JP4089093B2 - 波長多重信号数監視装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重方式による光通信システムにおいて、波長多重信号光の信号数を監視する波長多重信号数監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、光ファイバ線路に多波長の信号光（波長の異なる複数の信号光）を伝送させることにより高速・大容量の光通信を行うものであって、近年のインターネット等による通信需要の急増などに対応するものとして開発と導入が進められている。
【０００３】
このような波長多重伝送システムにおいては、伝送される信号光の信号数（チャンネル数）が変化した場合に、光増幅器での過渡的な増幅率変動などにより各信号光のパワーが変化してしまうことがある。このような信号数変化によるパワー変動現象は、伝送されている信号光の信号チャンネル数を常に監視することによって、伝送路の損失変化などと区別して特定・検知することができ、これによって光増幅器の制御等を行うことができる。
【０００４】
そのような信号数の監視装置としては、アレイ導波路回折格子型光分波器などの分波器・波長分岐デバイスと、分波された信号光をそれぞれ検出する受光素子との組み合わせによるものがある（例えば、１９９７年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１０−６０）。
【０００５】
図６は、アレイ導波路回折格子型光分波器の単一の入力ポートから入力された波長多重信号光を、それぞれ所定の出力波長に対応した複数の出力ポートに分岐・分波する場合における各出力ポートの透過特性（出力波長特性）を、隣り合う５つの出力ポートである第ｎ−２〜第ｎ＋２番目の出力ポートについて示すグラフである。ここで、各出力ポートの透過特性曲線における中心波長がそれぞれの出力波長となり、隣り合う出力ポート間の出力波長間隔Δλｏは、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ（図６においてはΔλｉ＝０．４ｎｍ）と一致させて設定される。
【０００６】
このように、各出力ポートの出力波長が各信号光成分の信号波長にそれぞれ対応するように設定されたアレイ導波路回折格子型光分波器に対して波長多重信号光を入力し、分波された信号光出力を各出力ポートに接続されたフォトダイオードなどの受光素子によって検出して、信号光が検出されたフォトダイオード数である検出数を計数することによって、信号数を常時モニタすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アレイ導波路回折格子型光合分波器においては、例えば通常の石英導波路型のものなど、各導波路の透過波長特性の温度依存性が大きく、温度が変化すると中心波長・透過特性曲線がシフトしてしまう。この場合、波長多重信号光の各信号波長と、出力ポートから出力される各出力波長との対応関係がずれてしまい、例えば波長シフトの状態によって１チャンネルの信号光が隣り合う２つの出力ポートから透過・出力され、したがって、１つの出力ポートから隣り合う２チャンネルの信号光が検出されてしまうなど、温度によって正しく信号数を計数することができないという問題を生じる。また、上記のように１チャンネルの信号光が２つの出力ポートに出力されることを防止するために各ポートの透過波長特性の帯域幅を狭く設定すると、逆に信号光がどの出力ポートからも出力・検出されない場合が生じ、結局誤作動してしまう。
【０００８】
また、アレイ導波路回折格子型光分波器の温度を一定に保持するように温度制御を行うことによって、上記した波長シフトを防いで常に信号数を正しく計数可能な監視装置とすることができる。しかしながら、この場合、アレイ導波路回折格子型光分波器に付設する温度制御手段によって、装置サイズの大型化や、製造コスト高となるなどの問題がある。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、温度に依存せず正しく信号数を計数することができる波長多重信号数監視装置を提供することを目的とする。
【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ために、本発明による波長多重信号数監視装置は、信号波長間隔Δλｉでそれぞれ異なる信号波長を有する複数の信号光からなる波長多重信号光の信号数を監視するための波長多重信号数監視装置であって、（１）基板上に、入力ポートと、出力波長間隔Δλｏでそれぞれ異なる出力波長の信号光成分を透過・出力させる複数の出力ポートと、を備えて形成されたアレイ導波路回折格子型光分波器と、（２）複数の出力ポートのそれぞれに対して、出力ポートから出力される信号光を検出するように接続・設置された複数の受光素子を備えて構成された受光素子アレイと、（３）受光素子アレイに接続され、それぞれの受光素子での信号光の検出の有無を判別して信号数を算出する計数手段と、を有するとともに、（４）出力波長間隔Δλｏは、信号波長間隔Δλｉに対してΔλｏ＝Δλｉ／ｍ（ただしｍは２以上の整数）として設定され、計数手段は、複数の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートをそれぞれ組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して、信号光が検出された出力ポートの数をその出力ポート群での検出数とし、ｍ組の出力ポート群に対してそれぞれ求められた検出数のうち、最も大きい検出数を信号数とすることを特徴とする。
【００１１】
上記のように、アレイ導波路回折格子型光分波器の出力ポートの出力波長間隔Δλｏを、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対して２以上の整数分の１に設定し、それらからの出力を受光素子アレイの受光素子でそれぞれ検出して計数手段において信号数を算出することによって、１つの出力ポートから２チャンネルの信号光が出力されることがなくなって、温度変化による透過波長特性のずれが生じても常に正しく信号数を計数することが可能な信号数監視装置を得ることができる。
【００１２】
このとき、光分波器を温度制御する必要がなくなるので、装置を小型化することができ、また、その製造工程を簡単化して製造コストを低減することが可能となる。
【００１３】
また、計数手段は、複数の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートをそれぞれ組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して、信号光が検出された出力ポートの数をその出力ポート群での検出数とし、ｍ組の出力ポート群に対してそれぞれ求められた検出数のうち、最も大きい検出数を信号数とすることを特徴とする。
【００１４】
波長多重信号光に含まれる各信号光成分は、温度変化に伴う波長シフトによって、単一の出力ポートで出力・検出される状態と、隣り合う２つの出力ポートで出力・検出される状態とを繰り返す。このとき、例えばｍ＝２の場合であれば偶数番目の第１出力ポート群及び奇数番目の第２出力ポート群に区分するなど、ｍ組の出力ポート群に出力ポートを区分・分類することによって、各出力ポート群での検出数の最大値を波長多重信号光の信号数と一致させることができる。
【００１５】
また、出力波長間隔Δλｏは、Δλｏ＝Δλｉ／２として設定されていることを特徴としても良い。波長間隔の分割数ｍは２以上の任意の整数とすることが可能であるが、特にｍ＝２とすることが、装置を簡単化するために好ましい。
【００１６】
さらに、それぞれの出力ポートでの信号光の透過波長特性において、出力ポートの中心波長における透過損失に対して、中心波長からΔλｏ／２ずれた波長における透過損失の増加分が＋４ｄＢよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
このように透過波長特性が設定されて、隣り合う出力ポートの透過特性のオーバーラップが充分に大きくなるように構成された光分波器を用いることによって、波長がシフトして信号波長が隣り合う出力ポートの出力波長の間にある場合でも、いずれかの受光素子から充分な強度で検出されるように構成することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による波長多重信号数監視装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
図１は、本発明に係る波長多重信号数監視装置の一実施形態を示す構成図である。この波長多重信号数監視装置は、アレイ導波路回折格子型光分波器１（以下、単に光分波器ともいう）と、フォトダイオードアレイ２と、を有して構成されている。なお、光分波器１は、入出力端を入れ換えることによって光合波器として機能するアレイ導波路回折格子型光合分波器であるが、本波長多重信号数監視装置においては、光分波器としてのみ用いている。また、以下においては信号数監視の対象とする波長多重信号光の隣り合う信号光成分の信号波長間隔をΔλｉ＝０．４ｎｍとする。
【００２０】
光分波器１は、その端部を入力ポート１１とする１本の入力側チャネル導波路１２と、この入力側チャネル導波路１２に接続された第１スラブ導波路１３と、この第１スラブ導波路１３に接続され各々の光路長が互いに異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路部１４と、このアレイ導波路部１４に接続された第２スラブ導波路１５と、この第２スラブ導波路１５に接続され、その端部をそれぞれ出力ポート１７1〜１７NとするＮ本（ただし、Ｎは複数）の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nとが、基板１０上に形成されたものである。
【００２１】
この光分波器１に、入力ポート１１から信号波長の異なる複数の信号光からなる波長多重信号光が入力されると、入力された光は入力側チャネル導波路１２、第１スラブ導波路１３、アレイ導波路部１４、及び第２スラブ導波路１５を順次に経て導波される間に分波される。分波された各波長の信号光成分それぞれは、複数の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nに分岐・導波されて、対応する出力ポート１７1〜１７Nからそれぞれ出力される。
【００２２】
光分波器１の出力ポート１７1〜１７Nが形成された端部には、フォトダイオードアレイ２が接続されている。このフォトダイオードアレイ２はＮ個のフォトダイオード２1〜２Nを有して構成されている。これらのフォトダイオード２1〜２Nは出力ポート１７1〜１７Nに、それぞれｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のフォトダイオード２iとｉ番目の出力ポート１７iとが対応・接続されるように配置されている。したがって、ｉ番目の出力側チャネル導波路１６iに分波された信号光は、出力ポート１７iから出力されてフォトダイオード２iによって検出される。
【００２３】
フォトダイオードアレイ２には計数装置３が接続されており、各フォトダイオード２1〜２Nの出力信号は、この計数装置３にそれぞれ入力される。計数装置３は、信号レベルに対する閾値などの所定の判別条件によって各フォトダイオード２1〜２Nについて信号光検出の有無を判別し、その判別結果に基づいて波長多重信号光でその時点において伝送されている信号光の信号数を算出・計数して出力する。
【００２４】
図２は、図１に示した実施形態において各出力側チャネル導波路１６iを透過・導波されて出力ポート１７iから出力される信号光成分の透過波長特性を示すグラフである。このグラフにおいては、特定の温度（例えば常温）における透過特性の例について、ｎ番目の出力ポート１７nの出力波長（透過特性分布曲線の中心波長）を波長１５５０ｎｍとし、その前後の７つの出力ポート１７n-3〜１７n+3の透過波長特性を示す特性曲線をそれぞれ示してある。
【００２５】
ここで、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）、縦軸は各出力ポート１７i（ｉ＝ｎ−３〜ｎ＋３）に対応する損失特性（ｄＢ）を示し、損失値が小さい波長範囲の信号光成分がその出力ポートから透過・出力される出力波長成分、その波長範囲の中心波長がその出力ポートの出力波長となる。なお、図中の各曲線にはその出力ポート番号ｎ−３〜ｎ＋３を付してある。
【００２６】
本実施形態においては、それぞれ隣り合う２つの出力ポートの出力波長間隔Δλｏを、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ＝０．４ｎｍの１／２となる０．２ｎｍに設定することによって、温度に依存せずに正しく信号数を計数することが可能な信号数監視装置を実現している。
【００２７】
波長多重信号光に含まれる信号光成分のうち、１つの信号光の信号波長が１５５０ｎｍであるとすると、その波長多重信号光に含まれる信号光の信号波長は１５５０ｎｍに対してそれぞれ０．４ｎｍ間隔となるので、光分波器１によって出力波長間隔０．２ｎｍの出力ポート１７1〜１７Nに分波された信号光は、出力ポート１７n、及びこの出力ポート１７nから数えて偶数番目の出力ポート、…、１７n-4（１５４９．２ｎｍ）、１７n-2（１５４９．６ｎｍ）、１７n（１５５０ｎｍ）、１７n+2（１５５０．４ｎｍ）、１７n+4（１５５０．８ｎｍ）、…、によって検出される。
【００２８】
このとき、これら出力ポート１７nから偶数番目の出力ポートで検出された信号数が、入力された波長多重信号光の信号数となる。また、出力ポート１７nから奇数番目の出力ポートでは、信号光は出力・検出されない。
【００２９】
しかしながら、アレイ導波路回折格子型光分波器においては、その各出力ポートの出力波長が例えばｄλ／ｄＴ＝０．１ｎｍ／１０℃程度で大きく温度に依存する。この温度依存性は波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ＝０．４ｎｍに対して無視できない大きさである。
【００３０】
このような温度変化による透過特性の波長シフトを生じた場合、図６に示したように光分波器の出力波長間隔Δλｏを波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉと一致させて０．４ｎｍに設定した信号数監視装置では、温度によって、波長シフトを生じずに各信号光成分がそれぞれ１つの出力ポートから出力・検出される通常の状態と、波長シフトによって各信号波長が隣り合う２つの出力ポートの出力波長の中間領域の波長となってしまい、各信号光成分が２つの出力ポートから出力・検出されて信号数が正しく計数されない状態（このとき、１つの出力ポートで２つの隣り合う信号光が検出される）と、を生じる。
【００３１】
例えば、図６においてｎ番目の出力ポートの出力波長が１５５０ｎｍである状態から温度が２０℃高くなると、各出力ポートの透過波長特性は長波長側へ０．２ｎｍだけ波長シフトする。このとき、ｎ番目の出力ポートの出力波長は１５５０．２ｎｍに、ｎ−１番目の出力ポートの出力波長は１５４９．８ｎｍとなって、信号波長１５５０ｎｍの信号光はこれらの２つの出力ポートの両方から出力・検出されてしまう。信号数監視装置は、これらの状態を区別することができないので、結局このような温度変化による波長シフトは誤作動の原因となる。
【００３２】
また、１つの信号光が２つの出力ポートから出力・検出されることがないように、各出力ポートの透過波長特性の帯域幅を狭く設定すると、逆に温度によって信号光がどの出力ポートによっても出力・検出されない状態を生じてしまい、結局誤作動を生じる。
【００３３】
一方、信号光監視装置に用いるアレイ導波路回折格子型光分波器の温度を常時一定に保つように温度制御を行うことによって、上記の波長シフトの発生を防止して正しく信号数が計数される信号数監視装置とすることが可能である。しかしながら、このように光分波器を構成した場合には装置が大型化し、また製造工程が複雑化するとともに製造コストが高くなってしまうという問題を生じる。
【００３４】
これに対して、図１に示した実施形態による信号数監視装置においては、図２にその透過波長特性を示したように、各出力ポート１７1〜１７Nの出力波長間隔Δλｏを、信号数計数の対象である波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉの１／２に設定している。これによって、１つの出力ポートから波長多重信号光の各チャンネルのうち２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止される。
【００３５】
以下に、このような構成による信号数監視装置の作用を説明するとともに、この装置において、温度に依存せず正しい信号数を計数する計数方法の一例について説明する。
【００３６】
ある信号波長（例えば１５５０ｎｍ）の信号光成分の検出について、温度Ｔ０においてその信号波長が出力ポート１７nの出力波長と一致して、この信号光成分が出力ポート１７nによって出力されてフォトダイオード２nで検出されているとする。この状態から温度が変化していくと、各出力ポートの図２に示した透過波長特性の特性曲線が、ｄλ／ｄＴ＝０．１ｎｍ／１０℃の温度依存性で長波長側方向（図２中の右側方向）にシフトしていく。
【００３７】
このとき、その特定の信号波長の信号光成分が各フォトダイオード２1〜２Nによって検出されて得られる受光パワーＰの温度による変化を図３に示す。ここで、フォトダイオード２iから出力される受光パワーをＰｉとし、それらの最大パワーをＰｍａｘとする。図３においては、この最大パワーＰｍａｘを０ｄＢに規格化して受光パワー変化を示している。
【００３８】
各フォトダイオードにおける信号光検出の有無は、フォトダイオードアレイ２に接続された計数装置３においてあらかじめ設定された受光パワーの閾値レベルＰｔｈによって判別され、閾値Ｐｔｈ以上の受光パワー出力Ｐがあれば信号光を検出したものとして計数する。このとき、信号光の信号波長が出力ポート１７nの出力波長の中心領域内にある温度Ｔ０周辺の図３に示した温度範囲Ａ内においては、この信号光は出力ポート１７nのみによって検出される。
【００３９】
温度がＴ０から上昇して温度範囲Ｂ内になると、信号光の信号波長は出力ポート１７n及び出力ポート１７n-1の出力波長の中間領域内となり、信号光はこれら隣り合う２つのの出力ポート１７n及び１７n-1の両方によって出力・検出される。さらに温度が上がって温度範囲Ｃ内になると、信号光の信号波長は出力ポート１７n-1の出力波長の中心領域内となるので、信号光は出力ポート１７n-1のみによって検出される。
【００４０】
特定の信号光のフォトダイオードアレイ２による検出は、以上述べたように温度変化に伴って、単一の出力ポートに接続されたフォトダイオードによって検出される状態と、隣り合う２つの出力ポートに接続された２つのフォトダイオードによって検出される状態と、を繰り返す。ここで、出力波長間隔Δλｏは信号波長間隔Δλｉの１／２（１／整数）であるから、波長多重信号光全体としては、各信号光がいずれも単一の出力ポートによってそれぞれ検出される状態と、いずれも隣り合う２つの出力ポートによってそれぞれ検出される状態とを繰り返すことになる。
【００４１】
これに対して、Ｎ個の出力ポート１７1〜１７Nを奇数番目の出力ポート１７1、１７3、１７5、…、からなる第１出力ポート群１７ａと、偶数番目の出力ポート１７2、１７4、１７6、…、からなる第２出力ポート群１７ｂと、の２つの出力ポート群に分け、フォトダイオードアレイ２からの受光信号出力によって信号数の算出・計数を行う計数装置３において、それぞれの出力ポート群１７ａ、１７ｂに対応するフォトダイオード群に対して信号光を検出したフォトダイオード数である検出数をそれぞれ求めると、２つの検出数のうち大きい検出数が温度変化によらず常に波長多重信号光の信号数となる。
【００４２】
すなわち、出力波長間隔Δλｏが信号波長間隔Δλｉ／２として設定された光分波器１、及びそれに接続されたフォトダイオードアレイ２によって信号監視装置を構成することによって、１つの出力ポートから波長多重信号光の各チャンネルのうち２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止されて、温度変化による透過波長特性のずれに対応した計数を行うことが可能な構成となり、したがって、温度に依存せず常に正しく信号数を計数することができる信号数監視装置を得ることができる。
【００４３】
さらに、上記のように計数装置３における信号光の検出判別及び信号数の算出・計数方法を設定することによって、温度によらず常に正しい信号数を効率的に計数することができる信号数監視装置が得られる。
【００４４】
この信号数監視装置によれば、アレイ導波路回折格子型光分波器１の温度制御を行う必要がないので、装置を小型化することができ、また、製造工程を簡単化して製造コストを低減させることができる。
【００４５】
上記した波長多重信号数監視装置の好適な設定・構成等について、さらに説明する。ここで、波長多重信号光の信号波長間隔（チャンネル間隔）は上記と同様にΔλｉ＝０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、最大の信号チャンネル数をＮｃｈ＝３２ｃｈとし、また、許容される最大温度変化を±Ｔｍａｘ＝±６０℃とする。ただし、許容温度範囲については、この範囲に限らず個々の装置に対して必要な範囲に設定すれば良い。
【００４６】
まず、光分波器１の出力ポート数Ｎの設定について説明する。
【００４７】
上記した条件において、光分波器１の出力ポート数及びフォトダイオードアレイ２のフォトダイオード数であるＮは、上記したＮｃｈの波長範囲（Ｎｃｈ×Δλｉ）と、その長波長側及び短波長側の両側への温度による波長変動範囲（それぞれＴｍａｘ×ｄλ／ｄＴ、但しｄλ／ｄＴは出力波長の温度依存性）と、を合わせた全波長範囲によって設定することが好ましい。
【００４８】
そのような好適な出力ポート数は、以下の式
Ｎ＝（Ｎｃｈ×Δλｉ＋２×Ｔｍａｘ×ｄλ／ｄＴ）／（Δλｏ）
＝（３２×０．４ｎｍ＋２×６０℃×０．１ｎｍ／１０℃）／０．２ｎｍ
＝７２（個）
によって、上記した例に対しては７２個と求められる。このＮの設定によって、±６０℃の温度変化範囲の全体に対して対応可能な構成とすることができる。ただし、例えばＮ＝７２個よりも多い数として波長範囲を広めに設定するなど、それ以外の個数としても良い。
【００４９】
次に、計数装置３における信号光検出の判別に用いる受光パワーの閾値レベルＰｔｈの設定について説明する。
【００５０】
閾値レベルＰｔｈは、出力ポートの中心波長での透過損失に対応する受光パワーよりも小さく、かつ、その出力ポートの中心波長での隣り合う出力ポートの透過損失に対応する受光パワーよりも大きい所定の受光パワー値に設定される。これによって、出力ポートの中心波長近傍ではその出力ポートのみから信号光が出力・検出される条件となるので、上記のように波長範囲（温度範囲）の全体について１つまたは２つのフォトダイオードで信号光が検出される状態を実現することができる。
【００５１】
さらに好ましくは、この閾値レベルＰｔｈは、信号光による受光パワーレベルと、他チャンネルからの漏れ光による受光パワーレベル（バックグラウンドレベル）とを充分に判別可能な値に設定することが好ましい。図４に、単一の出力ポートに対する透過波長特性曲線を示す。閾値レベルＰｔｈは、好ましくは、図示した曲線の中心波長における損失レベルの最小値Ｌ０と、漏れ光によるバックグラウンドレベルの最小値Ｌｂｇとから、以下の式
Ｄ＝Ｌ０−Ｌｂｇ＋１０×ｌｏｇ（Ｎｃｈ）
＝５．０−４４．２＋１５．１＝−２４．１（ｄＢ）
で求められた値Ｄ（上記した例においては−２４．１ｄＢ）を用いて、
Ｐｔｈ＝Ｐｍａｘ＋Ｄ
によって設定される。
【００５２】
計数装置３は、フォトダイオード２iからの受光パワーＰｉがこの閾値Ｐｔｈよりも大きければ、対応する出力ポート１７iから信号光が出力・検出されたものとし、閾値Ｐｔｈよりも小さければ信号光は出力・検出されていないとすることによって、信号光検出の判別を行う。例えば、図３においてはＰｍａｘが０ｄＢに規格化されているので、Ｐｔｈ＝Ｄ＝−２４．１ｄＢとして示してある。
【００５３】
なお、波長多重伝送システムにおいては、信号光の各チャンネル間でパワーのばらつきを生じる場合が多いが、上記の値Ｄの大きさを、そのばらつきの程度よりも充分大きくなるように設定して、ばらつきの影響を受けないようにすることが好ましい。実際には、そのばらつきは５ｄＢ程度であり、この値は上記した閾値の大きさ２４．１ｄＢよりも充分に小さい。
【００５４】
また、信号光の各チャンネル間の信号波長間隔についても０．１ｎｍ程度のばらつきを生じる場合があるが、例えば上記の実施形態においては０．１５ｎｍ以下のばらつきであれば問題はない。
【００５５】
また、図２に示した光分波器１の各出力ポートの透過波長特性について、隣り合う出力ポートの透過特性のオーバーラップを充分大きく設定することが好ましい。オーバーラップが小さすぎる（それぞれの帯域幅が狭すぎる）と、信号波長が出力波長の中間領域の波長になった場合に、どの出力ポートからも出力・検出されないか、またはその受光パワーが小さい状態となる。そのような状態を防止するため、オーバーラップを充分に大きくして、波長シフトを生じても常にどれかの出力ポートから充分なパワーで出力されるように設定する。そのための好適な条件としては、出力ポートの中心波長における透過損失に対して、中心波長からΔλｏ／２ずれた波長における透過損失の増加分（図２に示したΔＬ）を＋４ｄＢよりも小さく設定することが望ましい。
【００５６】
本発明による波長多重信号数監視装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形・設定の変更が可能である。
【００５７】
図５は、本発明に係る波長多重信号数監視装置の他の実施形態を示す構成図である。本実施形態においては、光分波器１にＮ本の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nが形成されておらず、第２スラブ導波路１５に対してフォトダイオードアレイ２が直接接続されている。
【００５８】
このような構成においても、第２スラブ導波路１５の出力端では所定の波長分散によって信号光が連続的に分波されているので、その出力端のうちフォトダイオードアレイ２の各フォトダイオード２1〜２Nに接続されている部位をそれぞれ出力ポート１７1〜１７Nとして機能させて、図１に示した実施形態と同様の信号数監視装置を実現することができる。これ以外にも、様々な形態のアレイ導波路回折格子型光分波器を用いることが可能である。
【００５９】
また、光分波器における出力波長間隔Δλｏについては、上記した各実施形態においては入力される波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対して１／２に設定されていたが、一般に２以上の整数ｍによって１／ｍに設定することによって、上記の実施形態と同様に温度によらずに信号数を正しく計数する信号数監視装置とすることができる。
【００６０】
たとえば、Δλｏ＝Δλｉ／３とした場合には、Ｎ個の出力ポート１７1〜１７Nを、出力ポート１７1、１７4、１７7、…、からなる第１出力ポート群１７ａと、出力ポート１７2、１７5、１７8、…、からなる第２出力ポート群１７ｂと、出力ポート１７3、１７6、１７9、…、からなる第３出力ポート群１７ｃとの３つの出力ポート群に分け、各出力ポート群に対して検出数を求めて、３つの検出数のうち最大の検出数を波長多重信号光の信号数とすることによって、温度に依存しない信号数監視装置が実現される。
【００６１】
４以上の整数ｍに対しても、同様に、Ｎ個（複数）の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートを組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して検出数を求めて、ｍ個の検出数のうちで最も大きい検出数を信号数とすれば良い。ただし、上記した実施形態にようにｍ＝２とする設定が、装置構成を簡単化・小型化することができる点で好ましい。
【００６２】
また、計数装置における信号数の計数処理方法については、上記した実施形態について説明した計数方法に限られず、各出力ポートの透過特性や閾値の設定等に応じて、他の方法による計数処理を行っても良い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明による波長多重信号数監視装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、波長多重信号光の各チャンネルの信号光を分波する光分波器として、各出力ポートの出力波長の出力波長間隔Δλｏが波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対してΔλｏ＝Δλｉ／ｍ（ｍ＝２、３、４、…）となるように透過特性が設定されたアレイ導波路回折格子型光分波器を用い、その出力を受光素子アレイを構成している受光素子で検出して計数手段で信号数を算出する構成とする。これによって、波長シフト発生時に１つの出力ポート及びそれに対応する受光素子から同時に２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止されるなど、温度変化による透過波長特性のずれの発生に対応した計数を行うことが可能な構成となる。したがって、上記した構成によって、温度に依存せず常に正しく信号数を計数することができる信号数監視装置が実現される。
【００６４】
このとき、アレイ導波路回折格子型光分波器を温度制御する必要がなくなるので、装置を小型化することができ、また、その製造工程を簡単化して製造コストを低減することが可能となる。また、温度依存性の影響を生じないように温度状態を制御するのではなく、一定の装置構成によって計数の温度依存性を解消するので、計数の信頼性がより向上された装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長多重信号数監視装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した波長多重信号数監視装置における出力ポートの透過波長特性を示すグラフである。
【図３】特定の信号波長の信号光に対する各出力ポートの受光パワーの温度依存性を示すグラフである。
【図４】出力ポートの透過波長特性の受光パワーレベル及びバックグラウンドレベルを説明するためのグラフである。
【図５】波長多重信号数監視装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図６】従来の波長多重信号数監視装置における出力ポートの透過波長特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…アレイ導波路回折格子型光分波器、１０…基板、１１…入力ポート、１２…入力側チャネル導波路、１３…第１スラブ導波路、１４…アレイ導波路部、１５…第２スラブ導波路、１６1〜１６N…出力側チャネル導波路、１７1〜１７N…出力ポート、
２…フォトダイオードアレイ、２1〜２N…フォトダイオード、
３…計数装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長分割多重方式による光通信システムにおいて、波長多重信号光の信号数を監視する波長多重信号数監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化社会の到来による社会的ニーズから、光ファイバ伝送路網を利用した画像通信などの大容量高速通信や、国際通信などの長距離通信に関する研究開発が盛んに行われている。ここで、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、光ファイバ線路に多波長の信号光（波長の異なる複数の信号光）を伝送させることにより高速・大容量の光通信を行うものであって、近年のインターネット等による通信需要の急増などに対応するものとして開発と導入が進められている。
【０００３】
このような波長多重伝送システムにおいては、伝送される信号光の信号数（チャンネル数）が変化した場合に、光増幅器での過渡的な増幅率変動などにより各信号光のパワーが変化してしまうことがある。このような信号数変化によるパワー変動現象は、伝送されている信号光の信号チャンネル数を常に監視することによって、伝送路の損失変化などと区別して特定・検知することができ、これによって光増幅器の制御等を行うことができる。
【０００４】
そのような信号数の監視装置としては、アレイ導波路回折格子型光分波器などの分波器・波長分岐デバイスと、分波された信号光をそれぞれ検出する受光素子との組み合わせによるものがある（例えば、１９９７年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会Ｂ−１０−６０）。
【０００５】
図６は、アレイ導波路回折格子型光分波器の単一の入力ポートから入力された波長多重信号光を、それぞれ所定の出力波長に対応した複数の出力ポートに分岐・分波する場合における各出力ポートの透過特性（出力波長特性）を、隣り合う５つの出力ポートである第ｎ−２〜第ｎ＋２番目の出力ポートについて示すグラフである。ここで、各出力ポートの透過特性曲線における中心波長がそれぞれの出力波長となり、隣り合う出力ポート間の出力波長間隔Δλｏは、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ（図６においてはΔλｉ＝０．４ｎｍ）と一致させて設定される。
【０００６】
このように、各出力ポートの出力波長が各信号光成分の信号波長にそれぞれ対応するように設定されたアレイ導波路回折格子型光分波器に対して波長多重信号光を入力し、分波された信号光出力を各出力ポートに接続されたフォトダイオードなどの受光素子によって検出して、信号光が検出されたフォトダイオード数である検出数を計数することによって、信号数を常時モニタすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アレイ導波路回折格子型光合分波器においては、例えば通常の石英導波路型のものなど、各導波路の透過波長特性の温度依存性が大きく、温度が変化すると中心波長・透過特性曲線がシフトしてしまう。この場合、波長多重信号光の各信号波長と、出力ポートから出力される各出力波長との対応関係がずれてしまい、例えば波長シフトの状態によって１チャンネルの信号光が隣り合う２つの出力ポートから透過・出力され、したがって、１つの出力ポートから隣り合う２チャンネルの信号光が検出されてしまうなど、温度によって正しく信号数を計数することができないという問題を生じる。また、上記のように１チャンネルの信号光が２つの出力ポートに出力されることを防止するために各ポートの透過波長特性の帯域幅を狭く設定すると、逆に信号光がどの出力ポートからも出力・検出されない場合が生じ、結局誤作動してしまう。
【０００８】
また、アレイ導波路回折格子型光分波器の温度を一定に保持するように温度制御を行うことによって、上記した波長シフトを防いで常に信号数を正しく計数可能な監視装置とすることができる。しかしながら、この場合、アレイ導波路回折格子型光分波器に付設する温度制御手段によって、装置サイズの大型化や、製造コスト高となるなどの問題がある。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、温度に依存せず正しく信号数を計数することができる波長多重信号数監視装置を提供することを目的とする。
【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ために、本発明による波長多重信号数監視装置は、信号波長間隔Δλｉでそれぞれ異なる信号波長を有する複数の信号光からなる波長多重信号光の信号数を監視するための波長多重信号数監視装置であって、（１）基板上に、入力ポートと、出力波長間隔Δλｏでそれぞれ異なる出力波長の信号光成分を透過・出力させる複数の出力ポートと、を備えて形成されたアレイ導波路回折格子型光分波器と、（２）複数の出力ポートのそれぞれに対して、出力ポートから出力される信号光を検出するように接続・設置された複数の受光素子を備えて構成された受光素子アレイと、（３）受光素子アレイに接続され、それぞれの受光素子での信号光の検出の有無を判別して信号数を算出する計数手段と、を有するとともに、（４）出力波長間隔Δλｏは、信号波長間隔Δλｉに対してΔλｏ＝Δλｉ／ｍ（ただしｍは２以上の整数）として設定され、計数手段は、複数の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートをそれぞれ組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して、信号光が検出された出力ポートの数をその出力ポート群での検出数とし、ｍ組の出力ポート群に対してそれぞれ求められた検出数のうち、最も大きい検出数を信号数とすることを特徴とする。
【００１１】
上記のように、アレイ導波路回折格子型光分波器の出力ポートの出力波長間隔Δλｏを、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対して２以上の整数分の１に設定し、それらからの出力を受光素子アレイの受光素子でそれぞれ検出して計数手段において信号数を算出することによって、１つの出力ポートから２チャンネルの信号光が出力されることがなくなって、温度変化による透過波長特性のずれが生じても常に正しく信号数を計数することが可能な信号数監視装置を得ることができる。
【００１２】
このとき、光分波器を温度制御する必要がなくなるので、装置を小型化することができ、また、その製造工程を簡単化して製造コストを低減することが可能となる。
【００１３】
また、計数手段は、複数の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートをそれぞれ組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して、信号光が検出された出力ポートの数をその出力ポート群での検出数とし、ｍ組の出力ポート群に対してそれぞれ求められた検出数のうち、最も大きい検出数を信号数とすることを特徴とする。
【００１４】
波長多重信号光に含まれる各信号光成分は、温度変化に伴う波長シフトによって、単一の出力ポートで出力・検出される状態と、隣り合う２つの出力ポートで出力・検出される状態とを繰り返す。このとき、例えばｍ＝２の場合であれば偶数番目の第１出力ポート群及び奇数番目の第２出力ポート群に区分するなど、ｍ組の出力ポート群に出力ポートを区分・分類することによって、各出力ポート群での検出数の最大値を波長多重信号光の信号数と一致させることができる。
【００１５】
また、出力波長間隔Δλｏは、Δλｏ＝Δλｉ／２として設定されていることを特徴としても良い。波長間隔の分割数ｍは２以上の任意の整数とすることが可能であるが、特にｍ＝２とすることが、装置を簡単化するために好ましい。
【００１６】
さらに、それぞれの出力ポートでの信号光の透過波長特性において、出力ポートの中心波長における透過損失に対して、中心波長からΔλｏ／２ずれた波長における透過損失の増加分が＋４ｄＢよりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
このように透過波長特性が設定されて、隣り合う出力ポートの透過特性のオーバーラップが充分に大きくなるように構成された光分波器を用いることによって、波長がシフトして信号波長が隣り合う出力ポートの出力波長の間にある場合でも、いずれかの受光素子から充分な強度で検出されるように構成することができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による波長多重信号数監視装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１９】
図１は、本発明に係る波長多重信号数監視装置の一実施形態を示す構成図である。この波長多重信号数監視装置は、アレイ導波路回折格子型光分波器１（以下、単に光分波器ともいう）と、フォトダイオードアレイ２と、を有して構成されている。なお、光分波器１は、入出力端を入れ換えることによって光合波器として機能するアレイ導波路回折格子型光合分波器であるが、本波長多重信号数監視装置においては、光分波器としてのみ用いている。また、以下においては信号数監視の対象とする波長多重信号光の隣り合う信号光成分の信号波長間隔をΔλｉ＝０．４ｎｍとする。
【００２０】
光分波器１は、その端部を入力ポート１１とする１本の入力側チャネル導波路１２と、この入力側チャネル導波路１２に接続された第１スラブ導波路１３と、この第１スラブ導波路１３に接続され各々の光路長が互いに異なる複数のチャネル導波路からなるアレイ導波路部１４と、このアレイ導波路部１４に接続された第２スラブ導波路１５と、この第２スラブ導波路１５に接続され、その端部をそれぞれ出力ポート１７1〜１７NとするＮ本（ただし、Ｎは複数）の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nとが、基板１０上に形成されたものである。
【００２１】
この光分波器１に、入力ポート１１から信号波長の異なる複数の信号光からなる波長多重信号光が入力されると、入力された光は入力側チャネル導波路１２、第１スラブ導波路１３、アレイ導波路部１４、及び第２スラブ導波路１５を順次に経て導波される間に分波される。分波された各波長の信号光成分それぞれは、複数の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nに分岐・導波されて、対応する出力ポート１７1〜１７Nからそれぞれ出力される。
【００２２】
光分波器１の出力ポート１７1〜１７Nが形成された端部には、フォトダイオードアレイ２が接続されている。このフォトダイオードアレイ２はＮ個のフォトダイオード２1〜２Nを有して構成されている。これらのフォトダイオード２1〜２Nは出力ポート１７1〜１７Nに、それぞれｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）のフォトダイオード２iとｉ番目の出力ポート１７iとが対応・接続されるように配置されている。したがって、ｉ番目の出力側チャネル導波路１６iに分波された信号光は、出力ポート１７iから出力されてフォトダイオード２iによって検出される。
【００２３】
フォトダイオードアレイ２には計数装置３が接続されており、各フォトダイオード２1〜２Nの出力信号は、この計数装置３にそれぞれ入力される。計数装置３は、信号レベルに対する閾値などの所定の判別条件によって各フォトダイオード２1〜２Nについて信号光検出の有無を判別し、その判別結果に基づいて波長多重信号光でその時点において伝送されている信号光の信号数を算出・計数して出力する。
【００２４】
図２は、図１に示した実施形態において各出力側チャネル導波路１６iを透過・導波されて出力ポート１７iから出力される信号光成分の透過波長特性を示すグラフである。このグラフにおいては、特定の温度（例えば常温）における透過特性の例について、ｎ番目の出力ポート１７nの出力波長（透過特性分布曲線の中心波長）を波長１５５０ｎｍとし、その前後の７つの出力ポート１７n-3〜１７n+3の透過波長特性を示す特性曲線をそれぞれ示してある。
【００２５】
ここで、横軸は信号光の波長λ（ｎｍ）、縦軸は各出力ポート１７i（ｉ＝ｎ−３〜ｎ＋３）に対応する損失特性（ｄＢ）を示し、損失値が小さい波長範囲の信号光成分がその出力ポートから透過・出力される出力波長成分、その波長範囲の中心波長がその出力ポートの出力波長となる。なお、図中の各曲線にはその出力ポート番号ｎ−３〜ｎ＋３を付してある。
【００２６】
本実施形態においては、それぞれ隣り合う２つの出力ポートの出力波長間隔Δλｏを、波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ＝０．４ｎｍの１／２となる０．２ｎｍに設定することによって、温度に依存せずに正しく信号数を計数することが可能な信号数監視装置を実現している。
【００２７】
波長多重信号光に含まれる信号光成分のうち、１つの信号光の信号波長が１５５０ｎｍであるとすると、その波長多重信号光に含まれる信号光の信号波長は１５５０ｎｍに対してそれぞれ０．４ｎｍ間隔となるので、光分波器１によって出力波長間隔０．２ｎｍの出力ポート１７1〜１７Nに分波された信号光は、出力ポート１７n、及びこの出力ポート１７nから数えて偶数番目の出力ポート、…、１７n-4（１５４９．２ｎｍ）、１７n-2（１５４９．６ｎｍ）、１７n（１５５０ｎｍ）、１７n+2（１５５０．４ｎｍ）、１７n+4（１５５０．８ｎｍ）、…、によって検出される。
【００２８】
このとき、これら出力ポート１７nから偶数番目の出力ポートで検出された信号数が、入力された波長多重信号光の信号数となる。また、出力ポート１７nから奇数番目の出力ポートでは、信号光は出力・検出されない。
【００２９】
しかしながら、アレイ導波路回折格子型光分波器においては、その各出力ポートの出力波長が例えばｄλ／ｄＴ＝０．１ｎｍ／１０℃程度で大きく温度に依存する。この温度依存性は波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉ＝０．４ｎｍに対して無視できない大きさである。
【００３０】
このような温度変化による透過特性の波長シフトを生じた場合、図６に示したように光分波器の出力波長間隔Δλｏを波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉと一致させて０．４ｎｍに設定した信号数監視装置では、温度によって、波長シフトを生じずに各信号光成分がそれぞれ１つの出力ポートから出力・検出される通常の状態と、波長シフトによって各信号波長が隣り合う２つの出力ポートの出力波長の中間領域の波長となってしまい、各信号光成分が２つの出力ポートから出力・検出されて信号数が正しく計数されない状態（このとき、１つの出力ポートで２つの隣り合う信号光が検出される）と、を生じる。
【００３１】
例えば、図６においてｎ番目の出力ポートの出力波長が１５５０ｎｍである状態から温度が２０℃高くなると、各出力ポートの透過波長特性は長波長側へ０．２ｎｍだけ波長シフトする。このとき、ｎ番目の出力ポートの出力波長は１５５０．２ｎｍに、ｎ−１番目の出力ポートの出力波長は１５４９．８ｎｍとなって、信号波長１５５０ｎｍの信号光はこれらの２つの出力ポートの両方から出力・検出されてしまう。信号数監視装置は、これらの状態を区別することができないので、結局このような温度変化による波長シフトは誤作動の原因となる。
【００３２】
また、１つの信号光が２つの出力ポートから出力・検出されることがないように、各出力ポートの透過波長特性の帯域幅を狭く設定すると、逆に温度によって信号光がどの出力ポートによっても出力・検出されない状態を生じてしまい、結局誤作動を生じる。
【００３３】
一方、信号光監視装置に用いるアレイ導波路回折格子型光分波器の温度を常時一定に保つように温度制御を行うことによって、上記の波長シフトの発生を防止して正しく信号数が計数される信号数監視装置とすることが可能である。しかしながら、このように光分波器を構成した場合には装置が大型化し、また製造工程が複雑化するとともに製造コストが高くなってしまうという問題を生じる。
【００３４】
これに対して、図１に示した実施形態による信号数監視装置においては、図２にその透過波長特性を示したように、各出力ポート１７1〜１７Nの出力波長間隔Δλｏを、信号数計数の対象である波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉの１／２に設定している。これによって、１つの出力ポートから波長多重信号光の各チャンネルのうち２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止される。
【００３５】
以下に、このような構成による信号数監視装置の作用を説明するとともに、この装置において、温度に依存せず正しい信号数を計数する計数方法の一例について説明する。
【００３６】
ある信号波長（例えば１５５０ｎｍ）の信号光成分の検出について、温度Ｔ０においてその信号波長が出力ポート１７nの出力波長と一致して、この信号光成分が出力ポート１７nによって出力されてフォトダイオード２nで検出されているとする。この状態から温度が変化していくと、各出力ポートの図２に示した透過波長特性の特性曲線が、ｄλ／ｄＴ＝０．１ｎｍ／１０℃の温度依存性で長波長側方向（図２中の右側方向）にシフトしていく。
【００３７】
このとき、その特定の信号波長の信号光成分が各フォトダイオード２1〜２Nによって検出されて得られる受光パワーＰの温度による変化を図３に示す。ここで、フォトダイオード２iから出力される受光パワーをＰｉとし、それらの最大パワーをＰｍａｘとする。図３においては、この最大パワーＰｍａｘを０ｄＢに規格化して受光パワー変化を示している。
【００３８】
各フォトダイオードにおける信号光検出の有無は、フォトダイオードアレイ２に接続された計数装置３においてあらかじめ設定された受光パワーの閾値レベルＰｔｈによって判別され、閾値Ｐｔｈ以上の受光パワー出力Ｐがあれば信号光を検出したものとして計数する。このとき、信号光の信号波長が出力ポート１７nの出力波長の中心領域内にある温度Ｔ０周辺の図３に示した温度範囲Ａ内においては、この信号光は出力ポート１７nのみによって検出される。
【００３９】
温度がＴ０から上昇して温度範囲Ｂ内になると、信号光の信号波長は出力ポート１７n及び出力ポート１７n-1の出力波長の中間領域内となり、信号光はこれら隣り合う２つのの出力ポート１７n及び１７n-1の両方によって出力・検出される。さらに温度が上がって温度範囲Ｃ内になると、信号光の信号波長は出力ポート１７n-1の出力波長の中心領域内となるので、信号光は出力ポート１７n-1のみによって検出される。
【００４０】
特定の信号光のフォトダイオードアレイ２による検出は、以上述べたように温度変化に伴って、単一の出力ポートに接続されたフォトダイオードによって検出される状態と、隣り合う２つの出力ポートに接続された２つのフォトダイオードによって検出される状態と、を繰り返す。ここで、出力波長間隔Δλｏは信号波長間隔Δλｉの１／２（１／整数）であるから、波長多重信号光全体としては、各信号光がいずれも単一の出力ポートによってそれぞれ検出される状態と、いずれも隣り合う２つの出力ポートによってそれぞれ検出される状態とを繰り返すことになる。
【００４１】
これに対して、Ｎ個の出力ポート１７1〜１７Nを奇数番目の出力ポート１７1、１７3、１７5、…、からなる第１出力ポート群１７ａと、偶数番目の出力ポート１７2、１７4、１７6、…、からなる第２出力ポート群１７ｂと、の２つの出力ポート群に分け、フォトダイオードアレイ２からの受光信号出力によって信号数の算出・計数を行う計数装置３において、それぞれの出力ポート群１７ａ、１７ｂに対応するフォトダイオード群に対して信号光を検出したフォトダイオード数である検出数をそれぞれ求めると、２つの検出数のうち大きい検出数が温度変化によらず常に波長多重信号光の信号数となる。
【００４２】
すなわち、出力波長間隔Δλｏが信号波長間隔Δλｉ／２として設定された光分波器１、及びそれに接続されたフォトダイオードアレイ２によって信号監視装置を構成することによって、１つの出力ポートから波長多重信号光の各チャンネルのうち２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止されて、温度変化による透過波長特性のずれに対応した計数を行うことが可能な構成となり、したがって、温度に依存せず常に正しく信号数を計数することができる信号数監視装置を得ることができる。
【００４３】
さらに、上記のように計数装置３における信号光の検出判別及び信号数の算出・計数方法を設定することによって、温度によらず常に正しい信号数を効率的に計数することができる信号数監視装置が得られる。
【００４４】
この信号数監視装置によれば、アレイ導波路回折格子型光分波器１の温度制御を行う必要がないので、装置を小型化することができ、また、製造工程を簡単化して製造コストを低減させることができる。
【００４５】
上記した波長多重信号数監視装置の好適な設定・構成等について、さらに説明する。ここで、波長多重信号光の信号波長間隔（チャンネル間隔）は上記と同様にΔλｉ＝０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、最大の信号チャンネル数をＮｃｈ＝３２ｃｈとし、また、許容される最大温度変化を±Ｔｍａｘ＝±６０℃とする。ただし、許容温度範囲については、この範囲に限らず個々の装置に対して必要な範囲に設定すれば良い。
【００４６】
まず、光分波器１の出力ポート数Ｎの設定について説明する。
【００４７】
上記した条件において、光分波器１の出力ポート数及びフォトダイオードアレイ２のフォトダイオード数であるＮは、上記したＮｃｈの波長範囲（Ｎｃｈ×Δλｉ）と、その長波長側及び短波長側の両側への温度による波長変動範囲（それぞれＴｍａｘ×ｄλ／ｄＴ、但しｄλ／ｄＴは出力波長の温度依存性）と、を合わせた全波長範囲によって設定することが好ましい。
【００４８】
そのような好適な出力ポート数は、以下の式
Ｎ＝（Ｎｃｈ×Δλｉ＋２×Ｔｍａｘ×ｄλ／ｄＴ）／（Δλｏ）
＝（３２×０．４ｎｍ＋２×６０℃×０．１ｎｍ／１０℃）／０．２ｎｍ
＝７２（個）
によって、上記した例に対しては７２個と求められる。このＮの設定によって、±６０℃の温度変化範囲の全体に対して対応可能な構成とすることができる。ただし、例えばＮ＝７２個よりも多い数として波長範囲を広めに設定するなど、それ以外の個数としても良い。
【００４９】
次に、計数装置３における信号光検出の判別に用いる受光パワーの閾値レベルＰｔｈの設定について説明する。
【００５０】
閾値レベルＰｔｈは、出力ポートの中心波長での透過損失に対応する受光パワーよりも小さく、かつ、その出力ポートの中心波長での隣り合う出力ポートの透過損失に対応する受光パワーよりも大きい所定の受光パワー値に設定される。これによって、出力ポートの中心波長近傍ではその出力ポートのみから信号光が出力・検出される条件となるので、上記のように波長範囲（温度範囲）の全体について１つまたは２つのフォトダイオードで信号光が検出される状態を実現することができる。
【００５１】
さらに好ましくは、この閾値レベルＰｔｈは、信号光による受光パワーレベルと、他チャンネルからの漏れ光による受光パワーレベル（バックグラウンドレベル）とを充分に判別可能な値に設定することが好ましい。図４に、単一の出力ポートに対する透過波長特性曲線を示す。閾値レベルＰｔｈは、好ましくは、図示した曲線の中心波長における損失レベルの最小値Ｌ０と、漏れ光によるバックグラウンドレベルの最小値Ｌｂｇとから、以下の式
Ｄ＝Ｌ０−Ｌｂｇ＋１０×ｌｏｇ（Ｎｃｈ）
＝５．０−４４．２＋１５．１＝−２４．１（ｄＢ）
で求められた値Ｄ（上記した例においては−２４．１ｄＢ）を用いて、
Ｐｔｈ＝Ｐｍａｘ＋Ｄ
によって設定される。
【００５２】
計数装置３は、フォトダイオード２iからの受光パワーＰｉがこの閾値Ｐｔｈよりも大きければ、対応する出力ポート１７iから信号光が出力・検出されたものとし、閾値Ｐｔｈよりも小さければ信号光は出力・検出されていないとすることによって、信号光検出の判別を行う。例えば、図３においてはＰｍａｘが０ｄＢに規格化されているので、Ｐｔｈ＝Ｄ＝−２４．１ｄＢとして示してある。
【００５３】
なお、波長多重伝送システムにおいては、信号光の各チャンネル間でパワーのばらつきを生じる場合が多いが、上記の値Ｄの大きさを、そのばらつきの程度よりも充分大きくなるように設定して、ばらつきの影響を受けないようにすることが好ましい。実際には、そのばらつきは５ｄＢ程度であり、この値は上記した閾値の大きさ２４．１ｄＢよりも充分に小さい。
【００５４】
また、信号光の各チャンネル間の信号波長間隔についても０．１ｎｍ程度のばらつきを生じる場合があるが、例えば上記の実施形態においては０．１５ｎｍ以下のばらつきであれば問題はない。
【００５５】
また、図２に示した光分波器１の各出力ポートの透過波長特性について、隣り合う出力ポートの透過特性のオーバーラップを充分大きく設定することが好ましい。オーバーラップが小さすぎる（それぞれの帯域幅が狭すぎる）と、信号波長が出力波長の中間領域の波長になった場合に、どの出力ポートからも出力・検出されないか、またはその受光パワーが小さい状態となる。そのような状態を防止するため、オーバーラップを充分に大きくして、波長シフトを生じても常にどれかの出力ポートから充分なパワーで出力されるように設定する。そのための好適な条件としては、出力ポートの中心波長における透過損失に対して、中心波長からΔλｏ／２ずれた波長における透過損失の増加分（図２に示したΔＬ）を＋４ｄＢよりも小さく設定することが望ましい。
【００５６】
本発明による波長多重信号数監視装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形・設定の変更が可能である。
【００５７】
図５は、本発明に係る波長多重信号数監視装置の他の実施形態を示す構成図である。本実施形態においては、光分波器１にＮ本の出力側チャネル導波路１６1〜１６Nが形成されておらず、第２スラブ導波路１５に対してフォトダイオードアレイ２が直接接続されている。
【００５８】
このような構成においても、第２スラブ導波路１５の出力端では所定の波長分散によって信号光が連続的に分波されているので、その出力端のうちフォトダイオードアレイ２の各フォトダイオード２1〜２Nに接続されている部位をそれぞれ出力ポート１７1〜１７Nとして機能させて、図１に示した実施形態と同様の信号数監視装置を実現することができる。これ以外にも、様々な形態のアレイ導波路回折格子型光分波器を用いることが可能である。
【００５９】
また、光分波器における出力波長間隔Δλｏについては、上記した各実施形態においては入力される波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対して１／２に設定されていたが、一般に２以上の整数ｍによって１／ｍに設定することによって、上記の実施形態と同様に温度によらずに信号数を正しく計数する信号数監視装置とすることができる。
【００６０】
たとえば、Δλｏ＝Δλｉ／３とした場合には、Ｎ個の出力ポート１７1〜１７Nを、出力ポート１７1、１７4、１７7、…、からなる第１出力ポート群１７ａと、出力ポート１７2、１７5、１７8、…、からなる第２出力ポート群１７ｂと、出力ポート１７3、１７6、１７9、…、からなる第３出力ポート群１７ｃとの３つの出力ポート群に分け、各出力ポート群に対して検出数を求めて、３つの検出数のうち最大の検出数を波長多重信号光の信号数とすることによって、温度に依存しない信号数監視装置が実現される。
【００６１】
４以上の整数ｍに対しても、同様に、Ｎ個（複数）の出力ポートを、出力波長の波長間隔がΔλｉとなる出力ポートを組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの出力ポート群に対して検出数を求めて、ｍ個の検出数のうちで最も大きい検出数を信号数とすれば良い。ただし、上記した実施形態にようにｍ＝２とする設定が、装置構成を簡単化・小型化することができる点で好ましい。
【００６２】
また、計数装置における信号数の計数処理方法については、上記した実施形態について説明した計数方法に限られず、各出力ポートの透過特性や閾値の設定等に応じて、他の方法による計数処理を行っても良い。
【００６３】
【発明の効果】
本発明による波長多重信号数監視装置は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、波長多重信号光の各チャンネルの信号光を分波する光分波器として、各出力ポートの出力波長の出力波長間隔Δλｏが波長多重信号光の信号波長間隔Δλｉに対してΔλｏ＝Δλｉ／ｍ（ｍ＝２、３、４、…）となるように透過特性が設定されたアレイ導波路回折格子型光分波器を用い、その出力を受光素子アレイを構成している受光素子で検出して計数手段で信号数を算出する構成とする。これによって、波長シフト発生時に１つの出力ポート及びそれに対応する受光素子から同時に２チャンネルの信号光が出力・検出されることが防止されるなど、温度変化による透過波長特性のずれの発生に対応した計数を行うことが可能な構成となる。したがって、上記した構成によって、温度に依存せず常に正しく信号数を計数することができる信号数監視装置が実現される。
【００６４】
このとき、アレイ導波路回折格子型光分波器を温度制御する必要がなくなるので、装置を小型化することができ、また、その製造工程を簡単化して製造コストを低減することが可能となる。また、温度依存性の影響を生じないように温度状態を制御するのではなく、一定の装置構成によって計数の温度依存性を解消するので、計数の信頼性がより向上された装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】波長多重信号数監視装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示した波長多重信号数監視装置における出力ポートの透過波長特性を示すグラフである。
【図３】特定の信号波長の信号光に対する各出力ポートの受光パワーの温度依存性を示すグラフである。
【図４】出力ポートの透過波長特性の受光パワーレベル及びバックグラウンドレベルを説明するためのグラフである。
【図５】波長多重信号数監視装置の他の実施形態を示す構成図である。
【図６】従来の波長多重信号数監視装置における出力ポートの透過波長特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…アレイ導波路回折格子型光分波器、１０…基板、１１…入力ポート、１２…入力側チャネル導波路、１３…第１スラブ導波路、１４…アレイ導波路部、１５…第２スラブ導波路、１６1〜１６N…出力側チャネル導波路、１７1〜１７N…出力ポート、
２…フォトダイオードアレイ、２1〜２N…フォトダイオード、
３…計数装置。
Claims (4)
- 信号波長間隔Δλｉでそれぞれ異なる信号波長を有する複数の信号光からなる波長多重信号光の信号数を監視するための波長多重信号数監視装置であって、
基板上に、入力ポートと、出力波長間隔Δλｏでそれぞれ異なる出力波長の信号光成分を透過・出力させる複数の出力ポートと、を備えて形成されたアレイ導波路回折格子型光分波器と、
前記複数の出力ポートのそれぞれに対して、前記出力ポートから出力される前記信号光を検出するように接続・設置された複数の受光素子を備えて構成された受光素子アレイと、
前記受光素子アレイに接続され、それぞれの前記受光素子での前記信号光の検出の有無を判別して前記信号数を算出する計数手段と、を有するとともに、
前記出力波長間隔Δλｏは、前記信号波長間隔Δλｉに対してΔλｏ＝Δλｉ／ｍ（ただしｍは２以上の整数）として設定され、
前記計数手段は、
前記複数の出力ポートを、前記出力波長の波長間隔がΔλｉとなる前記出力ポートをそれぞれ組としてｍ組の出力ポート群に区分して、それぞれの前記出力ポート群に対して、前記信号光が検出された前記出力ポートの数をその前記出力ポート群での検出数とし、
ｍ組の前記出力ポート群に対してそれぞれ求められた前記検出数のうち、最も大きい前記検出数を前記信号数とすることを特徴とする波長多重信号数監視装置。 - 前記計数手段は、あらかじめ設定された受光パワーの閾値レベルによって、それぞれの前記受光素子での前記信号光の検出の有無を判別することを特徴とする請求項１記載の波長多重信号数監視装置。
- 前記出力波長間隔Δλｏは、Δλｏ＝Δλｉ／２として設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の波長多重信号数監視装置。
- それぞれの前記出力ポートでの前記信号光の透過波長特性において、
前記出力ポートの中心波長における透過損失に対して、前記中心波長からΔλｏ／２ずれた波長における透過損失の増加分が＋４ｄＢよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の波長多重信号数監視装置。
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