WO2004099848A1 - 分散スロープ補償装置 - Google Patents
分散スロープ補償装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2004099848A1 WO2004099848A1 PCT/JP2003/005799 JP0305799W WO2004099848A1 WO 2004099848 A1 WO2004099848 A1 WO 2004099848A1 JP 0305799 W JP0305799 W JP 0305799W WO 2004099848 A1 WO2004099848 A1 WO 2004099848A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- dispersion
- propagation path
- optical
- light propagation
- dispersion slope
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29395—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device configurable, e.g. tunable or reconfigurable
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29346—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by wave or beam interference
- G02B6/2935—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means
- G02B6/29352—Mach-Zehnder configuration, i.e. comprising separate splitting and combining means in a light guide
- G02B6/29355—Cascade arrangement of interferometers
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29392—Controlling dispersion
- G02B6/29394—Compensating wavelength dispersion
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
- H04B10/25133—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion including a lumped electrical or optical dispersion compensator
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
- G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
- G02B2006/12133—Functions
- G02B2006/12159—Interferometer
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29398—Temperature insensitivity
Definitions
- the present invention relates to a dispersion slope compensator, and more particularly, to a dispersion slope compensator for compensating a dispersion slope of chromatic dispersion.
- the optical communication network is the core of the foundation of the information communication network, and it is necessary to further enhance the service and expand the area.
- WDM Widelength Division Multiplex
- the optical communication network is the core of the foundation of the information communication network, and it is necessary to further enhance the service and expand the area.
- WDM Widelength Division Multiplex
- Development is progressing rapidly.
- WDM is a method that multiplexes light of different wavelengths and simultaneously transmits multiple signals over a single optical fiber.
- chromatic dispersion is the propagation time difference between two monochromatic lights having wavelengths different by 1 nm when propagated for 1 km, and the unit is defined as psZnmZkm.
- SMF Single Mode Fiber
- chromatic dispersion of 15 to 16 psZnmZkm occurs around 1.55 m.
- DCF dispersion compensating fiber
- a DCF that compensates for the chromatic dispersion of the central channel of the WDM is connected to the SMF, and the dispersion of the chromatic dispersion of the optical signal around the central channel is Compensation is performed, and the chromatic dispersion (residual dispersion) that could not be compensated for on the optical transmission line is compensated by the dispersion compensator provided on the receiving station side.
- the WDM wavelength multiplexing number is 40
- connect a DCF that compensates for the chromatic dispersion of the optical signal wavelength of the central channel of 20 channels and install a dispersion compensator on the receiving station side. To compensate for residual dispersion.
- a typical dispersion compensator is a Charbed Fiber Bragg Grating (CFBG).
- CFBG Charbed Fiber Bragg Grating
- a diffraction grating that periodically changes the refractive index is formed on the core of an optical fiber, causing a delay time difference corresponding to the difference in the wavelength of the input light, and a dispersion corresponding to both positive and negative. Compensation is used in combination with the optical circuit.
- a technique has been proposed in which a desired ring-shaped resonator is used as an all-pass optical filter to provide a desired phase response to an optical pulse input to perform dispersion compensation. Reference 1).
- Patent Document 1
- JP-A-2000-151513 (paragraph numbers [0052] to [005 9], FIG. 9)
- the wavelength dependence (change in dispersion according to wavelength change) is also important in addition to chromatic dispersion. This wavelength dependence is called the dispersion slope (unit: ps / kmZnm 2 ).
- dispersion compensation When performing dispersion compensation, it is necessary to compensate not only the dispersion value but also the dispersion slope (Slope) over the entire signal light band, but the dispersion slope is the DCF and SMF. Therefore, chromatic dispersion that could not be compensated remains at both ends of the wavelength band used in WDM transmission (for example, the range called the C band is around 1525 nm to 1565 nm). This residual dispersion accumulates as the transmission distance increases, and as a result, it becomes necessary for the receiving side to compensate for each channel.
- FIG. 24 shows the residual dispersion.
- the vertical axis is chromatic dispersion (psZnm), and the horizontal axis is wavelength (nm).
- This figure shows the state of dispersion compensation of a WDM signal in which 40 waves from chl to ch40 are wavelength-multiplexed.
- FIG. 25 shows a conventional WDM system.
- the WDM system 100 is a system that performs wavelength multiplexing of up to 40 waves, and is composed of stations 110 and 120 and relay amplifiers 130_1 to 130-6 (only one-way transmission is shown).
- SMF is used for the optical fiber of the transmission line
- DC F fl to f 6 are installed as a dispersion compensating fiber.
- the DCF is housed in a small package in the form of a coil, and is used as an optical component in a repeater. Is installed in
- the station 110 includes an optical transmission unit 111-1-1 to 111-40, a wavelength multiplexing unit 112, and a WDM amplifier 113.
- the station 120 includes an optical reception unit 121-1 to 121-40, a wavelength separation unit 122, and a DCM ( Dispersion Compensation Module: 12 3-1 to 123-40 are included.
- the optical transmitters 111—1 to: 111 1 to 140 output the optical signals of chl to ch40, respectively, and the wavelength multiplexing unit 112 performs the wavelength multiplexing of the optical signals of chl to ch40.
- WDM amplifier 113 amplifies the WDM signal and outputs it to the transmission path.
- Relay amplifiers 130-1 to 130-6 relay and amplify the WDM signal flowing through the SMF. Further, DCF fl to f6 have a dispersion compensation value for compensating for chromatic dispersion of ch20, and the optical signal of ch20 is converted to SMF every time it passes through DCF f1 to f6. The chromatic dispersion value generated in the above becomes a ⁇ .
- the wavelength separation unit 122 separates the wavelength of the WDM signal into 40 waves of chl to ch40, and the DCMs 123-1 to 123-
- the optical receiving units 121_1 to 121-40 receive and process the dispersion-compensated optical signals of ch1 to ch40.
- FIG. 26 is a diagram showing a dispersion map. 26 shows a distribution map of the WDM system 100 of FIG. Looking at the dispersion map Ml, for each relay section, for ch 20,
- the positive dispersion value due to 5 MF is dispersion-compensated with the negative dispersion value of DCF.
- the chromatic dispersion value of ch 20 is zero for each relay section, and the chromatic dispersion value of the adjacent channel of ch 20 is also within the dispersion tolerance.
- the chromatic dispersion values of ch1 and ch40 at both ends of the signal band cannot be fully compensated for on the optical transmission line on which the dispersion management is performed for ch20, and thus are far outside the dispersion tolerance. Therefore, for channels that exceed the dispersion tolerance, the DCM123 must be installed on the station side to perform dispersion compensation. (In the system shown in Fig. 25, DCM123-1 to 123-40 corresponding to all channels are installed. It is location) .
- the dispersion tolerance becomes more severe (in other words, the aperture of the eye pattern decreases), and the optical receivers 121-1 to 121-40 The received waveform deteriorates, and the probability (bit error rate) of erroneously judging the signals "0" and "1" increases. Therefore, when the transmission speed increases, high-precision dispersion compensation is required.
- the DCF and a plurality of dispersion compensators for each channel are provided to perform dispersion compensation. Therefore, the scale of the apparatus becomes large, and it is difficult to construct an economical network. In addition, the number of dispersion compensators and the variety of dispersion compensators placed a heavy burden on dispersion management designers.
- the present invention has been made in view of the above points, and has a dispersion slope that sufficiently sets a variable width of the dispersion slope, performs highly accurate dispersion slope compensation, and improves optical transmission quality. It is an object of the present invention to provide a compensator.
- a dispersion slope compensator 1 for compensating a dispersion slope of chromatic dispersion as shown in FIG.
- Feedback light composed of an input / output light propagation path 12 and optical power bras C 1 and C 2 for coupling the loop light propagation path 11 and the input / output light propagation path 12 at at least two places.
- Mach-Zehnder interferometers formed by the loop-shaped light propagation path 11 and a part of the input / output light propagation path 12 with respect to the filter F, It is characterized in that a part of the light propagation path constituting the branch of the interferometer is spatially separated, the optical path length of the branch part is variably adjusted, and the dispersion slope is compensated by variably setting the dispersion slope.
- a dispersion slope compensator 1 is provided.
- the feedback optical filter F is composed of a loop-shaped light propagation path 11, an input / output light propagation path 12 having an input / output to the outside, a loop-shaped light propagation path 11, and an input / output light propagation path 1. And light power bras C1 and C2 that combine the two at at least two places.
- a Mach-Zeng interferometer formed by a part of the loop-shaped light propagation path 11 and a part of the input / output light propagation path 12 sandwiched by the optical power bras C1, C2, A part of the light propagation path constituting the branch of the Mach-Zehnder interferometer is spatially separated, and the optical path length of the branch is variably adjusted to variably set the dispersion slope.
- FIG. 1 is a principle diagram of the dispersion slope compensator of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing a ring resonator.
- FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the ring resonator.
- Fig. 4 is a diagram showing a ring resonator in which the optical power blur is MZI.
- Fig. 5 is a diagram showing a ring resonator in which the optical power blur is MZI.
- FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the wavelength dependence of the wavelength and the group delay.
- FIG. 4 is a diagram showing a relationship between the wavelength dependence of the wavelength and the group delay.
- FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the wavelength dependence and the group delay.
- FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the dispersion mouth compensation device.
- FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the dispersion mouth compensation device.
- FIG. 11 is a diagram showing the configuration of the dispersion-slip compensation device.
- FIG. 12 is a diagram showing the radius of curvature of the loop.
- FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the refractive index difference and the loop length that can be realized.
- FIG. 14 is a diagram illustrating the configuration of the dispersion-slip compensation device.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of a manufacturing process for realizing a PLC having a thermo-optic effect.
- FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- FIG. 18 is a diagram illustrating an example of a module configuration of the dispersion slope compensator.
- FIG. 19 is a diagram showing a multi-stage connection configuration of the dispersion mouth compensation device.
- FIG. 20 is a diagram showing the wavelength dependence of mii in a three-stage configuration.
- FIG. 21 is a diagram showing dispersion slope compensation characteristics in a three-stage configuration.
- FIG. 22 is a diagram showing a WDM system of the present invention.
- FIG. 23 is a diagram showing an outline of dispersion slope compensation and dispersion compensation performed in DSC and DCM.
- Figure 24 shows the residual dispersion.
- Fig. 25 shows a conventional WDM system.
- Figure 26 shows the dispersion map.
- FIG. 1 is a principle diagram of the dispersion slope compensator of the present invention.
- the dispersion slope compensator 1 is a device for compensating the dispersion slope of the chromatic dispersion generated at the time of optical signal transmission. Are spatially separated from each other.
- the feedback type optical filter F has fewer loop light propagation paths 11, input / output light propagation paths 12 with input / output to the outside, loop light propagation paths 11 and input / output light propagation paths 12. Both are composed of optical power bras C1 and C2 that are coupled at two or more locations, and are formed, for example, on a Si substrate.
- the separated light propagation path side is referred to as a movable MZI branch 20 and the substrate including the input / output light propagation path 12 is referred to as a light propagation path substrate 10.
- the dispersion slope is variably set.
- the specific configuration and operation of the present invention will be described later with reference to FIG.
- the All Pass Filter is a filter used to pass signals in all frequency ranges and change only the phase. In the field of optical transmission, it is used as a dispersion compensation filter. Is done. Dispersion compensation filters having wavelength periodicity can be broadly classified into two types: FIR (Finish Impulse Response) type and IIR (Innnite impulse Response) type.
- a typical dispersion compensation filter is a PLC (Planar Lightwave Circuit) type dispersion compensator.
- the PLC type dispersion compensator is composed of MZIs connected in series and multiple stages on a planar waveguide substrate. By making adjustments so that long-wavelength signals propagate to the arm, dispersion compensation with negative dispersion is realized.
- the PLC type dispersion compensator has a stable frequency response.However, if a steep frequency response is to be obtained, the number of stages of the MZI must be increased and the chip area is large, which is not suitable for mass production. Atsuta.
- FIG. 2 is a diagram showing a ring resonator.
- the ring resonator 30 is a single optical power coupler that optically couples the loop light propagation path 31, the input / output light propagation path 32, and the loop light propagation path 31 and the input / output light propagation path 32.
- the dispersion slope compensator 1 of the present invention has a ring resonator 30 as a basic structure.
- the main design parameters when designing a dispersion compensator using the ring resonator 30 include FSR (Free Spectral Range: resonance peak interval, that is, frequency interval between adjacent wavelength peaks), center wavelength position, and dispersion compensation. There are three in quantity.
- the ring resonator 30 corresponds to the design of the loop circumference, and the dispersion compensation amount corresponds to the power bra branching ratio of the optical brass C.
- the transfer function of the ring resonator 30 In WDM, the interval between adjacent frequencies (wavelengths) is determined based on the ITU-T Grid (for example, an interval of 100 GHz (0.8 nm) and an interval of 50 GHz (0.4 nm) are specified). ing) .
- wavelength multiplexing is performed by WDM, it is necessary to accurately place an arbitrary wavelength on the ITU-T Grid with a narrow frequency interval. The reference wavelength at this time is called the center wavelength here.
- FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the ring resonator 30.
- the ring resonator 30 can be represented by an equivalent circuit as shown in FIG.
- the optical power blur C of the ring resonator 30 corresponds to the two-port circuit M
- the loop light propagation path 31 corresponds to the delay element (exp (j ⁇ )).
- the input signal to port ⁇ 1 of the two-port pair circuit ⁇ is E i 2
- the input signal to port p 2 is E i 2
- the output signal from port p 3 is E.
- the relationship between the input signal and the output signal is expressed by using the transfer matrix of the optical power C (the transfer matrix of the two-port pair circuit M) as follows. m m
- the group delay D (e) is obtained by differentiating the phase part ar gH ( ⁇ ) of the above transfer function H ( ⁇ ) with the angular frequency ⁇ .
- Group delay is the time required for signal propagation in an optical transmission line.
- the group delay D ( ⁇ ) is given by equation (7) using equation (6).
- the chromatic dispersion DS ( ⁇ ) is obtained by differentiating the group delay D ( ⁇ ) with the wavelength ⁇ , and is expressed by the following equation (8) (where the change in the group delay when the wavelength ⁇ is changed is Wavelength dispersion).
- the FSR is determined by the change of L "* n in exp in Eq. (3), which is an integral multiple of ⁇ . If the adjacent wavelengths are the same, the expression in Eq. (9) .
- the FSR can be determined from Eq. (12) by designing the loop circumference! ⁇ .
- L r ⁇ ⁇ ( ⁇ ) depends on the periodicity. Due to the periodicity, the loop circumference L within the range of ⁇ 0.5 ⁇ It can be set by adjusting r .
- 111 ⁇ 0 (corresponding to a power braided branching ratio of 100%.
- Fig. 4 and Fig. 5 are diagrams showing ring resonators with MZI optical power blur.
- the ring resonator 30-1 uses two optical power bras Ca and Cb.
- an MZI 33 thin solid line in the figure
- the ring resonator 30-2 in Fig. 5 Has a structure in which the branch portion of MZI 33 (MZI branch 33-1) is extended (extending the branch portion of MZI 33 can increase the amount of dispersion slope as described later).
- the transfer function of the ring resonator 30-2 having the MZ I 33 is obtained by replacing the transfer matrix m of the ring resonator 30 with the transfer matrix m (i) of the MZ I 33 in the equation (14).
- the desired wavelength range is the C band ( ⁇ -40 ⁇ )
- I! In the range of about 1 to 0.8 depending on the wavelength. ⁇ 1.
- ALm should give a change of 0 to several tens of meters.
- a heater or an electrode is provided on a branch portion of the MZ I to obtain a thermo-optic effect or the like.
- a dispersion compensator having a PLC monolithic structure (an integrated circuit formed on a substrate such as a single semiconductor) utilizing the electro-optic effect is conceivable (for example, the above-described conventional technology (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-151513)) ).
- Japanese Patent Laid-Open No. 2000-151513 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-151513
- the length of the heater should be about 1 mm, so it is feasible to adjust the amount of dispersion.
- adjusting the amount of dispersion slope requires a change in the optical path length difference between the MZI branches of about 0 to 20 as described above, but it is necessary to transmit signals of 10 Gbps or more that require dispersion compensation. If the loop length is less than 10 mm (bandwidth 20 GHz), the maximum optical path length between MZI branches from 0 to 3 m can be obtained.
- a dispersion compensator having a PLC monolithic structure can be manufactured up to around 10 Gbps ZFSR of 50 GHz, but a dispersion slope compensator having a sufficiently variable width cannot be realized.
- the present invention provides a function (mechanical adjustment) of spatially separating a part of the light propagation path constituting the MZI branch and adjusting the optical path length of the branch part.
- the optical path length of the MZ I branch is arbitrarily varied as the distance in the real space, and the period of the wavelength dependence of the coupling ratio between the loop-shaped optical waveguide 31 and the input / output optical propagation path 32 is changed according to the system. Can be set to a desired value.
- FIG. 9 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator 1 _ 1 of the first embodiment includes a loop-shaped light propagation path 11, an input / output light propagation path 12, and a connection between the loop-shaped light propagation path 11 and the input / output light propagation path 12. It has two light bras C1, C2, and has a structure that spatially separates a part of the MZI branch br sandwiched between the two light bras C1, C2.
- Light collecting parts (lens: collimating lens) Ll and L2 are installed between the movable MZ I branch 20 and the light propagation path substrate 10.
- the lenses Ll and L2 collimate the light and reduce the propagation loss when the optical signal goes around the loop of the MZI branch br.
- the movable MZI branch 20 is formed of, for example, a reflective prism.
- the MZ I optical path length difference ALm can be adjusted.
- i for ⁇ change can be changed arbitrarily.
- the dispersion slope amount can be arbitrarily variably set. Therefore, dispersion by thermo-optic effect, electro-optic effect, photoelastic effect, etc.
- the limitation of the variable range, which has been a problem when the slope amount is adjusted, can be solved by the present invention.
- the portion including the input / output light propagation path 12 and the two optical power bras C1 and C2 may be formed by using a fiber optic bra.
- the movable MZI branch 20 which is spatially separated may be formed using a fiber, a PLC or the like.
- FIG. 10 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator 1-2 of the second embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but the movable MZI branch 20 and the light propagation path substrate 10a are spatially separated. This is the case where two MZ I branches br l. Br 2 have the same length before separation.
- the layout is as shown in the figure. (In the layout shown in FIG. 9, the movable MZ I branch br is larger than the MZ I branch on the optical propagation path substrate 10. It turns out that it is a long state).
- the splitting ratio of the two power bras C1 and C2 is 50% at the longest wavelength or the shortest wavelength in the usable wavelength range. This is because when the optical path length difference between the MZI branches is zero, the longest wavelength or the shortest wavelength becomes 1 and the amount of dispersion becomes zero, and the widest slope variable range can be set.
- FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator 13 of the third embodiment has the same basic configuration as that of the first embodiment, but reflects a part of the bending of the light propagation path of the light propagation path substrate 10b. (Mirror) 14 (shaded area in the figure). With such a configuration, in the third embodiment, a lower insertion loss Loss, and a wider FSR can be realized. The reason will be described below.
- the minimum radius of curvature determined by the refractive index difference ⁇ n between the applied core and the clad Must form a loop.
- FIG. 12 is a diagram showing a radius of curvature of a loop
- FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a refractive index difference and a loop length that can be realized.
- the vertical axis is the circuit length (nm)
- a curved portion other than the optical power bras C1 and C2 is formed by the mirror 14 to limit the radius of curvature.
- a cutting edge having a desired angle is selected, and dicing is performed perpendicularly to a side surface of the PLC.
- a high reflection coating made of a multilayer dielectric film may be added to the mirror surface after processing.
- FIG. 14 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator 114 of the fourth embodiment has a structure in which a glass molded part is bonded to the PLC side instead of directly forming a mirror on the side of the PLC. By introducing the lenses L1, L2, and the like into the glass mold 140, it becomes possible to further reduce the insertion loss as compared with the third embodiment.
- the lenses Ll, L2, and the concave mirror 14a are formed as a part integrally molded with the glass mold 140, and the glass mold 140 and the PLC Are bonded using an adhesive having high light transmittance.
- a high reflection coating made of a multilayer dielectric film is added to the reflection surface of the reflection component, and an anti-reflection coating is applied to the transmission surface. May be added.
- a fifth embodiment of the dispersion slope compensator will be described.
- an optical path length of several / m can be adjusted with respect to the loop-shaped light propagation path 11 by using a PLC having a thermo-optic effect.
- the apparatus is mainly configured to realize the variable setting of the dispersion slope.
- the optical path is further improved by the thermo-optic effect. By adjusting the length, it is possible to adjust the center wavelength and the amount of dispersion compensation with a variable width of several meters / m.
- FIG. 15 is a diagram showing an example of a manufacturing process for realizing a PLC having a thermo-optic effect.
- a Si 2 film is formed as a lower cladding layer on a Si or glass substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an FHD (Flame Hydorolsis Deposition) method. At this time, it is advisable to add P (phosphorus), B (poron) or Ge (germana) for controlling the film stress and the refractive index.
- the core layer through which light is guided is formed by CVD or FHD as in the case of the cladding layer.
- the concentration of Ge is made higher than that of the cladding layer, or the refractive index is made higher than that of the cladding layer by adding Ti (titanium).
- a mask according to the core pattern (a metal mask formed by depositing a metal such as a photosensitive organic mask or Cr (chromium) on the core layer and using the metal film as the organic material mask to etch)
- the core pattern of the mask is transferred by dry etching.
- the mask is removed chemically, and the core is buried (formation of the upper cladding) by CVD or FHD as in the case of the lower cladding layer.
- the material may be Ptt (platinum), W (tungsten), nichrome, Cr, etc.
- the electrode material may be Au (gold), Cu (copper), A1 (aluminum), etc.
- a high melting point metal such as Ti.
- FIG. 16 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator according to the fifth embodiment includes the heater 15 and the electrodes 16a, 1_5 and the loop-shaped light propagation path 11 on the light propagation path substrate 10d by the generation method in step S4. 16b is provided (other configurations are the same as in the second embodiment).
- FIG. 17 is a diagram showing the configuration of the dispersion slope compensator.
- the dispersion slope compensator 1-16 of the sixth embodiment has an MZI 17a having heaters 17a-1 and 17b-1 (electrodes are not shown) with respect to the light propagation path substrate 10e. And 1713 are applied to the optical coupler (31, C2. With such a configuration, it is possible to perform dispersion slope compensation from a preset dispersion amount, and the dispersion slope compensation function + dispersion A compensation function can be realized.
- FIG. 18 is a diagram illustrating a module configuration example of the dispersion slope compensator. Dispersion compensator module
- Reference numeral 50 denotes a stage on which a light propagation path substrate 10 and a movable MZI branch 20 are mounted, a micro adjuster 51, a piezoelectric element 52, a ceramic heater 53, a heater drive terminal 54, a temperature monitor terminal 55, and an actuator. Overnight drive terminal 56 and optical fiber are provided.
- the PLC chip of the light propagation path substrate 10 is mounted on the ceramic heater 53 for controlling the center wavelength, and the movable MZI branch 20 is coarsely adjusted by the microadjustment device 51 and finely adjusted by the piezoelectric element 52.
- the optical path length of the MZI branch can be freely set, and an arbitrary slope amount can be set by the same module.
- FIG. 19 is a diagram showing a multi-stage connection configuration of the dispersion slope compensator.
- the multi-stage dispersion slope compensator 60 has a configuration in which the input and output light propagation paths 11 of the dispersion slope compensator are connected, and the dispersion slope compensators 1 a, lb, lc,.
- the optical waveguide substrate 10 may be provided on the same PLC). With such a configuration, the compensation band can be expanded.
- FIG. 20 is a diagram showing the wavelength dependence in a three-stage configuration.
- the vertical axis is transmittance, and the horizontal axis is wavelength.
- FIG. 21 is a diagram showing dispersion slope compensation characteristics in a three-stage configuration.
- the vertical axis is group delay, and the horizontal axis is wavelength.
- Figures 20 and 21 are simulation examples of dispersion slope compensation characteristics of 100 GHz spacing of 20 channels in a three-stage configuration.
- a 0.4 nm band, 7.3 ps / nm 2 20 channel collective slope compensation can be performed.
- FIG. 20 shows the change of the dispersion slope compensator in the three-stage configuration. From FIG. 21, it can be seen that when three stages of dispersion slope compensators having the wavelength dependence of i shown in FIG. 20 are connected in three stages, the amount of dispersion gap increases.
- FIG. 22 is a diagram showing a WDM system of the present invention.
- " ⁇ ⁇ 0 System 200 indicates a system that performs wavelength multiplexing of a maximum of 40 waves, and includes a transmitting device 210, a receiving device 220, and a relay amplifier 230-1-1 to 230-3. (Only one-way transmission is shown. Also, the transmission device 210 and the reception device 220 are included in the station.) Also, SMF is used for the optical fiber of the transmission line, and the dispersion compensating fiber is used. Install DCF fl to f 4.
- the transmitting device 210 includes the optical transmitting unit 2 1 1 1 to 2 1 1 4 0, the wavelength multiplexing unit 2 12 and the WDM amplifier 2 13 and the receiving device.
- Reference numeral 220 denotes a DSC (Dispersion Slope Compensator: a dispersion slope compensator of the present invention) 222, a variable DCM 222, and an optical reception control unit 220a.
- the unit 220a includes a wavelength demultiplexing unit 222 and an optical receiving unit 221-1-1 to 2211_40.
- the optical transmitters 211-1 to 211-40 output the optical signals of chl to ch40 to the transmitter 210, and the wavelength multiplexing unit 212 performs wavelength multiplexing of the optical signals of chl to ch40 to perform WDM.
- WDM amplifier 213 amplifies the WDM signal and outputs it to a transmission path.
- the relay amplifiers 230-1 to 230-4 relay and amplify the WDM signal flowing through the SMF. Further, DCF f1 to f4 have a dispersion compensation value for compensating for the chromatic dispersion of ch20, and the optical signal of ch20 is generated by the SMF every time it passes through DCF f1 to f4. The wavelength dispersion value thus obtained becomes a value.
- the DSC 223 collectively compensates for the dispersion slope generated for each channel of the WDM signal.
- the variable DCM 224 performs dispersion compensation on the WDM signal after dispersion slope compensation.
- the wavelength separating unit 222 separates the wavelength of the WDM signal into 40 waves of ch1 to ch40.
- the optical receiving units 221-1 to 221-40 receive and process the dispersion-compensated optical signals of ch 1 to ch 40.
- FIG. 23 is a diagram showing an outline of dispersion slope compensation and dispersion compensation performed by the DSC 223 and the DCM 224.
- the D S C 223 performs slope compensation by filtering with a dispersion slope that is opposite to the dispersion slope of the WDM signal flowing from the optical transmission line (as described above with reference to FIG. 24, the downward slope). Therefore, the output of DSC223 has no slope and becomes flat.
- the DCM 224 performs dispersion compensation on the WDM signal after slope compensation. In this example, since the whole is positive dispersion, the same amount of negative dispersion of the opposite sign is applied to make the accumulated chromatic dispersion zero.
- the dispersion slope between the channels of the WDM signal is collectively compensated by one DCS 223, and then the dispersion dispersion is compensated by one DCM 224 collectively.
- the dispersion slope between all the channels can be compensated collectively by one dispersion slope compensator 1 for the DWDM system. There is no need to provide a compensator. For this reason, D This makes it possible to reduce the cost of WDM systems and simplify the design of distributed management.
- the dispersion slope compensator of the present invention includes a loop-shaped light propagation path, an input / output light propagation path having an input / output to the outside, and at least two loop-shaped light propagation paths and input / output light propagation paths.
- a sufficient dispersion slope variable width can be set, so that dispersion compensation of a high-speed and large-capacity DWDM network can be performed with high accuracy, and optical transmission quality can be improved.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
十分な分散スロープの可変幅を設定して分散スロープ補償を行い、光伝送品質の向上を図る。帰還型光フィルタ(F)は、ループ状光伝播路(11)と、外部への入出力を有する入出力光伝播路(12)と、ループ状光伝播路(11)及び入出力光伝播路(12)を少なくとも2箇所以上で結合する光カプラ(C1)、(C2)と、から構成される。帰還型光フィルタ(F)に対して、光カプラ(C1)、(C2)によって挟まれたループ状光伝播路(11)及び入出力光伝播路(12)の一部によって形成されるマッハツェンダ干渉計の内、マッハツェンダ干渉計の枝を構成する光伝播路の一部を空間的に分離して、枝(21)部分の光路長を可変に調整して分散スロープの可変設定を行う。
Description
分散スロープ補償装置 技術分野
本発明は、 分散スロープ補償装置に関し、 特に波長分散の分散スロープの補償 を行う分散ス口一プ補償装置に関する。
明
背景技術
光通信ネットワークは、 情報通信ネットワークの基盤形成の核となるもので、 一層のサービスの高度化、 広域化が望まれてお書り、 中でも WDM (Wavelength Division Multiplex) は光伝送システムの中心技術として、 急速に開発が進ん でいる。 WDMは、 波長の異なる光を多重化して、 1本の光ファイバで複数の信 号を同時に伝送する方式である。
一方、 光ファイバによる光パルス伝送に対し、 光ファイバにおける伝送速度は、 光の波長毎に異なるため、 伝送距離が伸びるにつれパルス波形が鈍る波長分散が 生じる。 波長分散は、 波長が 1 nm異なるふたつの単色光を 1 km伝搬させたと きの伝搬時間差、 単位は p sZnmZkmで定義される。 具体例としては、 光フ アイバで通常使用される SMF (Single Mode Fiber) では、 1. 55 m付近 で 15〜16 p sZnmZkmの波長分散が発生する。
大容量 ·長距離の光伝送を実現するための WDMシステムで、 波長分散による パルス広がりが生じると、 受信レベルを著しく劣化させてシステムに有害な影響 を及ぼすことになる。 このため、 光ファイバで発生した波長分散に対しては、 符 号が逆の同じ量だけの波長分散を加えて、 波長分散を等価的にゼロにする分散補 償を行う必要がある。
現在、 分散補償において最もよく用いられるものは、 分散補償ファイバ (DC F: Dispersion Compensating Fiber) である。 DCFは、 SMFのファイバ 材料が有する材料分散に対して、 特殊な屈折率分布により、 逆の分散 (構造分 散) を発生するように設計されている (SMFは正の分散値を持つので、 DCF
は通常、 負の分散値を持つよう設計される) 。
従来、 WDMシステムで DC Fを用いて分散補償を行う場合、 WDMの中心チ ャネルの波長分散を補償するような DC Fを SMFに接続して、 中心チャネル周 りの光信号の波長分散の分散補償を行い、 光伝送路上で補償しきれなかった波長 分散 (残留分散) に対しては、 受信局側に設けられた分散補償器で補償している。 例えば、 WDMの波長多重数が 40波ならば、 中心チャネルである 20チヤネ ルの光信号波長の波長分散に対して、 これを補償する DC Fを接続し、 かつ受信 局側に分散補償器を設けて残留分散を補償する。
また、 代表的な分散補償器としては、 チヤ一ブト形ファイバ ·ブラッグ ·ダレ 一ティング (CFBG: Charped Fiber Bragg Grating) がある。 CFBGは、 光ファイバのコア上に屈折率を周期的に変化させる回折格子が形成されており、 入力光の波長の違いに対応して遅延時間差を生じさせて、 正負のいずれにも対応 した分散補償を行うもので、 光サーキユレ一夕等と組み合わせて用いられる。 さらに、 従来の分散補償器として、 全域通過光フィルタとして結合型リング共 振器を用いて、 光パルス入力に所望の位相応答を与えて、 分散補償を行う技術が 提案されている (例えば、 特許文献 1参照) 。
特許文献 1
特開 2000— 151 513号公報 (段落番号 〔0052〕 〜 〔005 9〕 、 第 9図)
しかし、 上記のような DCFを用いて分散補償を行うシステムでは、 受信局側 に残留分散を補償するための分散補償器を、 チャネル毎に設けなければならない ため、 非常に多くの種類及び数の分散補償器が必要となり、 WDMシステムを経 済的に構築することができないといった問題があった。
ここで残留分散が発生する理由について説明する。 波長分散の特性を表現する 場合、 波長分散値の他に波長依存性 (波長変化に応じた分散値の変化) も重要と なる。 この波長依存性のことを分散スロープ (単位は p s/kmZnm2) と呼 ぶ。
分散補償を行う際は、 信号光帯域全体に渡って分散値だけでなく、 分散スロー プ'(Slope) も同時に補償する必要があるが、 分散スロープは、 DCFと SMF
とで異なるため、 WDM伝送で用いる波長バンド (例えば、 Cバンドと呼ばれる 範囲は 1525 nm〜 1565 nm付近) の両端には、 補償しきれなかった波長 分散が残留してしまう。 この残留分散は、 伝送距離が伸びるにつれ累積して行き、 その結果として受信側でチャネル毎に補償する必要がでてくる。
図 24は残留分散を示す図である。 縦軸は波長分散 (p sZnm) 、 横軸は波 長 (nm) である。 c h l〜c h40の 40波が波長多重された WDM信号の分 散補償の様子を示している。
31^?で10 111伝送し、 分散スロープ値 0. 2 p sZkmZnm2を有する DCFで中心チャネル (ch 20) に対して分散補償した場合、 Cバンド内でチ ャネル波長間隔 100 GHzでは、 c h lでは約 +20 (p s/nm) 、 c h 4 0では約 _30 (psZnm) の残留分散が発生している (c h20の波長分散 値はゼロである) 。
図 25は従来の WDMシステムを示す図である。 WDMシステム 100は、 最 大 40波の波長多重を行うシステムを示しており、 局 1 10、 120、 中継アン プ 130_ 1〜130— 6から構成される (片方向伝送のみ示す) 。 また、 伝送 路の光ファイバには SMFを使用し、 分散補償ファイバとして DC F f l〜f 6 を設置する (DCFは、 コイル状にして小型パッケージに収納されて、 光部品と して中継装置内に設置されるものである) 。
局 110は、 光送信部 11 1— 1〜 111— 40、 波長多重部 112、 WDM アンプ 113を含み、 局 120は、 光受信部 121— 1〜 121— 40、 波長分 離部 122、 DCM (Dispersion Compensation Module:分散補償器) 12 3— 1〜 123— 40を含む。
局 1 10に対し、 光送信部 111— 1〜: 11 1一 40は、 c h l〜ch40の 光信号をそれぞれ出力し、 波長多重部 1 12は、 c h l〜ch40の光信号の波 長多重を行って WDM信号を生成する。 WDMアンプ 1 13は、 WDM信号を増 幅して伝送路へ出力する。
中継アンプ 130— 1〜130— 6は、 SMFを流れる WDM信号を中継 ·増 幅する。 また、 DCF f l〜 f 6は、 c h20の波長分散の補償を行う分散補償 値を有しており、 c h 20の光信号は、 DCF f 1〜 f 6を通過する度に SMF
で発生した波長分散値がゼ口になる。
局 120に対し、 波長分離部 122は、 WDM信号を c h l〜ch40の 40 波に波長分離し、 c h l〜c h40毎に設置された DCM123— 1〜 123—
40は、 各チャネルの残留分散の補償を行う。 そして、 光受信部 121_ 1〜1 21— 40は、 分散補償された c h 1〜 c h 40の光信号を受信処理する。
図 26は分散マップを示す図である。 図 25の WDMシステム 100の分散マ ップを示している。 分散マップ Mlを見ると、 1中継区間毎に c h 20に対して、
5 MFによる正の分散値を D C Fの負の分散値で分散補償している様子がわかる。 このため、 c h 20の波長分散値は中継区間毎にゼロとなり、 かつ c h 20の隣 接チャネルの波長分散値も分散トレランス内に入っている。
しかし、 信号帯域両端の c h 1、 ch40の波長分散値は、 ch20を対象に 分散マネジメントを施した光伝送路では補償しきれないため、 分散トレランスか ら大きく外れている。 したがって、 分散トレランスからはみ出てしまうチャネル に対しては、 DCM123を局側に設けて分散補償を行わなければならない (図 25のシステムでは全チャネルに対応した D CM 123— 1〜 123— 40を設 置している) 。
また、 伝送速度が例えば、 1 OGb/sから 4 OGb/sへ増加すると、 分散 トレランスはさらに厳しくなり (要するにアイパターンの開口度が小さくなる) 、 光受信部 121— 1〜 1 21— 40で受信する波形は劣化して、 信号 " 0 " 、 "1" を間違って判定する確率 (符号誤り率) が増えてしまうため、 伝送速度が 増大すると高精度な分散補償が要求される。
このように従来の WDMシステムでは、 DCFと、 チャネル毎の複数の分散補 償器とを設けて分散補償を行っているため、 装置規模が大きくなり経済的なネッ トワーク構築が困難であった。 また、 分散補償器の数や種類の多さから分散マネ ジメント設計者に対する負担も大きかった。
一方、 上述した CFBGは、 単チャネル用の分散補償器であるため、 チャネル 間の残留分散を一括して補償することはできない。 また、 KMadsen等が提案 する上記の従来技術 (特開 2000 - 151513号公報) は、 分散スロープの 可変幅が少なく、 分散スロープ量を任意に設定できない。 このため、 40GbZ
s、 さらにはベタビット (P b / s ) 級の超高速伝送の DWD M (Dense-WD M) システムに適用することができず、 次世代のマルチメディアネットワーク構 築に対する発展性が期待できないといった問題があった。 発明の開示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、 十分な分散スロープの可 変幅設定を行って、 高精度な分散スロープ補償を行い、 光伝送品質の向上を図つ た分散ス口一プ補償装置を提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、 図 1に示すような、 波長分散の分散ス ロープの補償を行う分散スロープ補償装置 1において、 ループ状光伝播路 1 1と、 外部への入出力を有する入出力光伝播路 1 2と、 ループ状光伝播路 1 1及び入出 力光伝播路 1 2を少なくとも 2箇所以上で結合する光力ブラ C 1、 C 2と、 から 構成される帰還型光フィル夕 Fに対し、 光力ブラ C l、 C 2によって挟まれたル —プ状光伝播路 1 1及び入出力光伝播路 1 2の一部によって形成されるマツハツ ェンダ干渉計の内、 マッハツェング干渉計の枝を構成する光伝播路の一部を空間 的に分離して、 枝部分の光路長を可変に調整し、 分散スロープの可変設定を行つ て分散スロープを補償することを特徴とする分散スロープ補償装置 1が提供され る。
ここで、 帰還型光フィル夕 Fは、 ループ状光伝播路 1 1と、 外部への入出力を 有する入出力光伝播路 1 2と、 ループ状光伝播路 1 1及び入出力光伝播路 1 2を 少なくとも 2箇所以上で結合する光力ブラ C 1、 C 2と、 から構成される。 帰還 型光フィル夕 Fに対して、 光力ブラ C l、 C 2によって挟まれたループ状光伝播 路 1 1及び入出力光伝播路 1 2の一部によって形成されるマッハツェング干渉計 の内、 マッハツエンダ干渉計の枝を構成する光伝播路の一部を空間的に分離して、 枝部分の光路長を可変に調整して分散スロープの可変設定を行う。
本発明の上記および他の目的、 特徴および利点は本発明の例として好ましい実 施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。 図面の簡単な説明
図 1は 本発明の分散スロープ補償装置の原理図である。
図 2は リング共振器を示す図である。
図 3は リング共振器の等価回路を示す図である。
図 4は 光力ブラ部分を M Z Iとしたリング共振器を示す図である。
図 5は 光力ブラ部分を M Z Iとしたリング共振器を示す図である。
図 6は m!!の波長依存性と群遅延との関係を示す図である。
図 7は m x!の波長依存性と群遅延との関係を示す図である。
図 8は の波長依存性と群遅延との関係を示す図である。
図 9は 分散ス口一プ補償装置の構成を示す図である。
図 1 0は 分散ス口一プ補償装置の構成を示す図である。
図 1 1は 分散ス口一プ補償装置の構成を示す図である。
図 1 2は ループの曲率半径を示す図である。
図 1 3は 屈折率差と実現されうるループ長との関係を示す図である。
図 1 4は 分散ス口一プ補償装置の構成を示す図である。
図 1 5は 熱光学効果を有する P L Cを実現する製造プロセスの工程例を示す 図である。
図 1 6は 分散スロープ補償装置の構成を示す図である。
図 1 7は 分散スロープ補償装置の構成を示す図である。
図 1 8は 分散スロープ補償装置のモジュール構成例を示す図である。
図 1 9は 分散ス口一プ補償装置の多段接続構成を示す図である。
図 2 0は 3段構成時の m i iの波長依存性を示す図である。
図 2 1は 3段構成時の分散スロープ補償特性を示す図である。
図 2 2は 本発明の WDMシステムを示す図である。
図 2 3は D S Cと D C Mで行う分散スロープ補償及び分散補償の概要を示す 図である。
図 2 4は 残留分散を示す図である。
図 2 5は 従来の WD Mシステムを示す図である。
図 2 6は 分散マップを示す図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 図 1は本発明の分散ス ロープ補償装置の原理図である。 分散スロープ補償装置 1は、 光信号伝送時に発 生する波長分散の分散スロープ補償を行う装置であり、 帰還型光フィル夕 Fのマ ッハツエンダ干渉計 (Mach Zehnder Interferometer:以下、 M Z Iと記す) の枝を空間的に分離した構成を持つ。
帰還型光フィル夕 Fは、 ループ状光伝播路 1 1と、 外部への入出力を有する入 出力光伝播路 1 2と、 ループ状光伝播路 1 1及び入出力光伝播路 1 2を少なくと も 2箇所以上で結合する光力ブラ C 1、 C 2とから構成され、 例えば、 S i基板 上に形成される。
この帰還型光フィル夕 Fに対して、 光力ブラ C l、 C 2によって挟まれたルー プ状光伝播路 1 1及び入出力光伝播路 1 2の一部によって形成される M Z Iの内、 M Z Iの枝を構成する光伝播路の一部を空間的に分離する。 なお、 以降では、 分 離した光伝播路側を可動型 M Z I枝 2 0、 入出力光伝播路 1 2を含む側の基板を 光伝播路基板 1 0と呼ぶ。
そして、 M Z I枝 2 1部分の光路長を可変に調整することで (可動型 M Z I枝 2 0と光伝播路基板 1 0とを機械的に分離可動する) 、 分散スロープの可変設定 を行う。 本発明の具体的な構成及び動作については図 9以降で後述する。
次に本発明の分散スロープ補償装置 1について、 分散スロープ補償設計の考え 方から本発明が解決したい問題点まで段階的に詳しく説明する。 全域通過光フィ ル夕 (All Pass Filter) は、 すべての周波数範囲の信号を通過させ、 位相だけ を変化させる目的で使われるフィル夕であり、 光伝送の分野では分散補償用フィ ル夕として使用される。 波長周期性を有する分散補償用フィルタは、 F I R (Fi nite Impulse Response) 型と I I R (Innnite impulse Response) 型の 2種 類に大きく分けられる。
F I Rフィル夕は、 フィードフォワードで周波数応答を制御するもので、 代表 的な分散補償用フィル夕として、 P L C (Planar Lightwave Circuit) 形分散 補償器がある。 P L C形分散補償器は、 平面導波路基板上に M Z Iを直列多段に 接続したもので、 M Z Iに対し、 例えば、 長いアームには短波長の信号が、 短い
アームには長波長の信号が伝播するように調整することで負の分散を持つ分散補 償を実現する。
PLC形分散補償器は、 周波数応答は安定しているが、 急峻な周波数応答を得 ようとすると MZ Iの段数を増やさなければならず、 チップ面積が大きくなつて 量産に適していないといった問題があつた。
一方、 I I Rフィル夕は、 有理型フィルタとも呼ばれ、 フィードバックル一プ を有するフィル夕である。 I I Rフィルタは、 フィードバックル一プを有するた め、 F I Rでは起こらない不安定性が存在する。 ただし、 I I Rフィルタを表す 伝達関数の周波数 (波長) 応答における極を適正範囲に収めることで、 システム の安定性を得ることができ (I I Rフィル夕の伝達関数の分母 =0と置いたとき の解である極 kが I k! <1の単位円の内部にあれば安定である) 、 少ない回路 素子で急峻な周波数応答を得ることが可能であり、 小型な分散補償器の実現が期 待できる。
I I Rフィル夕の最も単純なものはリング共振器である。 図 2はリング共振器 を示す図である。 リング共振器 30は、 ループ状光伝播路 31と、 入出力光伝播 路 32と、 ループ状光伝播路 31及び入出力光伝播路 32を光学的に結合させる 1つの光力ブラ。と、 から構成される (本発明の分散スロープ補償装置 1は、 リ ング共振器 30を基本構造としたものである) 。
リング共振器 30を用いて分散補償器を設計する場合の主要な設計パラメ一夕 には、 FSR (Free Spectral Range:共振ピーク間隔、 すなわち隣接する波長 ピークの周波数間隔) 、 中心波長位置、 分散補償量の 3つがある。
FSRと中心波長位置を決定する際には、 リング共振器 30においては、 ルー プ周回長の設計に対応し、 分散補償量の決定には光力ブラ Cの力ブラ分岐比が対 応する。 以下、 これらのことをリング共振器 30の伝達関数を用いて説明する。 なお、 WDMでは、 隣り合う周波数 (波長) の間隔は、 ITU-T Grid という基 準で決められている (例えば、 100GHz (0. 8 nm) 間隔、 50 GHz (0. 4nm) 間隔と規定されている) 。 WDMで波長多重を行う場合、 任意の 波長を周波数間隔の狭い ITU-T Grid に正確に乗せる必要がある。 このときの 基準となる波長をここでは中心波長と呼んでいる。
図 3はリング共振器 30の等価回路を示す図である。 リング共振器 30は、 図 に示すような等価回路で表現できる。 リング共振器 30の光力ブラ Cは 2端子対 回路 Mに対応し、 ループ状光伝播路 31は遅れ要素 (exp ( j ωΤ) ) に対応 する。 また、 2端子対回路 Μのポート ρ 1への入力信号を い ポート p 2へ の入力信号を Ei 2、 ポ一ト p 3からの出力信号を E。い ポート p4からの出力 信号を E。2とする。
ここで、 光力ブラ Cの伝達行列 (2端子対回路 Mの伝達行列) を用いて、 入力 信号と出力信号の関係を表すと式 (1) となる。 m m
11
(1 )
m m
21
、
m m
11 12 cos Θ -s'mO
m = (2)
m m
21 22 s \r\6 +cos Θ
(d e t =1 ) 一方、 £ と£01の関係は、
' e xp ( j ωΤ) となるから、 ル —プ状光伝播路 31で発生する位相シフト h (λ) は式 (3) となる。 ただし、 L はル一プ状光伝播路 31の周回長、 ηは導波路実行屈折率、 λは入力波長で あり、 e X ρ内の符号のマイナスは位相遅れを表している。
= e x p (一 j ω T ) = e x p (— j · 27T f ·
C
= e x p (— j · 2 π— -
e x p (— _)· ·2 π· Ι_ · ηΖλ) —-一 (3) 次に上述の式 (1) 、 d e t = l、 h (λ) =Ei l/ E。1の関係を使って、 リング共振器 30の伝達関数 H (λ) を導くと式 (4) となる。 なお、 展開途中 の式が見やすいように、 伝達行列 mの各要素に対して、 mu a m12 = b、 m21=c、 m22=dとおレ Vこ。
a d EM + b c En 一 a d EM + b d Ei2 b Ei2 d (a En+ b Ei2)— (a d— b c)EM b Ei2 d Eo1 - det En En 一 d Eo1
一 d E ol En /E o1 - d
= ——一 (4)
mn h(A) ― 1 また、 伝達行列 mの と m22の関係は、 一方の要素の複素共役が他方の要 素と等しい関係にあるので、
とおくことができ (mu*は の複 素共役) 、 式 (4) は式 (5) となる。
次に上記の伝達関数 H (λ) の位相部 a r gH (λ) を角周波数 ωで微分して 群遅延 D (え) を求める。 群遅延とは、 光伝送路における信号の伝播に必要な時 間のことである。 まず、 ω (=2 Τ c/λ : cは光速) を波長えで微分して式
(6) を得る。
D( ) d( argH(A)) _ dA d( argH (入))
do) ύω d入
_ —え2 d( argH(A)) (つ、
― ~ ττ — ' )
2 K C dA また、 波長分散 DS (λ) は、 群遅延 D (λ) を波長 λで微分することにより 得られ、 式 (8) となる (波長 λを変化させたときの群遅延の変化が波長分散で ある) 。
DS (入) =— D(A) - --- (8)
d入 次に FSRを算出する。 FSRは、 式 (3) の e xp内の L「 * nが、 λの整 数倍になる変化より決定される。 波長えの隣接波長をえ一とすれば、 式 (9) の ようにおける。
L r · n = m ·λ = (m+1) ■ λ, 一一 (9) 波長差分 Δλと mとの関係は、 式 (9) を用いると式 (10) となる。 ただし、 l《mの場合である。
m
Δ λ = λ,一 入 =
Δ λ
—— (1 o)
λ m ここで、 チャネルの周波数間隔である FSR (=Δ f ) は、 f = c
式 (1 1) のように変形できる (f を λで微分) 。 c
FSR = Af = - △ λ
λ c —一 (1 1 )
入 入 ノ
—— (1 2) ここで、 式 (12) から FSRを決定する際には、 ループ周回長!^を設計す ればよいことがわかる。 また、 中心波長については Lr · η (λ) をどの (任意 の) λの整数倍となるように設定するかに関り、 周期性より、 ±0. 5 λの範囲 でループ周回長 Lrを調整することで設定が可能である。
一方、 分散補償量については、 111^=0 (力ブラ分岐比 1 00%に対応する。 なお、 力ブラ分岐比 1 00%の場合の信号の流れは、 ポート p 2からの入力信号 がすべてポート p 3から出力し、 ループ状光伝播路 3 1を周回した後にポート p 1から入力してポート P4から出力する) の時、 式 (5) より、 H (λ) =-h (λ) であり、 a r gH (λ) =- a r g h (λ) となる。 また、 a r g h
(λ) は、 式 (3) の e χρ内の一 27Τ · Lr · η/λのことであるから、 =0のときの群遅延は式 (13) となる。 λ2 d( argH (入))
D (入) = 一
27t C (1λ λ λ 2 π
27tC 入
― (1 3)
C 式 (13) から群遅延は定数となっているから、 これを λで微分した分散はゼ 口である。 一方、 mu «1) を増やしていくと、 すなわち、 力ブラ分岐比を 100%から減少させると、 伝達関数 H (λ) の位相部分に波長変調が発生し、 波長分散を与えることになる。 したがって、 の変化で分散量が変わるのだ から、 波長間 (チャネル間) の分散量の違いを表す分散スロープをリング共振器 30で発生させるためには、 が波長 (チャネル) に応じて変化すればよい。 次に力ブラ分岐比に関る に波長変化を与える方法について説明する。 波 長変化を与える方法としては、 光力ブラ Cの結合部を MZ Iとする構造 (図 1の 左側に示す帰還型光フィルタ Fに該当する) が考えられる。
図 4、 図 5は光力ブラ部分を MZ Iとしたリング共振器を示す図である。 ルー プ状光伝播路 31、 入出力光伝播路 32、 1つの光力ブラ Cを有するリング共振 器 30に対して、 リング共振器 30— 1は、 光力ブラ Ca、 Cbを 2つ用いて、 ループ状光伝播路 31、 入出力光伝播路 32を結合することで、 結合部に MZ I 33 (図中、 太実線) を形成している。 そして、 図 5のリング共振器 30— 2で
は、 MZ I 33の枝部分 (MZ I枝 33— 1) を伸ばした構造となっている (M Z I 33の枝部分を伸ばすと後述するように分散スロープ量を増大できる) 。 ここで、 2本の MZ I枝 33— 1の光路長差を ALm、 カプラ回転 (結合) を 6>ぃ Θ 2, 導波路実行屈折率を n、 入力波長を λとしたときの MZ I 33の伝 達行列 πι(λ)は式 (14) となる。 cos θ2 -s I η θ2 exp (-j 7f ALm · n 0 m(A) =
s I n 02 +cos Θ 2 0 exp ( j π -ALm ■ η/λ) cos 01 -s i n 01
—一 (1 4)
s i n 01 +cos θ 1
ノ
MZ I 33を持つリング共振器 30— 2の伝達関数は、 リング共振器 30の力 ブラ伝達行列 mを、 式 (14) の MZ I 33の伝達行列 m( i) で置き換えるこ とにより得られる。 また、 a r gH (λ) は以下のようになる。 argH(A ) = arctan
― srctsn
a cos (一 2π η/λ )— sin {-In
(1 5 a)
= cos ( 7T · Δίηι · η/λ )· cos ( ΘΛ θ ― (1 5 b) β = sin ( T■ Aim ■ η/λ )■ cos ( Θ厂 θ2) -— (1 5 c) が波長 λに応じて変化することは、 πι(λ) における exp (±j C · AL m - τι/λ) が変化することを意味する。 すなわち、 ALm * nが大きい程、 λ の変化に対する の変化が大きくなり、 分散スロープ量を増加させる。
図 6〜図 8は iの波長依存性と群遅延との関係を示す図である。 各図は M Z I 3 3を有するリング共振器 30 a〜30 cに対する iと群遅延とを示し ている。 図中の上のグラフは、 縦軸は mu (力ブラ分岐比) 、 横軸は波長であ り、 下のグラフは、 縦軸は群遅延 (P S) 、 横軸は波長である。
図 6のような MZ I 33 aを有するリング共振器 30 aにおいて、 は 1 よりわずかに小さく、 この場合の各波長の群遅延の変化量は小さく、 分散スロー プ量も小さい (なお、 11 ^= 1ならば群遅延の変化量はゼロで、 グラフ上は直 線となる) 。
また、 図 7のように MZ I 33 bの一方の枝を伸ばしたリング共振器 30 に おいて、 が波長に応じて 1より次第に小さくなると、 各波長の群遅延の変 化量が明瞭に現れてきて、 分散スロープ量も増加してくることがわかる (分散ス ロープ量は山の傾きに相当する) 。 さらに、 図 8のように MZ I 33 cの一方の 枝をさらに伸ばしたリング共振器 30 cにおいて、 ranの変化が 0と 1の間で 大きく動くと、 群遅延、 分散スロープ量の変化量が急峻になる。
なお、 具体的な例では、 所望する波長範囲を Cバンド (Δλ〜40 ηηι) とす ると、 が波長に応じて 1〜0. 8程度の範囲で変化するためには、 I!〜 1.
45 (石英 PLCの場合) で、 ALmは 0〜数 10 mの変化を与えればよい。 ここで、 上記のような MZ Iを有するリング共振器に対して、 分散量及び分散 スロープを可変に補償する場合には、 MZ Iの枝部にヒータや電極を設置して、 熱光学効果や電気光学効果を利用した PLCのモノリシック構造 (1個の半導体 などの基板上に作られた集積回路) の分散補償器が考えられる (上述の従来技術 (特開 2000 - 151 51 3号公報) など) 。 しかし、 このような制御だと分 散スロープの可変幅が少なく、 スロープ量を任意に設定することはできないとい つた問題がある。
例えば、 石英 P L Cでより大きな屈折率変化が可能な熱光学効果を利用した場 合、 屈折率の温度依存性 (Δη) は Δη= 1 0— 5 程度であり、 実際に使用 される温度差 (ΔΤ) として ΔΤ=30°Cを限度とすると、 光学路長を 1. 5 m (= 1 λ : Cバンド付近の 1波長) 程度変化させるためにはヒ一夕長は 5mm (=λΖΔΤ · Δη) 程度必要となる。
分散量の調整には MZ I力ブラ部の分岐比が 100〜80%の範囲の変化であ り、 MZ I枝間光路長差で 0. 3 m (=λ/5) 程度の変化量に対応するので、 ヒー夕長は 1 mm程度でよく、 分散量の調整に関しては実現可能である。
一方、 分散スロープ量の調整には、 上述のように 0〜20 程度の MZ I枝 間光路長差の変化が求められるが、 分散補償が必要となる 10 G b p s以上の信 号を伝送するためのル一プ長が 10mm (帯域 20 GHz) 以下では、 最大でも 0〜3 mまでの MZ I枝間光路長差しか得ることができない。 このように PL Cモノリシック構造の分散補償器としては、 10Gbp sZFSR50GHz付 近までは製造可能であるが、 十分な可変幅を持った分散スロープ補償器を実現す ることができない。
したがって、 本発明では、 MZ I枝を構成する光伝播路の一部を空間的に分離 し、 枝部分の光路長を調整する機能 (機械的調整) を与える。 これにより、 MZ I枝の光学路長を実空間での距離として任意に可変して、 ループ状光導波路 31 と入出力光伝播路 32との結合比の波長依存性の周期を、 システムに応じて所望 の値に設定可能とするものである。
次に分散スロープ補償装置 1の第 1の実施の形態について説明する。 図 9は分 散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 1の実施の形態の分散スロープ補 償装置 1 _ 1は、 ループ状光伝播路 11と、 入出力光伝播路 12と、 ループ状光 伝播路 11と入出力光伝播路 12を結合する 2つの光力ブラ C 1、 C2を有し、 2つの光力ブラ C l、 C 2によって挟まれた MZ I枝 b rの一部を空間的に分離 する構造を持つ。
可動型 MZ I枝 20と光伝播路基板 10との間には集光部 (レンズ:コリメ一 トレンズ) L l、 L 2が設置される。 レンズ L l、 L2は、 光を平行光にし、 光 信号が MZ I枝 b rのループ部分を周回するときの伝播損失を低減する役割を果 たす。 また、 可動型 MZ I枝 20は例えば、 反射型プリズムで構成する。
このような構成にして、 可動型 MZ I枝 20を図の矢印方向に可動することに より、 MZ I光路長差 ALmを調整することができるので、 結果として、 λ変化 に対する iを任意に変化させて、 分散スロープ量を任意に可変設定すること が可能になる。 したがって、 熱光学効果、 電気光学効果、 光弾性効果などで分散
スロープ量を調整した場合に問題となっていた可変範囲の制限を、 本発明によつ て解消することができる。
なお、 入出力光伝播路 12と 2つの光力ブラ C l、 C 2を含む部分は、 フアイ バカブラを用いて形成してもよい。 また、 空間的に分離された可動型 MZ I枝 2 0もファイバや PLCなどを用いて形成してもよい。
次に分散スロープ補償装置の第 2の実施の形態について説明する。 図 10は分 散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 2の実施の形態の分散スロープ補 償装置 1一 2は、 基本構成は第 1の実施の形態と同じであるが、 可動型 MZ I枝 20と光伝播路基板 10 aとが空間的に分離する前の状態で、 2本の MZ I枝 b r l. b r 2の長さが等しくなるような構成とした場合である。
このように、 2本の MZ I枝 b r l、 b r 2が互いに等しくなる位置が存在す るように、 P.LCでループ状光伝播路 11、 入出力光伝播路 12、 光力ブラ C l、 C 2をモノリシックに作製する場合は、 図に示すようなレイアウトとなる (なお、 図 9に示すレイアウトでは、 可動できる MZ I枝 b rの方が、 光伝播路基板 10 上の MZ I枝よりも長い状態であることがわかる) 。
このような構成にすることで、 分離前の状態では、 2本の MZ I枝 b r 1、 b r 2の光路長差 ALmがゼロとなるので、 可動型 MZ I枝 20を可動する場合、 △ Lm=0からスタートして、 ALmを調整できるので変化幅を大きくでき、 第 1の実施の形態と比べてより広い分散スロープ量を可変設定することが可能にな る。
なお、 2つの光力ブラ C l、 C2の力ブラ分岐比は、 使用波長範囲の最長波長 または最短波長で 50%とすることが望ましい。 これは MZ I枝間の光路長差が ゼロの場合に、 最長波長または最短波長で 1となり分散量がゼロとなり、 最も広くスロープの可変範囲を設定できるためである。
次に分散スロープ補償装置の第 3の実施の形態について説明する。 図 11は分 散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 3の実施の形態の分散スロープ補 償装置 1一 3は、 基本構成は第 1の実施の形態と同じであるが、 光伝播路基板 1 0 bの光伝播路の曲げの一部に反射部 (ミラ一) 14を設けた構成を持つ (図の 斜線部) 。 このような構成にすることで、 第 3の実施の形態では、 より低挿入損
失で、 より広い FSRを実現することができる。 以下、 その理由について説明す る。
PLCでループ状光伝播路 11、 入出力光伝播路 12、 光力ブラ C l、 C2を モノリシックに作製する場合には、 適用するコアとクラッドとの屈折率差△ nか ら決まる最小曲率半径でループを構成しなければならない。
図 12はループの曲率半径を示す図であり、 図 13は屈折率差と実現されうる ループ長との関係を示す図である。 縦軸は周回長 (nm) 、 横軸はコア 'クラッ ド屈折率差 Δη (%) である。 図より、 例えばチャネル間隔 50 GHzを実現す るためには、 △ n = 5 %程度が必要となることがわかる。
このように大きな屈折率差を持つ PLCではコア径が小さくなり、 作製時のコ ァ側壁荒れの影響が大きく、 伝播損失の増加の要因となる。 そこで、 より屈折率 差の少ない PLCプロセスでの作製を可能とするために、 第 3の実施の形態では、 光力ブラ C l、 C2以外の曲り部分をミラー 14により作成し、 曲率半径の制限 を緩和する。 逆にこのような構成によれば Δ n = 4 %程度でループ周囲長 2 mm つまり FSR 100 GHz間隔を実現でき、 40 Gb p s以上の伝送速度に対し ても適用が可能となる。
なお、 ミラー 14の作製方法は、 PLCチップを分離するときに用いるダイシ ングソ一において、 刃先は所望の角度のものを選定し、 PLC側面に対して垂直 にダイシング加工を行うことが一例として挙げられる。 また、 さらにループ周回 損失を低減するためには、 加工後のミラー面に多層誘電体膜からなる高反射コー ティングを付加してもよい。
次に分散スロープ補償装置の第 4の実施の形態について説明する。 図 14は分 散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 4の実施の形態の分散スロープ補 償装置 1一 4は、 PLC側面に直接ミラーを作製するのではなく、 ガラスモール ド成形部品を PLC側面に接着させる構造を持つ。 このガラスモールド 140に レンズ L l、 L 2などを導入することにより、 第 3の実施の形態と比べて、 より 挿入損失を低減することが可能になる。
分散スロープ補償装置 1—4では、 レンズ L l、 L2、 凹面鏡 14 aをガラス モ一ルド 140で一体成形した部品とし、 このガラスモールド 140と PLCと
を光透過性の高い接着剤を用いて接着する。 なお、 第 3の実施の形態と同様に、 ループ周回損失を低減するためには、 反射部品の反射面に多層誘電体膜からなる 高反射コ一ティングを付加し、 透過面には無反射コーティングを付加してもよい。 次に分散スロープ補償装置の第 5の実施の形態について説明する。 第 5の実施 の形態では、 特に熱光学効果を有する PLCを用いて、 ループ状光伝播路 1 1に 対し、 数 /mの光路長の調整を可能とした場合である。
上述した第 1の実施の形態〜第 4の実施の形態では、 分散スロープの可変設定 の実現を主に考慮した装置であつたが、 第 5の実施の形態では、 さらに熱光学効 果で光路長調整を行って、 数/ mの可変幅で中心波長の調整や分散補償量の調整 も実現可能とした装置である。
図 15は熱光学効果を有する PLCを実現する製造プロセスの工程例を示す図 である。
〔S 1〕 S iまたはガラス基板上に下部クラッド層として CVD (Chemical V a or Deposition) 法や FHD (Flame Hydorolsis Deposition) 法により、 S i〇2膜を形成する。 このとき、 膜応力、 屈折率制御に P (リン) や B (ポロ ン) または Ge (ゲルマ) など添加するとよい。
〔S 2〕 光が導波されるコア層を、 クラッド層と同様に CVD法や FHD法によ り形成する。 このとき、 クラッド層より Geの濃度を濃くする、 または T i (チ タン) を添加するなどしてクラッド層より屈折率が高くなるようにする。
〔S 3〕 コア層上にコアパターンに応じたマスク (感光性を有する有機材料マス クまたは Cr (クロム) などの金属を蒸着して、 金属膜を有機材料マスクにして エッチングし形成したメタルマスクなど) を形成し、 ドライエッチングによりマ スクのコアパターン転写を行う。
その後、 マスクを化学的に除去し、 下部クラッド層と同様に CVD法や FHD 法によりコア埋め込み (上部クラッド形成) を行う。 このように形成されたル一 プ部を含む部品全体に対して熱を加えることにより、 ループ部分の光学路長を調 整し、 中心波長、 分散補償量を制御することが可能となる。
〔S4、 S 5〕 また、 局所的に加熱する場合には、 PLC表面にヒータ及び電極 形成が必要であるので、 これらは例えばリフトオフ法 (ヒー夕など形成される部
分のみがマスクされないように感光性有機材料をパターニングし、 マスク上から、 ヒータ材ゃ電極材を蒸着し、 その後、 有機溶剤などで有機材料マスクを除去す る) で形成する。
このとき、 ヒー夕材は P t t (白金) 、 W (タングステン) 、 ニクロム、 C r など、 電極材は Au (金) 、 Cu (銅) 、 A 1 (アルミ) などを用いればよい。 また、 これらの金属と S i〇2との密着性を向上させるためには T iなどの高融 点金属を薄く蒸着しておくとよい。
図 16は分散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 5の実施の形態の分 散スロープ補償装置は 1 _ 5、 光伝播路基板 10 d上のループ状光伝播路 11に 対して、 ステップ S 4による生成方法によって、 ヒータ 15及び電極 16 a、 1 6 bが設けられている構成となっている (その他の構成は第 2の実施の形態と同 じである) 。
次に分散スロープ補償装置の第 6の実施の形態について説明する。 図 17は分 散スロープ補償装置の構成を示す図である。 第 6の実施の形態の分散スロープ補 償装置 1一 6は、 光伝播路基板 10 eに対して、 ヒータ 17 a— 1、 17 b— 1 (電極の図示は省略) を持つ MZ I 17 a、 1713を光カプラ(31、 C 2に適用 した場合の構成である。 このような構成とすることで、 あらかじめ設定した分散 量からの分散スロープ補償を行うことができ、 分散スロープ補償機能 +分散補償 機能を実現することができる。
次に分散スロープ補償装置のモジュール構成について説明する。 図 18は分散 スロープ補償装置のモジュール構成例を示す図である。 分散補償装置モジュール
50は、 ステージ状に光伝播路基板 10及び可動型 MZ I枝 20が搭載され、 マ イクロアジャス夕 51、 圧電素子 52、 セラミックヒ一タ 53、 ヒータ駆動用端 子 54、 温度モニタ用端子 55、 ァクチユエ一夕駆動用端子 56、 光ファイバが 設けられている。
中心波長制御用のセラミックヒータ 53上に光伝播路基板 10の PLCチップ を実装し、 可動型 MZ I枝 20をマイクロアジヤス夕 51で粗動調整し、 圧電素 子 52で微動調整する。 このような構成にすることで、 MZ I枝の光路長を自由 に設定でき、 任意のスロープ量を同一のモジュールで設定することが可能になる。
次に分散スロープ補償装置を直列に多段接続した場合について図 1 9〜図 2 1 を用いて説明する。 単リング型共振器をベースとした分散スロープ補償装置 1は、 分散補償量と透過帯域がトレードオフの関係にある。 そこで複数の分散スロープ 補償装置 1を用意し、 それぞれ補償量及び中心波長変えて直列に接続する。
図 1 9は分散スロープ補償装置の多段接続構成を示す図である。 多段型分散ス ロープ補償装置 6 0は、 分散スロープ補償装置の入出力光伝播路 1 1をつなげて、 分散スロープ補償装置 1 a、 l b、 l c、 …を直列多段に接続した構成をとる (複数の光導波路基板 1 0を同一 P L C上に設けてもよい) 。 このような構成に することで、 補償帯域を拡大することが可能になる。
図 2 0は 3段構成時の の波長依存性を示す図である。 縦軸は透過率、 横 軸は波長である。 図 2 1は 3段構成時の分散スロープ補償特性を示す図である。 縦軸は群遅延、 横軸は波長である。
図 2 0、 図 2 1は 3段構成における 1 0 0 GH z間隔 2 0チャネルの分散スロ ープ補償特性のシミュレーション例であり、 この例では 0 . 4 nm帯域、 7 . 3 p s / n m 2の 2 0チャネル一括スロープ補償が行える。 図 2 0は 3段構成時の 各分散スロープ補償装置の の変化を示している。 図 2 1から、 図 2 0で示 した iの波長依存性をもつ分散スロープ補償装置を 3段接続すると分散ス口 一プ量が増大することがわかる。
次に分散スロープ補償装置を用いた WD Mシステムについて説明する。 図 2 2 は本発明の WDMシステムを示す図である。 "\¥0 システム2 0 0は、 最大 4 0 波の波長多重を行うシステムを示しており、 送信装置 2 1 0、 受信装置 2 2 0、 中継アンプ 2 3 0— 1〜2 3 0— 4から構成される (片方向伝送のみ示す。 また、 送信装置 2 1 0、 受信装置 2 2 0は局内に含まれる) 。 また、 伝送路の光フアイ バには S M Fを使用し、 分散補償ファイバとして D C F f l〜f 4を設置する。 送信装置 2 1 0は、 光送信部 2 1 1— 1〜2 1 1— 4 0、 波長多重部 2 1 2、 WD Mアンプ 2 1 3を含み、 受信装置 2 2 0は、 D S C (Dispersion Slope Co mpensator:本発明の分散スロ一プ補償装置のことである) 2 2 3、 可変 D C M 2 2 4、 光受信制御部 2 2 0 aを含む。 光受信制御部 2 2 0 aは、 波長分離部 2 2 2、 光受信部 2 2 1— 1〜2 2 1 _ 4 0から構成される。
送信装置 210に対し、 光送信部 211— 1〜211— 40は、 c h l〜c h 40の光信号をそれぞれ出力し、 波長多重部 212は、 c h l〜c h40の光信 号の波長多重を行って WDM信号を生成する。 WDMアンプ 213は、 WDM信 号を増幅して伝送路へ出力する。
中継アンプ 230— 1〜230— 4は、 SMFを流れる WDM信号を中継'増 幅する。 また、 DCF f 1〜: f 4は、 c h20の波長分散の補償を行う分散補償 値を有しており、 c h20の光信号は、 DCF f 1〜 f 4を通過する度に SMF で発生した波長分散値がゼ口になる。
受信装置 220に対し、 DSC 223は、 WDM信号のチャネル毎に生じる分 散スロープを一括して補償する。 可変 DCM224は、 分散スロープ補償された 後の WDM信号の分散補償を行う。 波長分離部 222は、 WDM信号を c h 1〜 c h 40の 40波に波長分離する。 光受信部 221— 1〜 221— 40は、 分散 補償された c h 1〜 c h 40の光信号を受信処理する。
図 23は DSC 223と DCM224で行う分散スロープ補償及び分散補償の 概要を示す図である。 D S C 223は、 光伝送路から流れてきた WDM信号の分 散スロープ (図 24で上述したように右肩下がりの傾き) とは逆の分散スロープ でフィル夕リングすることで、 スロープ補償を行う。 したがって、 DSC223 の出力はスロープがなくなりフラットとなる。 また、 DCM224は、 スロープ 補償後の WDM信号に対して分散補償を行う。 この例では全体が正分散なので、 同じ量の逆の符号の負分散を施して、 累積波長分散をゼロにする。
このように、 本発明の WDMシステム 200では、 1台の DCS 223で WD M信号のチャネル間の分散スロープを一括補償し、 その後に 1台の D CM 224 で一括分散補償する構成とした。 これにより、 従来の WDMシステムと比べてチ ャネル毎に分散補償器を設ける必要がなくなるので、 装置規模を縮小化すること ができ、 経済的なネットワークを構築することが可能になる。 また、 分散マネジ メン卜設計者に対する負担の軽減も図ることができる。
以上説明したように、 本発明によれば、 DWDMシステムに対して、 1つの分 散スロープ補償装置 1ですベてのチャネル間の分散スロープを一括して補償する ことができるので、 チャネル毎に分散補償器を設ける必要がない。 このため、 D
WDMシステムの低コスト化、 分散マネジメント設計の簡素化を実現することが 可能になる。
以上説明したように、 本発明の分散スロープ補償装置は、 ループ状光伝播路と、 外部への入出力を有する入出力光伝播路と、 ループ状光伝播路及び入出力光伝播 路を少なくとも 2箇所以上で結合する光力ブラと、 から構成される帰還型光フィ ル夕に対し、 光力プラによって挟まれて形成されるマッハツエンダ干渉計の枝を 構成する光伝播路の一部を空間的に分離して、 枝部分の光路長を可変に調整して 分散スロープの可変設定を行う構成とした。 これにより、 十分な分散スロープの 可変幅設定ができるので、 高速大容量の DWD Mネットワークの分散補償を高精 度に行うことができ、 光伝送品質の向上を図ることが可能になる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。 さらに、 多数の変形、 変 更が当業者にとって可能であり、 本発明は上記に示し、 説明した正確な構成およ び応用例に限定されるものではなく、 対応するすべての変形例および均等物は、 添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
Claims
1 . 波長分散の分散スロープの補償を行う分散スロープ補償装置において、 ループ状光伝播路と、 外部への入出力を有する入出力光伝播路と、 前記ループ 状光伝播路及び前記入出力光伝播路を少なくとも 2箇所以上で結合する光力ブラ と、 から構成される帰還型光フィル夕に対し、
前記光力ブラによつて挟まれた前記ループ状光伝播路及び前記入出力光伝播路 の一部によつて形成されるマッハツエンダ干渉計の内、 マッハツエンダ干渉計の 枝を構成する光伝播路の一部を空間的に分離して、 枝部分の光路長を可変に調整 し、 分散スロープの可変設定を行って分散スロープを補償することを特徴とする 分散スロープ補償装置。
2 . 分離した光伝播路である可動型マッハツエンダ干渉計枝と、 前記入出力光 伝播路を含む側の光伝播路基板との分離箇所には、 集光部を設けることを特徴と する請求の範囲第 1項記載の分散スロープ補償装置。
3 . 分離した光伝播路である可動型マッハツェング干渉計枝が可動する際、 2 本のマッハツェング干渉計枝の光路長差がゼロとなる位置が存在することを特徴 とする請求の範囲第 1項記載の分散スロープ補償装置。
4. 光伝播路の曲げの一部に反射部を設け、 前記反射部を設ける場合は、 基板 側面に直接作製するか、 またはガラスモールド成形部品を基板側面に接着させる ことを特徵とする請求の範囲第 1項記載の分散スロープ補償装置。
5 . 前記ループ状光伝播路の一部に対して、 媒質の屈折率を変化させる光学効 果を与えて、 前記ループ状光伝播路の光路長を変化させることで、 分散スロープ の可変設定に加えて中心波長及び分散補償量の調整を行うことを特徴とする請求 の範囲第 1項記載の分散スロープ補償装置。
6 . 前記光力ブラの少なくとも 1つをマッハツェング干渉計で置き換えた構成 にして、 分散スロープの可変設定に加えて分散補償量の調整を付加することを特 徵とする請求の範囲第 1項記載の分散スロープ補償装置。
7 . 分離した光伝播路である可動型マッハツェング干渉計枝は、 圧電素子、 マ イクロアジャス夕、 材料の熱膨張の少なくとも 1つを用いて、 または組み合わせ
ることで可動させることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の分散スロープ補償 装置。
8 . 前記入出力光伝播路をつなげて装置を多段接続して、 中心波長及び分散補 償量を装置毎に変えることで補償帯域の拡大を行うことを特徴とする請求の範囲 第 1項記載の分散スロープ補償装置。
9 . WDMの光信号の伝送を行う光伝送システムにおいて、
WD Mの波長多重を行つて光信号を送信する送信装置と、
光中継装置が設置され、 中継間隔毎に中心チャネルに対する累積波長分散をゼ 口とするようにマネジメン卜された光伝送路と、
ループ状光伝播路と、 外部への入出力を有する入出力光伝播路と、 前記ループ 状光伝播路及び前記入出力光伝播路を少なくとも 2箇所以上で結合する光力ブラ と、 から構成される帰還型光フィル夕に対し、 前記光力ブラによって挟まれた前 記ループ状光伝播路及び前記入出力光伝播路の一部によって形成されるマツハツ エング干渉計の内、 マッハツェング干渉計の枝を構成する光伝播路の一部を空間 的に分離し、 枝部分の光路長を可変に調整して分散スロープの可変設定を行って、 前記光伝送路を流れてきた WD M信号の分散スロープを一括して補償する分散ス ロープ補償装置と、 分散スロープ補償後の WD M信号の波長分散の分散補償を一 括して行う分散補償装置と、 WD Mの波長分離を行つて光信号を受信する光受信 制御部と、 から構成される受信装置と、
を有することを特徴とする光伝送システム。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2003/005799 WO2004099848A1 (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 分散スロープ補償装置 |
JP2004571566A JP3995686B2 (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 分散スロープ補償装置 |
US11/235,213 US7171076B2 (en) | 2003-05-08 | 2005-09-27 | Dispersion-slope compensator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2003/005799 WO2004099848A1 (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 分散スロープ補償装置 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
US11/235,213 Continuation US7171076B2 (en) | 2003-05-08 | 2005-09-27 | Dispersion-slope compensator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2004099848A1 true WO2004099848A1 (ja) | 2004-11-18 |
Family
ID=33428594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2003/005799 WO2004099848A1 (ja) | 2003-05-08 | 2003-05-08 | 分散スロープ補償装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7171076B2 (ja) |
JP (1) | JP3995686B2 (ja) |
WO (1) | WO2004099848A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8861982B2 (en) | 2010-02-01 | 2014-10-14 | Oclaro Japan, Inc. | Interferometer, demodulator, and optical communication module |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2499651A1 (en) * | 2005-03-04 | 2006-09-04 | Itf Technologies Optiques Inc./Itf Optical Technologies Inc. | All-fiber phase controlled delay interferometer and method of making the same |
USRE44647E1 (en) | 2005-03-15 | 2013-12-17 | Emcore Corporation | Directly modulated laser optical transmission system with phase modulation |
US7848661B2 (en) * | 2005-03-15 | 2010-12-07 | Emcore Corporation | Directly modulated laser optical transmission system with phase modulation |
CA2613105C (en) * | 2005-06-30 | 2013-12-31 | Pirelli & C. S.P.A. | Method and system for hitless tunable optical processing |
JP5433919B2 (ja) * | 2005-12-27 | 2014-03-05 | 日本電気株式会社 | 光機能素子、その駆動方法及び製造方法 |
US7881621B2 (en) | 2006-03-02 | 2011-02-01 | Emcore Corporation | Optical transmission system with directly modulated laser and feed forward noise cancellation |
US7792432B2 (en) * | 2006-03-02 | 2010-09-07 | Emcore Corporation | Externally modulated laser optical transmission system with feed forward noise cancellation |
WO2008118465A2 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Massachusetts Institute Of Technology | Hitless tuning and switching of optical resonator amplitude and phase responses |
US8483521B2 (en) * | 2009-05-29 | 2013-07-09 | Massachusetts Institute Of Technology | Cavity dynamics compensation in resonant optical modulators |
US9222850B2 (en) * | 2013-03-14 | 2015-12-29 | Axonoptics, Llc | Integrated optics reflectometer |
US9557243B2 (en) | 2012-03-14 | 2017-01-31 | Axonoptics Llc | Integrated optics reflectometer |
US9291837B1 (en) * | 2012-11-16 | 2016-03-22 | Hrl Laboratories, Llc | Re-circulation enhanced electro-optic modulator |
US9664931B1 (en) | 2012-11-16 | 2017-05-30 | Hrl Laboratories, Llc | Electro-optic modulation structures |
WO2014116828A2 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Applications of wavelength-locking using dithering signals for microring resonators |
US20190049666A1 (en) * | 2017-08-12 | 2019-02-14 | Luxtera, Inc. | Method And Systems For All Optical Tunable Equalizers |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0475640A2 (en) * | 1990-08-30 | 1992-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Polarization switching light source, optical receiver, and coherent optical transmission system |
EP0997751A2 (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Lucent Technologies Inc. | All-pass optical filter |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5268738A (en) * | 1992-06-30 | 1993-12-07 | Hewlett-Packard Company | Extended distance range optical low-coherence reflectometer |
US5647032A (en) * | 1995-08-24 | 1997-07-08 | Kowa Company, Ltd. | Interferometers for measuring coherence length and high-speed switching of laser light |
US6389203B1 (en) * | 2000-05-17 | 2002-05-14 | Lucent Technologies Inc. | Tunable all-pass optical filters with large free spectral ranges |
JP3832274B2 (ja) * | 2001-05-14 | 2006-10-11 | 日本電気株式会社 | 波長補正方法、波長補正装置、波長検査方法、波長検査装置、アレイ導波路回折格子およびインタリーバ |
US6766083B2 (en) * | 2001-10-16 | 2004-07-20 | International Business Machines Corporation | Tunable coupler device and optical filter |
-
2003
- 2003-05-08 JP JP2004571566A patent/JP3995686B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-05-08 WO PCT/JP2003/005799 patent/WO2004099848A1/ja active Application Filing
-
2005
- 2005-09-27 US US11/235,213 patent/US7171076B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0475640A2 (en) * | 1990-08-30 | 1992-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Polarization switching light source, optical receiver, and coherent optical transmission system |
EP0997751A2 (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-03 | Lucent Technologies Inc. | All-pass optical filter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8861982B2 (en) | 2010-02-01 | 2014-10-14 | Oclaro Japan, Inc. | Interferometer, demodulator, and optical communication module |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPWO2004099848A1 (ja) | 2006-07-13 |
US7171076B2 (en) | 2007-01-30 |
JP3995686B2 (ja) | 2007-10-24 |
US20060013530A1 (en) | 2006-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7171076B2 (en) | Dispersion-slope compensator | |
US6522812B1 (en) | Method of precision fabrication by light exposure and structure of tunable waveguide bragg grating | |
US7020398B2 (en) | Dispersion slope equalizer | |
EP1426800A2 (en) | Optical multi/demultiplexing circuit equipped with phase generating device | |
US7133587B2 (en) | Dispersion compensator, method for manufacturing the same, and method for compensating wavelength dispersion | |
JP2009278015A (ja) | 平面光波回路及びこれを備えた波長可変レーザ装置 | |
US20060222296A1 (en) | Optical wavelength division multiplexer | |
EP3223049B1 (en) | Point-symmetric mach-zehnder-interferometer device | |
EP1846786A1 (en) | Optical band splitter/combiner device comprising a three-arms interferometer | |
US7840103B2 (en) | Performance compensated Tx/Rx optical devices | |
US6847759B2 (en) | Wavelength dispersion compensating filter | |
US20020181857A1 (en) | Optical wavelength multiplexer/demultiplexer | |
JP4667927B2 (ja) | アレイ導波路回折格子型光合分波器 | |
US7590356B2 (en) | Variable dispersion compensator | |
EP1759230A1 (en) | Optical band splitter/combiner and apparatus comprising the same | |
JP5474781B2 (ja) | 周期性光学フィルター | |
US20050117842A1 (en) | Chromatic dispersion device | |
US20030185512A1 (en) | Optical multiplexer and method for its production | |
JP6397973B1 (ja) | 光導波路素子及び波長フィルタ | |
JP6298906B1 (ja) | 波長フィルタ | |
US6735365B2 (en) | Fused fiber interleaver | |
JP2001189696A (ja) | 分散スロープ補償器 | |
WO2005106550A1 (en) | Dual band optical mux/demux and apparatus comprising the same | |
JP2000147280A (ja) | 光合分波器の波長補正方法 | |
JP3889697B2 (ja) | 光バンドパスフィルタ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AK | Designated states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CN JP US |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2004571566 Country of ref document: JP |
|
WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 11235213 Country of ref document: US |
|
WWP | Wipo information: published in national office |
Ref document number: 11235213 Country of ref document: US |