振器である。
【００３０】
１１，１２は、周波数ｆｍの信号の振幅調整を行う振幅調整器である。振幅調整器１１，１２は、通常の増幅器等によって構成され、その出力は角度変調器４，５にそれぞれ入力される。
【００３１】
これにより、ＬＮ角度変調器４，５では、振幅調整器１１，１２から各々出力された振幅の異なる変調信号を用いて、分割された各々の分割光に対して角度変調を行って、変調指数ｍｆが互いに異なる各分割光を作成する。
【００３２】
なお、変調指数は、通常の定義である、ｍｆ＝（キャリア周波数ｆｃの最大偏移）／（変調周波数ｆｍ）とする。１例として、変調指数ｍｆ＝５２ＧＨｚ／１０ＧＨｚ＝５．２となる。
【００３３】
そして、変調指数の異なる角度変調された各分割光は、偏波保持ファイバ２，３を介して、偏波型光結合器６に互いの偏波面が直交されて結合される。この結合された両者の光の電力が単純に足し算されることによって、波長が異なりかつ所定の出力レベルを有する多数の光信号が出力される。
【００３４】
次に、動作原理について説明する。
【００３５】
図２は、図１のＬＮ角度変調器４側で角度変調を行う場合の構成例である。
【００３６】
図２（ａ）は、周波数ｆｍ＝１０ＧＨｚ、変調指数ｍｆ＝５．２とした場合の構成例である。図２（ｂ）は、そのときの光スペクトル特性の計算値である。
【００３７】
ｍｆ＝５．２の場合、光スペクトルは０次（すなわち、キャリア周波数ｆｃ）、２次（すなわち、ｆｃ＋２ｆｍ，ｆｃ−２ｆｍ）の光出力が抑圧されており、まばらな光スペクトル特性となっている。
【００３８】
図３は、図２のＬＮ角度変調器４側で角度変調を行う場合の構成例である。
【００３９】
図３（ａ）は、周波数ｆｍ＝１０ＧＨｚ、変調指数ｍｆ＝６．８とした場合の構成例である。図３（ｂ）は、そのときの光スペクトル特性の計算値である。
【００４０】
１次（すなわち、ｆｃ＋ｆｍ，ｆｃ−ｆｍ）と３次（すなわち、ｆｃ＋３ｆｍ，ｆｃ−３ｆｍ）との光出力が抑圧されている。
【００４１】
従って、これら図２（ｂ）と図３（ｂ）の両者の光信号の電力を合波することにより、互いの出力レベルを補い合って、所望とする一定レベル以上の平坦な光スペクトル特性を得ることが可能となる。
【００４２】
図４は、変調指数ｍｆの組み合わせをｍｆ＝５．２とｍｆ＝６．８にしたときの出力光のスペクトル特性（計算値）を示す。
【００４３】
波長毎の出力レベルのバラツキが、約３ｄＢ程度に収まる波（すなわち、相対強度で最大値の半分程度以上に存在する波、この図４の例では、出力レベルが相対強度で約０．０８以上に存在する波）を波長多重用の光信号として用いるとすると、１３波（波長数）を採用することが可能である。
【００４４】
偏波型光結合器６から出力される多波長の光信号としては、ｆ₁＝ｆｃ±ｆｍ、ｆ₂＝ｆｃ±２ｆｍ、…、ｆ_n＝ｆｃ±ｎｆｍというような波長が異なる各種の信号が出力される。
【００４５】
なお、本例では、角度変調として、周波数変調を例に挙げたが、位相変調の場合にも同様な作用、効果を有する。
【００４６】
［第２の例］
次に、本発明の第２の実施の形態を、図５に基づいて説明する。なお、前述した第１の例と同一部分についてはその説明を省略し、同一符号を付す。
【００４７】
本例では、角度変調を行う手段として、マッハツェンダ型の位相変調器を用いて構成し、さらに、分割光の合波位置前の一方又は両方の光路上に偏波面を所定の角度回転させる偏光回転子２０を配置した場合の例である。
【００４８】
図５において、角度変調器として、光伝送システムで広く用いられているマッハツェンダ型のＬＮ（＝ＬｉＮｂＯ₃）変調器３０を用いる。
【００４９】
このマッハツェンダ型のＬＮ変調器３０は、２股構造によって途中の一部が分岐された光導波路４０と、その分岐された各光導波路４０上に設けられた角度変調部１５，１６とによって構成される。
【００５０】
また、マッハツェンダ型のＬＮ変調器３０の角度変調部１５の出力側の合波位置前の一方の光路上には、偏波面を９０度回転させる偏光回転子２０が配置されている。この偏光回転子２０としては、薄膜ポリイミド製の１／２波長板、ファラディ回転子等を適用できる。
【００５１】
マッハツェンダ型のＬＮ変調器３０の角度変調部１５によって変調指数が異なり角度変調された分離光は、合波位置の直前に配置された偏光回転子２０を通過することによって、偏波面の偏向方向が変えられる。これにより、２つの分割光の合波位置では、各分離光の互いの偏波面が直交した状態で合波されることになる。
【００５２】
従って、本例では、前述した第１の例で用いた偏波型光結合器６を合波位置に設ける必要がなくなり、構成の簡略化を図ることができる。
【００５３】
なお、偏光回転子２０として、偏波面を４５度回転させる光学素子を用いてもよく、この場合には、合波位置前の角度変調部１５，１６の両方の光路上にそれぞれ配置する。
【００５４】
［第３の例］
次に、本発明の第３の実施の形態を、図６〜図７に基づいて説明する。
【００５５】
本例では、変調指数の組み合わせについての例を示す。
【００５６】
変調指数の組み合わせは、分波光の合波時において、互いの光出力レベルを補い合い、合波後の各波長の光信号が所定の出力レベルを得るような組み合わせを選択する。
【００５７】
図６は、ベッセル関数で表される各次数の変調指数に対する振幅特性（電力）を示しており、振幅の山と谷が補い合える組み合わせの例である。
【００５８】
図７は、図６で示した組み合わせで変調したときの多波長発生装置から出力される各波長の光信号のスペクトル特性を示す。
【００５９】
図７（ａ）は、変調指数ｍｆ＝１．８５と４．０との組み合わせ例である。３ｄＢ程度のバラツキにおさまる波長数として、７波を採用することができる。
【００６０】
同様に、図７（ｂ）のｍｆ＝３．２と４．８との組み合わせの場合は９波、図７（ｃ）のｍｆ＝８．６と１０．１との組み合わせの場合は１９波、図７（ｄ）のｍｆ＝１１．５と１３．１との組み合わせの場合は２７波、をそれぞれが採用することが可能である。
【００６１】
変調指数ｍｆのその他の組み合わせ例としては、
〔１．４５と３．０〕、〔３．４と５．２〕、〔４．８と６．８〕、〔５．２と６．８〕、〔６．８と８．６〕、〔１０．１と１１．８〕、〔１３．１と１４．８〕、〔１４．８と１６．５〕、〔１６．５と１８．１〕、〔１８．３と１９．９〕、或いは〔１９．９と２１．５〕が適切な組み合わせ例であり、これらの値の近傍に変調指数を設定することによって、互いに補完しあって、所定以上の出力レベルを揃えることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、単一の波長で発光する光源の出力を２分割し、それぞれの分割光に対して、同一周波数でかつ正弦波或いは余弦波の変調信号を用いて異なる変調指数の角度変調を行い、この異なる変調指数の両者の光の偏波面を直交させて合波するようにしたので、一つの光源から多数の波長を発生させることが可能となり、また、光スペクトルの平坦化のための光フィルタも不要となり、元の光源の出力を最大限有効に活用して多波長化が可能となり、これにより、一つの光源から光出力の低下を極力抑え、所定以上の出力レベルを保持した多数の波長の光信号を出力することができると共に、正弦波変調の組み合わせというシンプルな構成で低コストな多波長発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である、多波長発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は単純な正弦波による角度変調の処理（変調指数ｍｆ＝５．２）を説明する構成図、（ｂ）は光スペクトル特性を示す特性図である。
【図３】（ａ）は単純な正弦波による角度変調の処理（変調指数ｍｆ＝６．８）を説明する構成図、（ｂ）は光スペクトル特性を示す特性図である。
【図４】変調指数ｍｆ＝５．２と６．８との合波光のスペクトルを示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態である、多波長発生装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態である、変調指数の組み合わせ例を示す説明図である。
【図７】変調指数の各種の組み合わせにそれぞれ対応する光スペクトルの例を示す特性図である。
【符号の説明】
１光源
２偏波保持ファイバ
３偏波保持ファイバ
４ＬＮ角度変調器
５ＬＮ角度変調器
６偏波型光結合器
１０発振器
１１振幅調整器
１２振幅調整器
１５角度変調器
１６角度変調器
２０偏光回転子
３０マッハツェンダ型のＬＮ変調器
４０光導波路

Claims

一定の波長の光信号から、多数の波長の光信号を発生する多波長発生装置であって、
単一波長の光信号を発生する単一光源と、
前記単一光源により発生された前記単一波長の光信号を２分割して、分割光を生成する分割手段と、
同一周波数でかつ振幅の異なる正弦波或いは余弦波からなる変調信号を作成する振幅調整手段と、
前記振幅の異なる変調信号を用いて、前記分割された各々の分割光に対して角度変調を行うことによって、変調指数が互いに異なる各分割光を作成する角度変調手段と、
前記変調指数が互いに異なる各分割光の偏波面を直交させて合波することによって、波長が異なりかつ所定の出力レベルを有する多数の光信号を出力する合波手段と
を具えたことを特徴とする多波長発生装置。
前記合波手段は、前記各分割光の偏波面を直交させて合波する合波位置に偏波型光結合器を配置したことを特徴とする請求項１記載の多波長発生装置。
前記角度変調手段は、マッハツェンダ型の位相変調器によって構成され、
前記マッハツェンダ型の位相変調器を通過して前記合波手段により合波される合波位置の直前の一方の光路上に偏波面を９０度回転させる偏光回転子、又は、合波位置の直前の両方の光路上に偏波面を４５度回転させる偏光回転子を配置し、
それぞれの分割光の偏波面を直交させた状態で合波することを特徴とする請求項１記載の多波長発生装置。
前記互いに異なる変調指数の値は、合波される各分割光の出力レベルを補い合い、合波後の各波長の光信号が所定の出力レベルを得るような組み合わせに設定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多波長発生装置。
前記互いに異なる変調指数の組み合わせは、
〔１．４５と３．０〕、〔１．８５と４．０〕、〔３．２と４．８〕、〔３．４と５．２〕、〔４．８と６．８〕、〔５．２と６．８〕、〔６．８と８．６〕、〔８．６と１０．１〕、〔１０．１と１１．８〕、〔１１．５と１３．１〕、〔１３．１と１４．８〕、〔１４．８と１６．５〕、〔１６．５と１８．１〕、〔１８．３と１９．９〕、或いは〔１９．９と２１．５〕のいずれかの組み合わせとし、これらの値の近傍に変調指数を設定したことを特徴とする請求項４記載の多波長発生装置。