JP5128444B2

JP5128444B2 - 波長モニタ装置

Info

Publication number: JP5128444B2
Application number: JP2008295618A
Authority: JP
Inventors: 寛松浦
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-11-19
Also published as: JP2010122052A

Description

本発明は、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ:Dense Wavelength Division Multiplexing）伝送方式などの光ファイバ通信に用いる波長モニタ装置に関する。

近年、ブロードバンドの急速な普及を背景に、光伝送システムの高速化への検討が盛んに行われている。このような光伝送システムでは、合波機能と分波機能を有する波長選択スイッチ（ＷＷＳ: Wavelength Selective Switch）が使用される。波長選択スイッチは、波長の異なる複数の光信号が多重された波長多重光を、波長毎に分離して複数のポートから出力させたり、或いは、複数のポートからそれぞれ入力される波長の異なる複数の光を、多重して、波長多重光を一つの共通ポートから出力させたりする波長モニタ装置である。

このような波長モニタ装置として、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。また、図３（Ａ）に示すアレイ導波路格子１００に用いた分波型構造の波長モニタ装置（図３（Ｂ）参照）が考えられる。アレイ導波路格子１００は、石英基板或いはシリコン基板などの上に、光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術を組み合わせてコアとクラッドからなる光導波路が作られた平面光波回路（ＰＬＣ: Planer Lightwave Circuit)である。アレイ導波路格子１００は、入力導波路１０１と、入力導波路１０１に接続された入力スラブ導波路１０２と、複数本の出力導波路１０３_１〜１０３_ｎと、出力導波路が接続された出力スラブ導波路１０４と、両スラブ導波路１０２，１０４間に接続されたアレイ導波路１０５と、を備えている。図３（Ｂ）に示す波長モニタ装置では、出力導波路１０３_１〜１０３_ｎには、各導波路からλ１〜λｎの光をそれぞれ１％ずつ取り出すためのタップカプラ１０６_１〜１０６_ｎがそれぞれ設けられている。タップカプラ１０６_１〜１０６_ｎにより取り出されたλ１〜λｎの光は、合波カプラ１０７で合波され、合波された光が、偏波依存性のある反射型グレーティング１０９の前に配置した偏波補償光学系１０８を介して反射型グレーティング１０９に入射され、グレーティング１０９により波長毎に分離された複数の光λ１〜λｎをビーム広角レンズ１１０で集光して１次元モニタ１１１に入射させている。符号「１１２」はアイソレータである。

また、図３（Ａ）に示すアレイ導波路格子１００に用いた合波型構造の波長モニタ装置（図４参照）が考えられる。図４に示す波長モニタ装置では、入力導波路１０１には、この入力導波路１０１から、波長の異なる複数の光λ１〜λｎが多重された波長多重光を１％取り出すためのタップカプラ１２０が設けられている。タップカプラ１２０により取り出されたλ１〜λｎの波長多重光は、偏波補償光学系１０８を介して反射型グレーティング１０９に入射され、グレーティング１０９により波長毎に分離された複数の光λ１〜λｎをビーム広角レンズ１１０で集光して１次元モニタ１１１に入射させている。符号「１２１_１〜１２１_ｎ」は出力導波路１０３_１〜１０３_ｎにそれぞれ設けたアイソレータである。
特開２００８−２１９６１６号公報

しかしながら、図３（Ａ），（Ｂ）および図４に示す上記波長モニタ装置では、部品点数が多く構造が煩雑であると共に、全ポートの波長情報を特定することができない。つまり、図３（Ａ），（Ｂ）に示す波長モニタ装置の場合、複数の入力ポート（出力導波路１０３_１〜１０３_ｎ）のどのポートからどの波長の光が出力されるかを特定することができない。また、図４に示す波長モニタ装置の場合、共通ポート（入力導波路１０１）から出力される波長多重光にどのような波長の光が含まれるかを特定することができない。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は全ポートの波長情報を瞬時に特定してモニタすることができ、構造が簡単で小型の波長モニタ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る波長モニタ装置は、一列に整列して配置された一つの共通ポートおよび複数の入力ポートと、前記共通ポートおよび複数の入力ポートにそれぞれ対応して配置され、各ポートからの入射光をコリメート光にする複数のコリメータと、各コリメータからのコリメート光を分光する分光素子と、前記分光素子で分光された光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に配置され、使用帯域の波長の光を透過する波長選択特性を有するフィルタ手段と、該フィルタ手段の後方に配置され、前記フィルタを透過した光を受ける二次元イメージセンサと、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、複数の入力ポートからそれぞれ異なる波長の光が入力されると、各入射光は、コリメート光にされて分光素子に入射し、分光素子により波長に応じた角度でそれぞれ進み、フィルタ手段に入射し、フィルタ手段を透過する。フィルタ手段を透過した複数の光は、二次元イメージセンサ上の異なる位置に入射する。フィルタ手段を透過した複数の光が二次元イメージセンサ上に入射する位置は、複数の光がそれぞれ入力される入力ポートのポート番号と、波長とにより決まる。これにより、二次元イメージセンサの出力信号に基づき、複数の入力ポートからそれぞれ入力された光の波長とポート番
号とを特定してモニタすることができる。つまり、異なる波長の光がそれぞれ入力された複数の入力ポート全ての波長情報を瞬時に計測して特定することができる。

一方、波長の異なる複数の光が多重された波長多重光が共通ポートに入力されると、この波長多重光は、コリメート光にされて分光素子に入射し、分光素子により波長毎に分離され、分離された各波長の光（複数の光）は波長に応じた角度でそれぞれ進み、フィルタ手段に入射し、フィルタ手段を透過する。フィルタ手段を透過した複数の光は、二次元イメージセンサ上の異なる位置に入射する。フィルタ手段を透過した複数の光が二次元イメージセンサ上に入射する位置は、波長により決まる。これにより、二次元イメージセンサの出力信号に基づき、共通ポートから入力される波長多重光にどのような波長の光が含まれているかを特定してモニタすることができる。つまり、波長多重光の波長情報を瞬時に計測して特定することができる。

このように、全ポートの波長情報、つまり、異なる波長の光がそれぞれ入力された複数の入力ポート全ての波長情報、或いは、共通ポートから入力される波長多重光の波長情報を瞬時に計測して特定することができる。しかも、波長情報のモニタ機能を、フィルタ手段の後方に配置した二次元イメージセンサで、フィルタ手段を透過した光を受けるという簡単な構造で実現している。従って、全ポートの波長情報を瞬時に特定してモニタすることができ、構造が簡単で小型の波長モニタ装置が得られる。

本発明の他の態様に係る波長モニタ装置は、前記フィルタ手段は、透明ガラス基板と該基板の表面に形成された誘電体多層膜とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様に係る波長モニタ装置は、前記二次元イメージセンサは、二次元ＣＣＤアレイであることを特徴とする。
本発明の他の態様に係る波長モニタ装置は、前記分光素子は透過型の回折格子であることを特徴とする。この構成によれば、透過型の回折格子を用いているので、図３（Ａ），（Ｂ）および図４に示す上記従来技術のような偏波補償光学系１０８が不要になり、波長モニタ装置全体を小型にすることができる。

本発明によれば、全ポートの波長情報を瞬時に特定してモニタすることができ、構造が簡単で小型の波長モニタ装置を実現することができる。

次に、本発明を具体化した波長モニタ装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係る波長モニタ装置の概略構成を示す斜視図で、一つの使用例（使用例１）の場合の説明図である。図２は図１と同じ波長モニタ装置の概略構成を示す斜視図で、別の使用例（使用例２）の場合の説明図である。
波長モニタ装置１０は、図１に示すように、一つの共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）と、共通ポートおよび９つの入力ポートにそれぞれ対応して配置され、各ポート(COM port, １^stport〜９^thport)からの入射光をコリメート光（平行ビーム）にする１０個のコリメータ１１〜２０と、を備える。さらに、波長モニタ装置１０は、各コリメータ１１〜２０からのコリメート光を分光する分光素子としての透過型の回折格子２１と、回折格子２１で分光された光を集光する集光レンズ２２と、集光レンズ２２の焦点位置に配置され、使用帯域の波長の光を透過する波長選択特性を有するフィルタ手段としてのフィルタ２４と、フィルタ２４の後方に配置され、フィルタ２４をそれぞれ透過した光を受ける二次元ＣＣＤアレイ２５と、を備えている。

共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）は一列に整列して配置されており、各ポートからの入射光が、コリメータ１１〜２０の内の対応するコリメータにそれぞれ入射するように構成されている。具体的には、共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）は、図１の紙面内でＹ軸方向に整列して配置されている。共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）の各ポートは、Ｙ軸方向に整列して配置された複数の（１０本の）光ファイバ（図示省略）の一端部である。また、これら１０本の光ファイバの他端部は、コリメータ１１〜２０と所定間隔を置いてそれぞれ対向している。これにより、共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）からそれぞれ入射した光は、光ファイバを介してコリメータ１１〜２０にそれぞれ入射し、コリメータ１１〜２０によりコリメート光にそれぞれ変換されて、回折格子２１に入射するようになっている。

この波長モニタ装置１０では、図１に示す使用例１の場合には、９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）の内の複数のポートにそれぞれ波長の異なる光を入射させ、図２に示す使用例２の場合には、波長の異なる複数の光が多重された波長多重光を共通ポート(COM port)に入射させる。

本実施形態では、例えば、１．５μｍ帯の光で、５０ＧＨｚ間隔の４５種類（４５ｃｈ）の光、つまり、波長が０．４ｎｍずつ異なるλ１，λ２，・・・，λｉ，・・・，λ４４，λ４５の４５種類（４５ｃｈ）の光を使用する。図１は、λ１の光を入力ポート（１^stport）に、λ３の光を入力ポート（２^ndport）に、λ１０の光を入力ポート（４^thport）に、λ２０の光を入力ポート（６^thport）に、そして、λ４５の光を入力ポート（９^thport）にそれぞれ入射させる場合（使用例１）を示している。一方、図２は、λ１、λ３、λ１０、λ２０およびλ４５の光が多重された波長多重光を共通ポート(COM port)に入射させる場合（使用例２）を示している。
フィルタ２４は、透明ガラス基板２６と、透明ガラス基板２６の表面に形成された誘電体多層膜２７とを有する。誘電体多層膜２７は、使用帯域の波長（λ１〜λ４５）の光を透過する波長選択特性を有する。

二次元イメージセンサとしての二次元ＣＣＤアレイ２５は、行方向（図１のＸ軸方向）および列方向（図１のＹ軸方向）の二次元に配列され、入射光の強度に応じた電荷を蓄積する複数の画素（単位セル）を有する。本実施形態では、二次元ＣＣＤアレイ２５は、行方向にλ１〜λ４５にそれぞれ対応する４５個の画素を有し、列方向に共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）にそれぞれ対応する１０個の画素を有する。この二次元ＣＣＤアレイ２５は、例えば、一般的なインターライン転送型（ＩＴ−ＣＣＤ）の構成を有し、各画素に設けられたフォトダイオードと、垂直ＣＣＤと、水平ＣＣＤと、出力アンプとによって構成されている。各画素のフォトダイオードで光電変換された信号電荷は、垂直ＣＣＤおよび水平ＣＣＤを転送された後、出力アンプで電圧に変換され電圧信号として外部へ出力される。

なお、二次元イメージセンサとして、ＣＣＤ（電荷蓄積素子）を用いた二次元ＣＣＤアレイ２５に代えて、二次元に配置された各画素のフォトダイードで発生した電荷を出力するための転送機構としてＣＭＯＳ素子を用いた二次元ＣＭＯＳイメージセンサを用いてもよい。

また、集光レンズ２２は、共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）のいずれのポートから、λ１〜λ４５のいずれの波長の光が入射した場合でも、各ポートからの光が通過する口径を有している。つまり、集光レンズ２２は、λ１〜λ４５のいずれの波長の光が共通ポート(COM port)および９つの入力ポート（１^stport〜９^thport）のいずれのポートから入射した場合でも、その光をフィルタ２４に入射させるのに十分大きな口径を有している。

<モニタ機能>
次に、以上の構成を有する波長モニタ装置１０の動作を説明する。
まず、図１に示す使用例１の場合の動作を説明する。この使用例１では、λ１の光を入力ポート（１^stport）に、λ３の光を入力ポート（２^ndport）に、λ１０の光を入力ポート（４^thport）に、λ２０の光を入力ポート（６^thport）に、そして、λ４５の光を入力ポート（９^thport）にそれぞれ入射させている。

これらλ１、λ３、λ１０、λ２０およびλ４５の各入射光は、対応するコリメータ１１，１２，１４，１６および１９によりコリメート光にそれぞれ変換されて回折格子２１に入射し、回折格子２１により波長に応じた角度に曲げられて進み、集光レンズ２２により集光されてフィルタ２４に入射する。フィルタ２４に入射したλ１、λ３、λ１０、λ２０およびλ４５の各入射光は、誘電体多層膜２７および透明基板２６をそれぞれ透過して、二次元ＣＣＤアレイ２５上の、異なる画素にそれぞれ入射する。ここでは、フィルタ２４を透過したλ１の光は、二次元ＣＣＤアレイ２５上の第１列第１０行の画素に、フィルタ２４を透過したλ３の光は第３列第９行の画素に、フィルタ２４を透過したλ１０の光は第１０列第７行の画素に、フィルタ２４を透過したλ２０の光は第２０列第５行の画素に、そして、フィルタ２４を透過したλ４５の光は第４５列第２行の画素にそれぞれ入射する。このとき得られる二次元ＣＣＤアレイ２５の出力信号に基づき、入力ポート（１^stport〜９^thport）および共通ポート(COM port)のうち、どのポートからどのような波長の光が入射されたかを、複数の画素の列番号と行番号からなるアドレスにより瞬時に計測して特定することができる。

次に、図２に示す使用例２の場合の動作を説明する。この使用例２では、波長の異なる複数の光（λ１，λ３，λ１０，λ２０およびλ４５の光）が多重された波長多重光が共通ポート(COM port)に入射させている。

共通ポート(COM port)から入射された波長多重光は、コリメータ２０によりコリメート光に変換されて回折格子２１に入射し、回折格子２１により波長毎に分離され、分離された各波長の光は波長に応じた角度でそれぞれ進み、フィルタ２４に入射する。フィルタ２４に入射したλ１、λ３、λ１０、λ２０およびλ４５の各入射光は、誘電体多層膜２７および透明基板２６をそれぞれ透過して、二次元ＣＣＤアレイ２５上の、異なる画素にそれぞれ入射する。ここでは、フィルタ２４を透過したλ１の光は、第１列第１行の画素に、フィルタ２４を透過したλ３の光は第３列第１行の画素に、フィルタ２４を透過したλ１０の光は第１０列第１行の画素に、フィルタ２４を透過したλ２０の光は第２０列第１行の画素に、そして、フィルタ２４を透過したλ４５の光は第４５列第１行の画素にそれぞれ入射する。このとき得られる二次元ＣＣＤアレイ２５の出力信号に基づき、共通ポート(COM port)から入射された波長多重光にλ１、λ３、λ１０、λ２０およびλ４５の光が含まれていることを、複数の画素の列番号と行番号からなるアドレスにより瞬時に計測して特定することができる。
以上のように構成された一実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

・二次元ＣＣＤアレイ２５の出力信号に基づき、複数の入力ポート（１^stport〜９^thport）からそれぞれ入力された光の波長とポート番号とを特定してモニタすることができる。つまり、異なる波長の光がそれぞれ入力された複数の入力ポート全ての波長情報を瞬時に計測して特定することができる。

・二次元ＣＣＤアレイ２５の出力信号に基づき、共通ポート(COM port)から入力される波長多重光にどのような波長の光が含まれているかを特定してモニタすることができる。
つまり、波長多重光の波長情報を瞬時に計測して特定することができる。

・このように、全ポートの波長情報、つまり、異なる波長の光がそれぞれ入力された複数の入力ポート（１^stport〜９^thport）全ての波長情報、或いは、共通ポート(COM port)から入力される波長多重光の波長情報を瞬時に計測して特定することができる。しかも、このような波長モニタ機能を、フィルタ２４の後方に配置した二次元ＣＣＤアレイ２５で、フィルタ２４を透過した光を受けるという簡単な構造で実現している。従って、部品点数が少なく、構造が簡単で小型の波長モニタ装置を実現することができる。

・透過型の回折格子２１を用いているので、図３（Ａ），（Ｂ）および図４に示す上記従来技術のような偏波補償光学系１０８が不要になり、波長モニタ装置１０全体を小型にすることができる。
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。

・上記一実施形態では、入力ポート（１^stport〜９^thport）の数を「９」としているが、そのポート数は「９」に限らず、そのポート数を「９」以外にした波長モニタ装置にも本発明は適用可能である。

・上記一実施形態では、１．５μｍ帯の光で、５０ＧＨｚ間隔、つまり、波長が０．４ｎｍずつ異なるλ１〜λ４５（λ４５＞λ１）の４５種類（４５ｃｈ）の光を使用しているが、使用する光のチャネル数（波長の異なる光の種類）は「４５」に限らず、そのチャネル数を「４５」以外にした波長モニタ装置にも本発明は適用可能である。

本発明の一実施形態に係る波長モニタ装置の概略構成を示す斜視図で、一つの使用例（使用例１）の場合の説明図。図１と同じ波長モニタ装置の概略構成を示す斜視図で、別の使用例（使用例２）の場合の説明図。（Ａ）は波長モニタ装置としてのアレイ導波路格子の概略構成を示す平面図、（Ｂ）は同アレイ導波路格子に用いた分波型構造の波長モニタ装置の概略構成を示す平面図。図３（Ｂ）に示すアレイ導波路格子に用いた合波型構造の波長モニタ装置の概略構成を示す平面図。

１０…波長モニタ装置
１１〜２０…コリメータ
２１…回折格子
２２…集光レンズ
２４…フィルタ
２５…二次元ＣＣＤアレイ
２６…透明基板
２７…誘電体多層膜
COM port…共通ポート
１^stport〜９^thport…入力ポート

Claims

一列に整列して配置された一つの共通ポートおよび複数の入力ポートと、前記共通ポートおよび複数の入力ポートにそれぞれ対応して配置され、各ポートからの入射光をコリメート光にする複数のコリメータと、各コリメータからのコリメート光を分光する分光素子と、前記分光素子で分光された光を集光する集光レンズと、該集光レンズの焦点位置に配置され、使用帯域の波長の光を透過する波長選択特性を有するフィルタ手段と、該フィルタ手段の後方に配置され、前記フィルタ手段を透過した光を受ける二次元イメージセンサと、を備えることを特徴とする波長モニタ装置。
前記フィルタ手段は、透明ガラス基板と該基板の表面に形成された誘電体多層膜とを有することを特徴とする請求項１に記載の波長モニタ装置。
前記二次元イメージセンサは、二次元ＣＣＤアレイであることを特徴とする請求項１または２に記載の波長モニタ装置。
前記分光素子は透過型の回折格子であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の波長モニタ装置。