JP4356210B2 - 光フィルタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器における信号光の光増幅の利得を等化する利得等化器等として好適に用いられる光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、励起光により励起可能な蛍光物質が添加され信号光を光増幅する光導波路と、この光導波路に励起光を供給する励起手段とを含み、光伝送システムにおける中継局などに設けられる。特に、多波長の信号光を伝送する波長多重伝送システムに用いられる光増幅器は、多波長の信号光それぞれを互いに等しい利得で一括光増幅するとともに、多波長の信号光それぞれのパワーを一定の目標値として出力することが重要である。そこで、このような光増幅器において信号光の光増幅の利得を等化するために、増幅用の光導波路における利得スペクトルと同様の形状の損失スペクトルを有する光フィルタが利得等化器として用いられる。
【０００３】
例えば、文献１「K. Inoue, et al., "Tunable Gain Equalization Using a Mach-Zehnder Optical Filter in Multistage Fiber Amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.3, No.8, pp.718-720 (1991)」や、文献２「H. Toba, et al., "Demonstration of Optical FDM Based Self-Healing Ring Network Employing Arrayed-Waveguide-Grating ADM Filters and EDFAs", ECOC'94, pp.263-266 (1994)」には、マッハツェンダ干渉計を用いた光フィルタにより光増幅器の利得平坦化を図る技術が記載されている。これらの文献に記載された技術は、マッハツェンダ干渉計における各光カプラおよび各分岐光路それぞれの温度を入力信号光パワーに応じて調整することにより、光フィルタの損失傾斜を調整して、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を補償しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、例えば光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保とうとすると、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる必要がある。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれ、光増幅器から出力される多波長の信号光それぞれのパワーが偏差を有することになる。このとき、光フィルタを構成する各マッハツェンダ干渉計における各光カプラおよび各分岐光路それぞれの温度を入力信号光パワーに応じて調整することにより、光フィルタの損失傾斜を調整して、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を補償しようとする。しかし、入力信号光パワーに応じて光フィルタの損失傾斜を変更すると、信号光波長帯域における損失レベルが変動し、光増幅器から光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が変動し劣化する。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光増幅器における利得等化器等として好適に用いられ損失の制御が容易な光フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、(1) 第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、(2) 第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して第１光路と光結合され、第１光路、第１光カプラおよび第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、(3) 第１光路および第２光路の何れかと接続され、第１光カプラおよび第２光カプラを経て入力した光を導波させる第３光路と、(4) 第３光カプラおよび第４光カプラそれぞれを介して第３光路と光結合され、第３光路、第３光カプラおよび第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、(5) 第３光路および第４光路の何れかと接続され、第３光カプラおよび第４光カプラを経て入力した光を導波させる第５光路と、(6) 第５光カプラおよび第６光カプラそれぞれを介して第５光路と光結合され、第５光路、第５光カプラおよび第６光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成し、第５光カプラおよび第６光カプラを経た光を第２光入出力端より出力する第６光路と、(7) 第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、(8) 第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、(9) 第５光カプラと第６光カプラとの間における第５光路および第６光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
そして、この第１の発明に係る光フィルタは、第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第５光カプラと第６光カプラとの間における第５光路および第６光路それぞれの光路長の差をΔＬ3としたときに、これら光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3のうち、何れか２つの光路長差が０でなく、他の１つの光路長差が０である、ことを特徴とする。
【０００８】
この第１の発明に係る光フィルタは、第１光入出力端と第２光入出力端との間を通過する光に対して波長に依存した損失を与えるものであって、第１光入出力端と第２光入出力端との間に３つのマッハツェンダ干渉計が縦続接続された構成である。第１マッハツェンダ干渉計は、第１光路、第２光路、第１光カプラおよび第２光カプラにより構成されている。第２マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第３光カプラおよび第４光カプラにより構成されている。また、第３マッハツェンダ干渉計は、第５光路、第６光路、第５光カプラおよび第６光カプラにより構成されている。そして、３つのマッハツェンダ干渉計それぞれにおける光路長差のうち、何れか２つの光路長差が０でなく、他の１つの光路長差が０である。この第１の発明に係る光フィルタは、各温度調整手段による各光路の温度調整により各マッハツェンダ干渉計における位相変化量が調整されて、所定波長帯域（例えば、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ、または、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０９ｎｍ）において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。
【０００９】
第２の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、(1) 第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、(2) 第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して第１光路と光結合され、第１光路、第１光カプラおよび第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、(3) 第１光路および第２光路の何れかと接続され、第１光カプラおよび第２光カプラを経て入力した光を導波させ第２光入出力端より出力する第３光路と、(4) 第３光カプラ、第４光カプラおよび第５光カプラそれぞれを介して第３光路と光結合され、第３光路、第３光カプラおよび第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成するとともに、第３光路、第４光カプラおよび第５光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、(5) 第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、(6) 第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、(7) 第４光カプラと第５光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
そして、この第２の発明に係る光フィルタは、第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長が互いに異なり、第４光カプラと第５光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長が互いに異なる、ことを特徴とする。
【００１１】
この第２の発明に係る光フィルタは、第１光入出力端と第２光入出力端との間を通過する光に対して波長に依存した損失を与えるものであって、第１光入出力端と第２光入出力端との間に３つのマッハツェンダ干渉計が縦続接続された構成である。第１マッハツェンダ干渉計は、第１光路、第２光路、第１光カプラおよび第２光カプラにより構成されている。第２マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第３光カプラおよび第４光カプラにより構成されている。また、第３マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第４光カプラおよび第５光カプラにより構成されている。すなわち、第２マッハツェンダ干渉計と第３マッハツェンダ干渉計とは、第４光カプラを共有している。そして、第１マッハツェンダ干渉計の光路長差が０であり、第２マッハツェンダ干渉計および第３マッハツェンダ干渉計それぞれの光路長差が０でない。この第２の発明に係る光フィルタは、各温度調整手段による各光路の温度調整により各マッハツェンダ干渉計における位相変化量が調整されて、所定波長帯域（例えば、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ、または、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０９ｎｍ）において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。
【００１２】
第３の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御する第１制御手段と、第１制御手段による光の損失絶対値の制御とは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜を制御する第２制御手段と、を備えることを特徴とする。この第３の光フィルタによれば、所定波長帯域における光の損失絶対値が第１制御手段により制御され、所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜が第２制御手段により制御される。しかも、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御される。
【００１３】
また、第１、第２または第３の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域の帯域幅が３５ｎｍ以上であり、所定波長帯域における光の損失絶対値の制御可能範囲が１０ｄＢ以上であり、所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜の絶対値の制御可能範囲が０〜５ｄＢ／３５ｎｍ以上であるのが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明に係る光フィルタの第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光フィルタ１の構成図である。本実施形態に係る光フィルタ１は、基板１００上に形成された光平面導波路型回路であって、第１光路１１１、第２光路１１２、第３光路１１３、第４光路１１４、第５光路１１５、第６光路１１６およびヒータ１２１〜ヒータ１２６を備えている。
【００１６】
第１光路１１１は、基板１００の一方の端面にある第１光入出力端１０１に入力した光を導波させるものである。第１光路１１１と第２光路１１２とは第１光カプラ１３１および第２光カプラ１３２それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第１マッハツェンダ干渉計１４１を構成している。
【００１７】
ヒータ１２１は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１上に設けられており、この間における第１光路１１１の温度を調整する。ヒータ１２２は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第２光路１１２上に設けられており、この間における第２光路１１２の温度を調整する。ヒータ１２１および１２２は、第１温度調整手段として作用するものであり、第１マッハツェンダ干渉計１４１における第１光路１１１および第２光路１１２の位相変化量Δφ1を調整する。
【００１８】
第３光路１１３は、第２光路１１２と接続されており、第１光カプラ１３１および第２光カプラ１３２を経て入力した光を導波させるものである。第３光路１１３と第４光路１１４とは第３光カプラ１３３および第４光カプラ１３４それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第２マッハツェンダ干渉計１４２を構成している。
【００１９】
ヒータ１２３は、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３上に設けられており、この間における第３光路１１３の温度を調整する。ヒータ１２４は、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第４光路１１４上に設けられており、この間における第４光路１１４の温度を調整する。ヒータ１２３および１２４は、第２温度調整手段として作用するものであり、第２マッハツェンダ干渉計１４２における第３光路１１３および第４光路１１４の位相変化量Δφ2を調整する。
【００２０】
第５光路１１５は、第３光路１１３と接続されており、第３光カプラ１３３および第４光カプラ１３４を経て入力した光を導波させるものである。第５光路１１５と第６光路１１６とは第５光カプラ１３５および第６光カプラ１３６それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第３マッハツェンダ干渉計１４３を構成している。第５光路１１６は、第５光カプラ１３５および第６光カプラ１３６を経た光を第２光入出力端１０２より出力する。
【００２１】
ヒータ１２５は、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５上に設けられており、この間における第５光路１１５の温度を調整する。ヒータ１２６は、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第６光路１１６上に設けられており、この間における第６光路１１６の温度を調整する。ヒータ１２５および１２６は、第３温度調整手段として作用するものであり、第３マッハツェンダ干渉計１４３における第５光路１１５および第６光路１１６の位相変化量Δφ3を調整する。
【００２２】
第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１および第２光路１１２それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３および第４光路１１４それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５および第６光路１１６それぞれの光路長の差をΔＬ3とする。また、第１光カプラ１３１での光のパワー結合率をＣ1とし、第２光カプラ１３２での光のパワー結合率をＣ2とし、第３光カプラ１３３での光のパワー結合率をＣ3とし、第４光カプラ１３４での光のパワー結合率をＣ4とし、第５光カプラ１３５での光のパワー結合率をＣ5とし、第６光カプラ１３６での光のパワー結合率をＣ6とする。また、第１光路１１１〜第６光路１１６それぞれの実効的屈折率をｎcとする。
【００２３】
光フィルタ１の第１光入力端１０１と第２光出力端１０２との間における光の損失は、光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3、位相変化量Δφ1〜Δφ3、パワー結合率Ｃ1〜Ｃ6、実効的屈折率ｎeffおよび光の波長λで表される。すなわち、この光フィルタ１における光の損失は波長λに依存する。そして、その波長依存性は、ヒータ１２１〜１２６による温度調整に基づく位相変化量Δφ1〜Δφ3により調整される。
【００２４】
本実施形態に係る光フィルタ１は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１および第２光路１１２それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３および第４光路１１４それぞれの光路長が互いに異なり、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５および第６光路１１６それぞれの光路長が互いに異なる。
【００２５】
以上のような構成とすることにより、光フィルタ１は、ヒータ１２１〜１２６による温度調整により、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御することができ、また、これとは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜をも制御することができる。以下では、この光フィルタ１の各パラメータの値について、ΔＬ1＝０、ΔＬ2＝２０．８４μｍ、ΔＬ3＝１８．７１μｍ、Ｃ1＝０．５、Ｃ2＝０．５、Ｃ3＝０．１６、Ｃ4＝０．１６、Ｃ5＝０．１３、Ｃ6＝０．８７、ｎeff＝１．４５とする。
【００２６】
図２〜図４それぞれは、第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。図２では、Δφ2＝Δφ3＝０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。この光フィルタ１の損失絶対値は１５ｄＢの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域において、波長変化に対して損失が殆ど変化せず、損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００２７】
図３では、Δφ1＝０°に固定して、Δφ2＝Δφ3＝０°とし、Δφ2＝＋９０°およびΔφ3＝−８１°とし、或いは、Δφ2＝−９０°およびΔφ3＝＋８１°とした。この場合、ヒータ１２３〜１２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける損失傾斜の形状が調整される。この光フィルタ１の損失傾斜は、−５．８ｄＢ／３５ｎｍ〜＋５．８ｄＢ／３５ｎｍの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域の中心波長１５４７ｎｍ付近において、損失絶対値が殆ど変化せず略一定に保たれている。
【００２８】
図４では、Δφ2＝−９０°およびΔφ3＝＋８１°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域において損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係る光フィルタ１は、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が制御される。また、光フィルタ１は、ヒータ１２３〜１２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、上記波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜も制御される。しかも、光フィルタ１は、損失絶対値と損失傾斜とを互いに独立に制御することが可能である。
【００３０】
なお、本実施形態においてヒータ１２１〜１２６に替えてペルチエ素子を設けて、第１光路１１１〜第６光路１１６の温度を上昇または降下させてもよい。ヒータに替えてペルチエを用いる場合、第１光路１１１および第２光路１１２の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第３光路１１３および第４光路１１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、また、第５光路１１５および第６光路１１６の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよい。
【００３１】
本実施形態に係る光フィルタ１は、例えば光増幅器における利得等化器として好適に用いられる。すなわち、光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保つために、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれる。しかし、光増幅器における利得等化器として本実施形態に係る光フィルタ１を用い、入力信号光パワーに応じて光フィルタ１の位相変化量Δφ2およびΔφ3それぞれの値すなわち損失傾斜の値を調整することにより、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を光フィルタ１の損失傾斜で補償することができる。また、光フィルタ１の位相変化量Δφ1の値すなわち損失絶対値を調整することにより、出力信号光パワーを調整することができる。
【００３２】
また、このとき、光フィルタ１の損失傾斜を変更しても、その損失傾斜の形状を維持したまま、光フィルタ１における信号光波長帯域における損失を小さくすることができるので、光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。特に上記のように信号光波長帯域や中心波長が設定される場合には、本実施形態に係る光フィルタ１は、波長１．５５μｍ帯や波長１．５９μｍ帯の多波長の信号光を伝送する光伝送システムにおいて、中継局等に設けられる光増幅器の利得特性を等化する利得等化器として好適に用いられる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る光フィルタの第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る光フィルタ２の構成図である。本実施形態に係る光フィルタ２は、基板２００上に形成された光平面導波路型回路であって、第１光路２１１、第２光路２１２、第３光路２１３、第４光路２１４およびヒータ２２１〜ヒータ２２６を備えている。
【００３４】
第１光路２１１は、基板２００の一方の端面にある第１光入出力端２０１に入力した光を導波させるものである。第１光路２１１と第２光路２１２とは第１光カプラ２３１および第２光カプラ２３２それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第１マッハツェンダ干渉計２４１を構成している。
【００３５】
ヒータ２２１は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１上に設けられており、この間における第１光路２１１の温度を調整する。ヒータ２２２は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第２光路２１２上に設けられており、この間における第２光路２１２の温度を調整する。ヒータ２２１および２２２は、第１温度調整手段として作用するものであり、第１マッハツェンダ干渉計２４１における第１光路２１１および第２光路２１２の位相変化量Δφ1を調整する。
【００３６】
第３光路２１３は、第２光路２１２と接続されており、第１光カプラ２３１および第２光カプラ２３２を経て入力した光を導波させ第２光入出力端２０２より出力するものである。第３光路２１３と第４光路２１４とは、第３光カプラ２３３、第４光カプラ２３４および第５光カプラ２３５それぞれを介して互いに光結合されている。第３光路２１３、第４光路２１４、第３光カプラ２３３および第４光カプラ２３４は、第２マッハツェンダ干渉計２４２を構成している。また、第３光路２１３、第４光路２１４、第４光カプラ２３４および第５光カプラ２３５は、第３マッハツェンダ干渉計２４３を構成している。
【００３７】
ヒータ２２３は、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３上に設けられており、この間における第３光路２１３の温度を調整する。ヒータ２２４は、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第４光路２１４上に設けられており、この間における第４光路２１４の温度を調整する。ヒータ２２３および２２４は、第２温度調整手段として作用するものであり、第２マッハツェンダ干渉計２４２における第３光路２１３および第４光路２１４の位相変化量Δφ2を調整する。
【００３８】
ヒータ２２５は、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３上に設けられており、この間における第３光路２１３の温度を調整する。ヒータ２２６は、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第４光路２１４上に設けられており、この間における第４光路２１４の温度を調整する。ヒータ２２５および２２６は、第３温度調整手段として作用するものであり、第３マッハツェンダ干渉計２４３における第３光路２１３および第４光路２１４の位相変化量Δφ3を調整する。
【００３９】
第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１および第２光路２１２それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長の差をΔＬ3とする。また、第１光カプラ２３１での光のパワー結合率をＣ1とし、第２光カプラ２３２での光のパワー結合率をＣ2とし、第３光カプラ２３３での光のパワー結合率をＣ3とし、第４光カプラ２３４での光のパワー結合率をＣ4とし、第５光カプラ２３５での光のパワー結合率をＣ5とする。また、第１光路２１１〜第６光路２１６それぞれの実効的屈折率をｎcとする。
【００４０】
光フィルタ２の第１光入力端２０１と第２光出力端２０２との間における光の損失は、光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3、位相変化量Δφ1〜Δφ3、パワー結合率Ｃ1〜Ｃ5、実効的屈折率ｎeffおよび光の波長λで表される。すなわち、この光フィルタ２における光の損失は波長λに依存する。そして、その波長依存性は、ヒータ２２１〜２２６による温度調整に基づく位相変化量Δφ1〜Δφ3により調整される。
【００４１】
本実施形態に係る光フィルタ２は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１および第２光路２１２それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長が互いに異なり、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長が互いに異なる。
【００４２】
以上のような構成とすることにより、光フィルタ２は、ヒータ２２１〜２２６による温度調整により、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御することができ、また、これとは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜をも制御することができる。以下では、この光フィルタ２の各パラメータの値について、ΔＬ1＝０、ΔＬ2＝６．９５μｍ、ΔＬ3＝１６．５７μｍ、Ｃ1＝０．５、Ｃ2＝０．５、Ｃ3＝０．２８、Ｃ4＝０．７２、Ｃ5＝０．５、ｎeff＝１．４５とする。
【００４３】
図６〜図８それぞれは、第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。図６では、Δφ2＝Δφ3＝０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。この光フィルタ２の損失絶対値は１５ｄＢの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ２は、この波長帯域において、波長変化に対して損失が殆ど変化せず、損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００４４】
図７では、Δφ1＝０°に固定して、Δφ2＝Δφ3＝０°とし、Δφ2＝＋４０°およびΔφ3＝−４０°とし、或いは、Δφ2＝−４０°およびΔφ3＝＋４０°とした。この場合、ヒータ２２３〜２２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける損失傾斜の形状が調整される。この光フィルタ２の損失傾斜は、−５．２ｄＢ／４０ｎｍ〜＋５．２ｄＢ／４０ｎｍの範囲で調整可能である。また、第１の実施形態の場合の図３と比較して、この光フィルタ２は、この波長帯域において損失絶対値が小さくなっている。
【００４５】
図８では、Δφ2＝＋４０°およびΔφ3＝−４０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。しかし、光フィルタ２は、この波長帯域において損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係る光フィルタ２は、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が制御される。また、光フィルタ２は、ヒータ２２３〜２２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、上記波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜も制御される。しかも、光フィルタ２は、損失絶対値と損失傾斜とを互いに独立に制御することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態においてヒータ２２１〜２２６に替えてペルチエ素子を設けて、第１光路２１１〜第４光路２１４の温度を上昇または降下させてもよい。ヒータに替えてペルチエを用いる場合、第１光路２１１および第２光路２１２の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよい。
【００４８】
本実施形態に係る光フィルタ２は、例えば光増幅器における利得等化器として好適に用いられる。すなわち、光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保つために、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれる。しかし、光増幅器における利得等化器として本実施形態に係る光フィルタ２を用い、入力信号光パワーに応じて光フィルタ２の位相変化量Δφ2およびΔφ3それぞれの値すなわち損失傾斜の値を調整することにより、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を光フィルタ２の損失傾斜で補償することができる。また、光フィルタ２の位相変化量Δφ1の値すなわち損失絶対値を調整することにより、出力信号光パワーを調整することができる。
【００４９】
また、このとき、光フィルタ２の損失傾斜を変更しても、その損失傾斜の形状を維持したまま、光フィルタ２における信号光波長帯域における損失を小さくすることができるので、光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。特に上記のように信号光波長帯域や中心波長が設定される場合には、本実施形態に係る光フィルタ２は、波長１．５５μｍ帯や波長１．５９μｍ帯の多波長の信号光を伝送する光伝送システムにおいて、中継局等に設けられる光増幅器の利得特性を等化する利得等化器として好適に用いられる。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、光フィルタは、各構成要素が基板上に形成され集積化されたものであって、取り扱いが容易である点で好適である。しかし、本発明に係る光フィルタは、各光路が光ファイバからなり、各光カプラが光ファイバカプラからなるものであってもよい。この場合には、この光フィルタを光ファイバ伝送路上に設ける際の挿入損失が小さい点で好適である。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光フィルタは、所定波長帯域において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。したがって、この光フィルタは、例えば光増幅器における利得等化器等として好適に用いられ、入力信号光パワーの変動に伴い光増幅器の光増幅の利得が変動して利得傾斜が生じたとしても、その利得傾斜を補償することができ、また、出力信号光パワーをも調整することができる。また、光フィルタの損失傾斜を変更しても、信号光波長帯域における損失が小さく、信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る光フィルタ１の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る光フィルタ２の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１，２…光フィルタ、１０１…第１光入出力端、１０２…第２光入出力端、１１１…第１光路、１１２…第２光路、１１３…第３光路、１１４…第４光路、１１５…第５光路、１１６…第６光路、１２１〜１２６…ヒータ、１３１…第１光カプラ、１３２…第２光カプラ、１３３…第３光カプラ、１３４…第４光カプラ、１３５…第５光カプラ、１３６…第６光カプラ、１４１…第１マッハツェンダ干渉計、１４２…第２マッハツェンダ干渉計、１４４…第３マッハツェンダ干渉計、２０１…第１光入出力端、１０２…第２光入出力端、２１１…第１光路、２１２…第２光路、２１３…第３光路、２１４…第４光路、２２１〜２２６…ヒータ、２３１…第１光カプラ、２３２…第２光カプラ、２３３…第３光カプラ、２３４…第４光カプラ、２３５…第５光カプラ、２４１…第１マッハツェンダ干渉計、２４２…第２マッハツェンダ干渉計、２４４…第３マッハツェンダ干渉計。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器における信号光の光増幅の利得を等化する利得等化器等として好適に用いられる光フィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅器は、励起光により励起可能な蛍光物質が添加され信号光を光増幅する光導波路と、この光導波路に励起光を供給する励起手段とを含み、光伝送システムにおける中継局などに設けられる。特に、多波長の信号光を伝送する波長多重伝送システムに用いられる光増幅器は、多波長の信号光それぞれを互いに等しい利得で一括光増幅するとともに、多波長の信号光それぞれのパワーを一定の目標値として出力することが重要である。そこで、このような光増幅器において信号光の光増幅の利得を等化するために、増幅用の光導波路における利得スペクトルと同様の形状の損失スペクトルを有する光フィルタが利得等化器として用いられる。
【０００３】
例えば、文献１「K. Inoue, et al., "Tunable Gain Equalization Using a Mach-Zehnder Optical Filter in Multistage Fiber Amplifiers", IEEE Photonics Technology Letters, Vol.3, No.8, pp.718-720 (1991)」や、文献２「H. Toba, et al., "Demonstration of Optical FDM Based Self-Healing Ring Network Employing Arrayed-Waveguide-Grating ADM Filters and EDFAs", ECOC'94, pp.263-266 (1994)」には、マッハツェンダ干渉計を用いた光フィルタにより光増幅器の利得平坦化を図る技術が記載されている。これらの文献に記載された技術は、マッハツェンダ干渉計における各光カプラおよび各分岐光路それぞれの温度を入力信号光パワーに応じて調整することにより、光フィルタの損失傾斜を調整して、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を補償しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、例えば光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保とうとすると、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる必要がある。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれ、光増幅器から出力される多波長の信号光それぞれのパワーが偏差を有することになる。このとき、光フィルタを構成する各マッハツェンダ干渉計における各光カプラおよび各分岐光路それぞれの温度を入力信号光パワーに応じて調整することにより、光フィルタの損失傾斜を調整して、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を補償しようとする。しかし、入力信号光パワーに応じて光フィルタの損失傾斜を変更すると、信号光波長帯域における損失レベルが変動し、光増幅器から光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が変動し劣化する。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、光増幅器における利得等化器等として好適に用いられ損失の制御が容易な光フィルタを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、(1) 第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、(2) 第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して第１光路と光結合され、第１光路、第１光カプラおよび第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、(3) 第１光路および第２光路の何れかと接続され、第１光カプラおよび第２光カプラを経て入力した光を導波させる第３光路と、(4) 第３光カプラおよび第４光カプラそれぞれを介して第３光路と光結合され、第３光路、第３光カプラおよび第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、(5) 第３光路および第４光路の何れかと接続され、第３光カプラおよび第４光カプラを経て入力した光を導波させる第５光路と、(6) 第５光カプラおよび第６光カプラそれぞれを介して第５光路と光結合され、第５光路、第５光カプラおよび第６光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成し、第５光カプラおよび第６光カプラを経た光を第２光入出力端より出力する第６光路と、(7) 第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、(8) 第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、(9) 第５光カプラと第６光カプラとの間における第５光路および第６光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
そして、この第１の発明に係る光フィルタは、第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第５光カプラと第６光カプラとの間における第５光路および第６光路それぞれの光路長の差をΔＬ3としたときに、これら光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3のうち、何れか２つの光路長差が０でなく、他の１つの光路長差が０である、ことを特徴とする。
【０００８】
この第１の発明に係る光フィルタは、第１光入出力端と第２光入出力端との間を通過する光に対して波長に依存した損失を与えるものであって、第１光入出力端と第２光入出力端との間に３つのマッハツェンダ干渉計が縦続接続された構成である。第１マッハツェンダ干渉計は、第１光路、第２光路、第１光カプラおよび第２光カプラにより構成されている。第２マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第３光カプラおよび第４光カプラにより構成されている。また、第３マッハツェンダ干渉計は、第５光路、第６光路、第５光カプラおよび第６光カプラにより構成されている。そして、３つのマッハツェンダ干渉計それぞれにおける光路長差のうち、何れか２つの光路長差が０でなく、他の１つの光路長差が０である。この第１の発明に係る光フィルタは、各温度調整手段による各光路の温度調整により各マッハツェンダ干渉計における位相変化量が調整されて、所定波長帯域（例えば、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ、または、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０９ｎｍ）において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。
【０００９】
第２の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、(1) 第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、(2) 第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して第１光路と光結合され、第１光路、第１光カプラおよび第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、(3) 第１光路および第２光路の何れかと接続され、第１光カプラおよび第２光カプラを経て入力した光を導波させ第２光入出力端より出力する第３光路と、(4) 第３光カプラ、第４光カプラおよび第５光カプラそれぞれを介して第３光路と光結合され、第３光路、第３光カプラおよび第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成するとともに、第３光路、第４光カプラおよび第５光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、(5) 第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、(6) 第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、(7) 第４光カプラと第５光カプラとの間における第３光路および第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
そして、この第２の発明に係る光フィルタは、第１光カプラと第２光カプラとの間における第１光路および第２光路それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラと第４光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長が互いに異なり、第４光カプラと第５光カプラとの間における第３光路および第４光路それぞれの光路長が互いに異なる、ことを特徴とする。
【００１１】
この第２の発明に係る光フィルタは、第１光入出力端と第２光入出力端との間を通過する光に対して波長に依存した損失を与えるものであって、第１光入出力端と第２光入出力端との間に３つのマッハツェンダ干渉計が縦続接続された構成である。第１マッハツェンダ干渉計は、第１光路、第２光路、第１光カプラおよび第２光カプラにより構成されている。第２マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第３光カプラおよび第４光カプラにより構成されている。また、第３マッハツェンダ干渉計は、第３光路、第４光路、第４光カプラおよび第５光カプラにより構成されている。すなわち、第２マッハツェンダ干渉計と第３マッハツェンダ干渉計とは、第４光カプラを共有している。そして、第１マッハツェンダ干渉計の光路長差が０であり、第２マッハツェンダ干渉計および第３マッハツェンダ干渉計それぞれの光路長差が０でない。この第２の発明に係る光フィルタは、各温度調整手段による各光路の温度調整により各マッハツェンダ干渉計における位相変化量が調整されて、所定波長帯域（例えば、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ、または、波長帯域１５７４ｎｍ〜１６０９ｎｍ）において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。
【００１２】
第３の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御する第１制御手段と、第１制御手段による光の損失絶対値の制御とは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜を制御する第２制御手段と、を備えることを特徴とする。この第３の光フィルタによれば、所定波長帯域における光の損失絶対値が第１制御手段により制御され、所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜が第２制御手段により制御される。しかも、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御される。
【００１３】
また、第１、第２または第３の発明に係る光フィルタは、所定波長帯域の帯域幅が３５ｎｍ以上であり、所定波長帯域における光の損失絶対値の制御可能範囲が１０ｄＢ以上であり、所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜の絶対値の制御可能範囲が０〜５ｄＢ／３５ｎｍ以上であるのが好適である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
先ず、本発明に係る光フィルタの第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る光フィルタ１の構成図である。本実施形態に係る光フィルタ１は、基板１００上に形成された光平面導波路型回路であって、第１光路１１１、第２光路１１２、第３光路１１３、第４光路１１４、第５光路１１５、第６光路１１６およびヒータ１２１〜ヒータ１２６を備えている。
【００１６】
第１光路１１１は、基板１００の一方の端面にある第１光入出力端１０１に入力した光を導波させるものである。第１光路１１１と第２光路１１２とは第１光カプラ１３１および第２光カプラ１３２それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第１マッハツェンダ干渉計１４１を構成している。
【００１７】
ヒータ１２１は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１上に設けられており、この間における第１光路１１１の温度を調整する。ヒータ１２２は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第２光路１１２上に設けられており、この間における第２光路１１２の温度を調整する。ヒータ１２１および１２２は、第１温度調整手段として作用するものであり、第１マッハツェンダ干渉計１４１における第１光路１１１および第２光路１１２の位相変化量Δφ1を調整する。
【００１８】
第３光路１１３は、第２光路１１２と接続されており、第１光カプラ１３１および第２光カプラ１３２を経て入力した光を導波させるものである。第３光路１１３と第４光路１１４とは第３光カプラ１３３および第４光カプラ１３４それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第２マッハツェンダ干渉計１４２を構成している。
【００１９】
ヒータ１２３は、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３上に設けられており、この間における第３光路１１３の温度を調整する。ヒータ１２４は、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第４光路１１４上に設けられており、この間における第４光路１１４の温度を調整する。ヒータ１２３および１２４は、第２温度調整手段として作用するものであり、第２マッハツェンダ干渉計１４２における第３光路１１３および第４光路１１４の位相変化量Δφ2を調整する。
【００２０】
第５光路１１５は、第３光路１１３と接続されており、第３光カプラ１３３および第４光カプラ１３４を経て入力した光を導波させるものである。第５光路１１５と第６光路１１６とは第５光カプラ１３５および第６光カプラ１３６それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第３マッハツェンダ干渉計１４３を構成している。第５光路１１６は、第５光カプラ１３５および第６光カプラ１３６を経た光を第２光入出力端１０２より出力する。
【００２１】
ヒータ１２５は、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５上に設けられており、この間における第５光路１１５の温度を調整する。ヒータ１２６は、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第６光路１１６上に設けられており、この間における第６光路１１６の温度を調整する。ヒータ１２５および１２６は、第３温度調整手段として作用するものであり、第３マッハツェンダ干渉計１４３における第５光路１１５および第６光路１１６の位相変化量Δφ3を調整する。
【００２２】
第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１および第２光路１１２それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３および第４光路１１４それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５および第６光路１１６それぞれの光路長の差をΔＬ3とする。また、第１光カプラ１３１での光のパワー結合率をＣ1とし、第２光カプラ１３２での光のパワー結合率をＣ2とし、第３光カプラ１３３での光のパワー結合率をＣ3とし、第４光カプラ１３４での光のパワー結合率をＣ4とし、第５光カプラ１３５での光のパワー結合率をＣ5とし、第６光カプラ１３６での光のパワー結合率をＣ6とする。また、第１光路１１１〜第６光路１１６それぞれの実効的屈折率をｎcとする。
【００２３】
光フィルタ１の第１光入力端１０１と第２光出力端１０２との間における光の損失は、光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3、位相変化量Δφ1〜Δφ3、パワー結合率Ｃ1〜Ｃ6、実効的屈折率ｎeffおよび光の波長λで表される。すなわち、この光フィルタ１における光の損失は波長λに依存する。そして、その波長依存性は、ヒータ１２１〜１２６による温度調整に基づく位相変化量Δφ1〜Δφ3により調整される。
【００２４】
本実施形態に係る光フィルタ１は、第１光カプラ１３１と第２光カプラ１３２との間における第１光路１１１および第２光路１１２それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラ１３３と第４光カプラ１３４との間における第３光路１１３および第４光路１１４それぞれの光路長が互いに異なり、第５光カプラ１３５と第６光カプラ１３６との間における第５光路１１５および第６光路１１６それぞれの光路長が互いに異なる。
【００２５】
以上のような構成とすることにより、光フィルタ１は、ヒータ１２１〜１２６による温度調整により、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御することができ、また、これとは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜をも制御することができる。以下では、この光フィルタ１の各パラメータの値について、ΔＬ1＝０、ΔＬ2＝２０．８４μｍ、ΔＬ3＝１８．７１μｍ、Ｃ1＝０．５、Ｃ2＝０．５、Ｃ3＝０．１６、Ｃ4＝０．１６、Ｃ5＝０．１３、Ｃ6＝０．８７、ｎeff＝１．４５とする。
【００２６】
図２〜図４それぞれは、第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。図２では、Δφ2＝Δφ3＝０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。この光フィルタ１の損失絶対値は１５ｄＢの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域において、波長変化に対して損失が殆ど変化せず、損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００２７】
図３では、Δφ1＝０°に固定して、Δφ2＝Δφ3＝０°とし、Δφ2＝＋９０°およびΔφ3＝−８１°とし、或いは、Δφ2＝−９０°およびΔφ3＝＋８１°とした。この場合、ヒータ１２３〜１２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける損失傾斜の形状が調整される。この光フィルタ１の損失傾斜は、−５．８ｄＢ／３５ｎｍ〜＋５．８ｄＢ／３５ｎｍの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域の中心波長１５４７ｎｍ付近において、損失絶対値が殆ど変化せず略一定に保たれている。
【００２８】
図４では、Δφ2＝−９０°およびΔφ3＝＋８１°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ１は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。しかし、光フィルタ１は、この波長帯域において損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係る光フィルタ１は、ヒータ１２１および１２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍにおける光の損失絶対値が制御される。また、光フィルタ１は、ヒータ１２３〜１２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、上記波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜も制御される。しかも、光フィルタ１は、損失絶対値と損失傾斜とを互いに独立に制御することが可能である。
【００３０】
なお、本実施形態においてヒータ１２１〜１２６に替えてペルチエ素子を設けて、第１光路１１１〜第６光路１１６の温度を上昇または降下させてもよい。ヒータに替えてペルチエを用いる場合、第１光路１１１および第２光路１１２の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第３光路１１３および第４光路１１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、また、第５光路１１５および第６光路１１６の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよい。
【００３１】
本実施形態に係る光フィルタ１は、例えば光増幅器における利得等化器として好適に用いられる。すなわち、光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保つために、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれる。しかし、光増幅器における利得等化器として本実施形態に係る光フィルタ１を用い、入力信号光パワーに応じて光フィルタ１の位相変化量Δφ2およびΔφ3それぞれの値すなわち損失傾斜の値を調整することにより、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を光フィルタ１の損失傾斜で補償することができる。また、光フィルタ１の位相変化量Δφ1の値すなわち損失絶対値を調整することにより、出力信号光パワーを調整することができる。
【００３２】
また、このとき、光フィルタ１の損失傾斜を変更しても、その損失傾斜の形状を維持したまま、光フィルタ１における信号光波長帯域における損失を小さくすることができるので、光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。特に上記のように信号光波長帯域や中心波長が設定される場合には、本実施形態に係る光フィルタ１は、波長１．５５μｍ帯や波長１．５９μｍ帯の多波長の信号光を伝送する光伝送システムにおいて、中継局等に設けられる光増幅器の利得特性を等化する利得等化器として好適に用いられる。
【００３３】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る光フィルタの第２の実施形態について説明する。図５は、第２の実施形態に係る光フィルタ２の構成図である。本実施形態に係る光フィルタ２は、基板２００上に形成された光平面導波路型回路であって、第１光路２１１、第２光路２１２、第３光路２１３、第４光路２１４およびヒータ２２１〜ヒータ２２６を備えている。
【００３４】
第１光路２１１は、基板２００の一方の端面にある第１光入出力端２０１に入力した光を導波させるものである。第１光路２１１と第２光路２１２とは第１光カプラ２３１および第２光カプラ２３２それぞれを介して互いに光結合されており、これらは第１マッハツェンダ干渉計２４１を構成している。
【００３５】
ヒータ２２１は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１上に設けられており、この間における第１光路２１１の温度を調整する。ヒータ２２２は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第２光路２１２上に設けられており、この間における第２光路２１２の温度を調整する。ヒータ２２１および２２２は、第１温度調整手段として作用するものであり、第１マッハツェンダ干渉計２４１における第１光路２１１および第２光路２１２の位相変化量Δφ1を調整する。
【００３６】
第３光路２１３は、第２光路２１２と接続されており、第１光カプラ２３１および第２光カプラ２３２を経て入力した光を導波させ第２光入出力端２０２より出力するものである。第３光路２１３と第４光路２１４とは、第３光カプラ２３３、第４光カプラ２３４および第５光カプラ２３５それぞれを介して互いに光結合されている。第３光路２１３、第４光路２１４、第３光カプラ２３３および第４光カプラ２３４は、第２マッハツェンダ干渉計２４２を構成している。また、第３光路２１３、第４光路２１４、第４光カプラ２３４および第５光カプラ２３５は、第３マッハツェンダ干渉計２４３を構成している。
【００３７】
ヒータ２２３は、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３上に設けられており、この間における第３光路２１３の温度を調整する。ヒータ２２４は、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第４光路２１４上に設けられており、この間における第４光路２１４の温度を調整する。ヒータ２２３および２２４は、第２温度調整手段として作用するものであり、第２マッハツェンダ干渉計２４２における第３光路２１３および第４光路２１４の位相変化量Δφ2を調整する。
【００３８】
ヒータ２２５は、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３上に設けられており、この間における第３光路２１３の温度を調整する。ヒータ２２６は、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第４光路２１４上に設けられており、この間における第４光路２１４の温度を調整する。ヒータ２２５および２２６は、第３温度調整手段として作用するものであり、第３マッハツェンダ干渉計２４３における第３光路２１３および第４光路２１４の位相変化量Δφ3を調整する。
【００３９】
第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１および第２光路２１２それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長の差をΔＬ3とする。また、第１光カプラ２３１での光のパワー結合率をＣ1とし、第２光カプラ２３２での光のパワー結合率をＣ2とし、第３光カプラ２３３での光のパワー結合率をＣ3とし、第４光カプラ２３４での光のパワー結合率をＣ4とし、第５光カプラ２３５での光のパワー結合率をＣ5とする。また、第１光路２１１〜第６光路２１６それぞれの実効的屈折率をｎcとする。
【００４０】
光フィルタ２の第１光入力端２０１と第２光出力端２０２との間における光の損失は、光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3、位相変化量Δφ1〜Δφ3、パワー結合率Ｃ1〜Ｃ5、実効的屈折率ｎeffおよび光の波長λで表される。すなわち、この光フィルタ２における光の損失は波長λに依存する。そして、その波長依存性は、ヒータ２２１〜２２６による温度調整に基づく位相変化量Δφ1〜Δφ3により調整される。
【００４１】
本実施形態に係る光フィルタ２は、第１光カプラ２３１と第２光カプラ２３２との間における第１光路２１１および第２光路２１２それぞれの光路長が互いに等しく、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長が互いに異なり、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４それぞれの光路長が互いに異なる。
【００４２】
以上のような構成とすることにより、光フィルタ２は、ヒータ２２１〜２２６による温度調整により、所定波長帯域における光の損失絶対値を制御することができ、また、これとは独立に所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜をも制御することができる。以下では、この光フィルタ２の各パラメータの値について、ΔＬ1＝０、ΔＬ2＝６．９５μｍ、ΔＬ3＝１６．５７μｍ、Ｃ1＝０．５、Ｃ2＝０．５、Ｃ3＝０．２８、Ｃ4＝０．７２、Ｃ5＝０．５、ｎeff＝１．４５とする。
【００４３】
図６〜図８それぞれは、第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。図６では、Δφ2＝Δφ3＝０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。この光フィルタ２の損失絶対値は１５ｄＢの範囲で調整可能である。しかし、光フィルタ２は、この波長帯域において、波長変化に対して損失が殆ど変化せず、損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００４４】
図７では、Δφ1＝０°に固定して、Δφ2＝Δφ3＝０°とし、Δφ2＝＋４０°およびΔφ3＝−４０°とし、或いは、Δφ2＝−４０°およびΔφ3＝＋４０°とした。この場合、ヒータ２２３〜２２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける損失傾斜の形状が調整される。この光フィルタ２の損失傾斜は、−５．２ｄＢ／４０ｎｍ〜＋５．２ｄＢ／４０ｎｍの範囲で調整可能である。また、第１の実施形態の場合の図３と比較して、この光フィルタ２は、この波長帯域において損失絶対値が小さくなっている。
【００４５】
図８では、Δφ2＝＋４０°およびΔφ3＝−４０°に固定して、Δφ1の値を０°、９０°および１５０°それぞれとした。この場合、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、光フィルタ２は、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が調整される。しかし、光フィルタ２は、この波長帯域において損失傾斜の形状が略一定のままである。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係る光フィルタ２は、ヒータ２２１および２２２による温度調整により位相変化量Δφ1が調整されることにより、波長帯域１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍにおける光の損失絶対値が制御される。また、光フィルタ２は、ヒータ２２３〜２２６による温度調整により位相変化量Δφ2およびΔφ3が調整されることにより、上記波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜も制御される。しかも、光フィルタ２は、損失絶対値と損失傾斜とを互いに独立に制御することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態においてヒータ２２１〜２２６に替えてペルチエ素子を設けて、第１光路２１１〜第４光路２１４の温度を上昇または降下させてもよい。ヒータに替えてペルチエを用いる場合、第１光路２１１および第２光路２１２の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第３光カプラ２３３と第４光カプラ２３４との間における第３光路２１３および第４光路２１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよく、第４光カプラ２３４と第５光カプラ２３５との間における第３光路２１３および第４光路２１４の何れか一方のみにペルチエ素子を設ければよい。
【００４８】
本実施形態に係る光フィルタ２は、例えば光増幅器における利得等化器として好適に用いられる。すなわち、光増幅器の前段の光伝送路の損失が何等かの原因により変動して、光増幅器に入力する信号光のパワーが変動したときに、光増幅器から出力される信号光のパワーを一定に保つために、光増幅器における信号光の光増幅の利得を変化させる。そして、利得を変化させると、利得の波長依存性すなわち利得傾斜が変動し、その結果、光増幅器の利得平坦性が損なわれる。しかし、光増幅器における利得等化器として本実施形態に係る光フィルタ２を用い、入力信号光パワーに応じて光フィルタ２の位相変化量Δφ2およびΔφ3それぞれの値すなわち損失傾斜の値を調整することにより、入力信号光パワーの変動に伴う利得傾斜の変動を光フィルタ２の損失傾斜で補償することができる。また、光フィルタ２の位相変化量Δφ1の値すなわち損失絶対値を調整することにより、出力信号光パワーを調整することができる。
【００４９】
また、このとき、光フィルタ２の損失傾斜を変更しても、その損失傾斜の形状を維持したまま、光フィルタ２における信号光波長帯域における損失を小さくすることができるので、光増幅されて出力される信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。特に上記のように信号光波長帯域や中心波長が設定される場合には、本実施形態に係る光フィルタ２は、波長１．５５μｍ帯や波長１．５９μｍ帯の多波長の信号光を伝送する光伝送システムにおいて、中継局等に設けられる光増幅器の利得特性を等化する利得等化器として好適に用いられる。
【００５０】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。上記実施形態では、光フィルタは、各構成要素が基板上に形成され集積化されたものであって、取り扱いが容易である点で好適である。しかし、本発明に係る光フィルタは、各光路が光ファイバからなり、各光カプラが光ファイバカプラからなるものであってもよい。この場合には、この光フィルタを光ファイバ伝送路上に設ける際の挿入損失が小さい点で好適である。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光フィルタは、所定波長帯域において、光の損失絶対値および波長に対する光の損失の傾斜が互いに独立に制御が可能である。したがって、この光フィルタは、例えば光増幅器における利得等化器等として好適に用いられ、入力信号光パワーの変動に伴い光増幅器の光増幅の利得が変動して利得傾斜が生じたとしても、その利得傾斜を補償することができ、また、出力信号光パワーをも調整することができる。また、光フィルタの損失傾斜を変更しても、信号光波長帯域における損失が小さく、信号光のＳ／Ｎ比が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る光フィルタ１の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る光フィルタ１の損失の波長特性を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る光フィルタ２の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る光フィルタ２の損失の波長特性を示す図である。
【符号の説明】
１，２…光フィルタ、１０１…第１光入出力端、１０２…第２光入出力端、１１１…第１光路、１１２…第２光路、１１３…第３光路、１１４…第４光路、１１５…第５光路、１１６…第６光路、１２１〜１２６…ヒータ、１３１…第１光カプラ、１３２…第２光カプラ、１３３…第３光カプラ、１３４…第４光カプラ、１３５…第５光カプラ、１３６…第６光カプラ、１４１…第１マッハツェンダ干渉計、１４２…第２マッハツェンダ干渉計、１４４…第３マッハツェンダ干渉計、２０１…第１光入出力端、１０２…第２光入出力端、２１１…第１光路、２１２…第２光路、２１３…第３光路、２１４…第４光路、２２１〜２２６…ヒータ、２３１…第１光カプラ、２３２…第２光カプラ、２３３…第３光カプラ、２３４…第４光カプラ、２３５…第５光カプラ、２４１…第１マッハツェンダ干渉計、２４２…第２マッハツェンダ干渉計、２４４…第３マッハツェンダ干渉計。
Claims (4)
- 所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、
第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、
第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して前記第１光路と光結合され、前記第１光路、前記第１光カプラおよび前記第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、
前記第１光路および前記第２光路の何れかと接続され、前記第１光カプラおよび前記第２光カプラを経て入力した光を導波させる第３光路と、
第３光カプラおよび第４光カプラそれぞれを介して前記第３光路と光結合され、前記第３光路、前記第３光カプラおよび前記第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、
前記第３光路および前記第４光路の何れかと接続され、前記第３光カプラおよび前記第４光カプラを経て入力した光を導波させる第５光路と、
第５光カプラおよび第６光カプラそれぞれを介して前記第５光路と光結合され、前記第５光路、前記第５光カプラおよび前記第６光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成し、前記第５光カプラおよび前記第６光カプラを経た光を第２光入出力端より出力する第６光路と、
前記第１光カプラと前記第２光カプラとの間における前記第１光路および前記第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、
前記第３光カプラと前記第４光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、
前記第５光カプラと前記第６光カプラとの間における前記第５光路および前記第６光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、
を備え、
前記第１光カプラと前記第２光カプラとの間における前記第１光路および前記第２光路それぞれの光路長の差をΔＬ1とし、前記第３光カプラと前記第４光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路それぞれの光路長の差をΔＬ2とし、前記第５光カプラと前記第６光カプラとの間における前記第５光路および前記第６光路それぞれの光路長の差をΔＬ3としたときに、これら光路長差ΔＬ1〜ΔＬ3のうち、何れか２つの光路長差が０でなく、他の１つの光路長差が０である、
ことを特徴とする光フィルタ。 - 所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、
第１光入出力端に入力した光を導波させる第１光路と、
第１光カプラおよび第２光カプラそれぞれを介して前記第１光路と光結合され、前記第１光路、前記第１光カプラおよび前記第２光カプラとともに第１マッハツェンダ干渉計を構成する第２光路と、
前記第１光路および前記第２光路の何れかと接続され、前記第１光カプラおよび前記第２光カプラを経て入力した光を導波させ第２光入出力端より出力する第３光路と、
第３光カプラ、第４光カプラおよび第５光カプラそれぞれを介して前記第３光路と光結合され、前記第３光路、前記第３光カプラおよび前記第４光カプラとともに第２マッハツェンダ干渉計を構成するとともに、前記第３光路、前記第４光カプラおよび前記第５光カプラとともに第３マッハツェンダ干渉計を構成する第４光路と、
前記第１光カプラと前記第２光カプラとの間における前記第１光路および前記第２光路の双方または何れか一方の温度を調整する第１温度調整手段と、
前記第３光カプラと前記第４光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第２温度調整手段と、
前記第４光カプラと前記第５光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路の双方または何れか一方の温度を調整する第３温度調整手段と、
を備え、
前記第１光カプラと前記第２光カプラとの間における前記第１光路および前記第２光路それぞれの光路長が互いに等しく、前記第３光カプラと前記第４光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路それぞれの光路長が互いに異なり、前記第４光カプラと前記第５光カプラとの間における前記第３光路および前記第４光路それぞれの光路長が互いに異なる、
ことを特徴とする光フィルタ。 - 所定波長帯域における光の損失が波長依存性を有する光フィルタであって、
前記所定波長帯域における光の損失絶対値を制御する第１制御手段と、
前記第１制御手段による光の損失絶対値の制御とは独立に前記所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜を制御する第２制御手段と、
を備えることを特徴とする光フィルタ。 - 前記所定波長帯域の帯域幅が３５ｎｍ以上であり、
前記所定波長帯域における光の損失絶対値の制御可能範囲が１０ｄＢ以上であり、
前記所定波長帯域における波長に対する光の損失の傾斜の絶対値の制御可能範囲が０〜５ｄＢ／３５ｎｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光フィルタ。
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