JP2000236135A - 安定波長光通信用自己監視型光源 - Google Patents
安定波長光通信用自己監視型光源Info
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Abstract
提供する光源に関する。 【解決手段】 本発明によれば、波長可変光源は、少な
くとも1つの可変波長光源と、可変波長光源からの信号
を受け、主出力と1つ以上の副出力とを提供するマルチ
パス マッハ=ゼンダー干渉計(MMZI)と、出力に
応じて、可変波長光源を調整するフィードバック配置と
からなる。主出力と1つ以上の副出力に接続された光検
出器は、波長安定度を維持するフィードバック情報を提
供する。
Description
安定波長光を提供する光源に関する。
イバ通信システムは、膨大な情報量の早い伝送について
の大きな潜在力を達成し始めている。本質上、光ファイ
バシステムは、光源と、光に情報を乗せる変調器と、光
信号を運ぶ光ファイバ伝送線と、信号を検出し、信号が
運ぶ情報を復調する受信機とからなる。光信号は、典型
的に、シリカファイバ内の伝播に有利な波長内にあり、
また、その範囲内の波長が異なる複数の波長チャンネル
からなる波長分割多重(WDM)信号が増えてきてい
る。情報は、典型的に、パルス符号変調として信号チャ
ンネルに乗せられている。
波長安定性が重要である。企図されたシステムでは、レ
ーザ源は、現場動作の20年にわたって動作波長を精密
に維持する必要がある。現在最良のレーザでさえ、投影
された波長チャンネル間隔が要求する狭い波長許容誤差
内で動作できることは疑わしい。したがって、波長安定
性を高めた光源が必要である。
が提案されている。たとえば、M. Teshima et al.,“Mu
ltiwavelength simultaneous monitoring circuit empl
oying wavelength crossover properties of arrayed w
aveguide grating", Electronics Letters, 31, pp.159
5-97 (1995)を参照されたい。しかし、これらの装置で
は、比較的能率が悪く、大型で、光源に組み込むのが容
易ではないという難しさがある。
安定な光源は、少なくとも1つの可変波長光源と、可変
波長光源から信号を受け取り、主出力と1つの以上の副
出力を供給するマルチパス マッハ=ゼンダー干渉計
(MMZI)と、出力に応じて可変波長光源を調整する
フィードバック装置とからなる。主出力と1つ以上の副
出力に接続された光検出器は、波長安定性を維持するた
めのフィードバック情報を供給する。
さらなる特徴は、添付図面に関して詳細に説明される実
施例の考察に基づいて、より十分に明らかになるだろ
う。図面は、本発明の概念を示す目的のものであり、グ
ラフを除いて縮尺されていない。
を示す。波長安定光源9は、少なくとも1つの可変光源
10と、マルチパス マッハ=ゼンダー干渉計(MMZ
I)11と、干渉計11の出力を監視する複数の光検出
器12A,12Bと、可変光源10の動作波長を調整す
るフィードバック回路13からなる。マルチパス マッ
ハ=ゼンダー干渉計は、一対のマルチモードカップラ
と、カップラ間の異なる光路長を有する複数(3つ以
上)の導波路からなる。各マルチモードカップラは、入
力を位相の異なる複数の出力に造る。これらの構成要素
は全て、好適には、シリカ被覆されたシリコン基板等の
シリカ導波路基台上または内に備えられる。
レーザ10A〜10Dの配列である。各レーザは、少な
くとも1つの異なる周波数(したがって、少なくとも1
つの異なる波長チャンネル)の光出力を発生することが
できる。周波数f1,f2,...f4は、好適には間隔
が置かれ、望ましい間隔にされた異なる波長光通信チャ
ンネルを提供する。
導波路アーム16A〜16Dで結合された一対のマルチ
モード干渉カップラ(MMIカップラ)14および15
からなる。MMIカップラは、好適には、シリカ導波路
基台に形成された平たい厚板導波路デバイスであり、ア
ーム16A,16B,...には、シリカ内に限定され
た光導波路が埋め込まれている。これらの埋め込まれた
導波路は、典型的には、伝送するべき波長に対して単一
モードになるように設計されている。シリカ導波路基台
と埋め込まれた導波路の設計は、“Silicon Optical Be
nch Waveguiding Technology"by Y. P. Li and C. H. H
enry, Chapter 8 of Optical Fiber Telecommunicatio
s, Vol IIIB (Editors I. P. Kaminov and T. L. Koch)
(AcademicPress, 1997)に開示されている。
の自己イメージング原理にしたがって、入力ポートで受
け取った各信号のイメージを各出力ポートに提供するよ
うに設計されている。R. Ulrich in Optical Communica
tions 13 , pp.259-264 (1975 )や、L. B. Soldano and
E. C. M. Pennings in J. Lightwave Tech. 13, pp.61
5-627 (1995)や、M. Bachmann et al. in Applied Opti
cs, 33, pp.3905-3911(1994)を参照されたい。MMZI
は、異なる光路長を有する導波路で結合されたこれらの
2つのカップラからなる。MMZIは、異なる入力ポー
トI1,I2,...I4で異なる周波数f1,
f2,...f4を受け取り、これらの合成出力を主出力
ポートO1に提供するように設計されている。また、各
入力信号の一部は、副出力ポート、たとえばO2に提供
される。このような周波数依存伝送デバイスの設計は、
たとえば、M. R. Param et al., “Design of phased-a
rray wavelength division multiplexers using multim
ode interference couplers", Applied Optics, 36 pp.
5097-5108 (1997)に開示されている。
は、N×N(4×4)MMIマッハ=ゼンダー干渉計で
ある。このデザインは、P. A. Besse et al. in “The
Integrated prism interpretation of multileg Mach-Z
ehnder interferometers basedon multimode interfere
nce couplers", Optical and Quantum Electronics, 2
7, pp.909-920 (1995)で説明されている。
ーザ、たとえばレーザ10Aに対して、主出力O1に提
供されるレーザ出力の割合は、副出力、たとえばO2の
部分と比較した場合、レーザの実周波数がその動作値f
1にどれくらい近いかの関数となる。したがって、それ
ぞれ、O1およびO2に接続された光検出器12A,12
Bは、レーザ波長に関連した電力レベルを監視すること
ができる。次いで、光検出器出力は、レーザ周波数を調
整するフィードバック回路13に印加することができ
る。レーザは、好適には、各々の調整時1つずつスキャ
ンされる。
のトランスインピーダンス増幅器21A,21Bのフロ
ントエンドとして2個のフォトダイオード12A,12
Bを使用する。各増幅器は、その信号をアナログ/デジ
タルコンバータ(ADC)22A,22Bを介してマイ
クロプロセッサ23に出力する。マイクロプロセッサ2
3は、デジタル/アナログコンバータ(DAC)24を
介してレーザ10A―10Dを制御する。周波数制御
は、熱電冷却素子に印加される電流の調整によるレーザ
温度の制御によって達成される。かけがえとして、進歩
したレーザデザインの中には、波長調整が、レーザ構造
の波長調整電極に印加される電流を変えることにより直
接達成することができるものがある。図1に示される2
つの光検出器12A,12Bに加えて、第3の光検出器
を第3の出力ポートO3に使用して、波長の正確さを高
めることができる。
してしるが、かけがえとして、直接アナログフィードバ
ックを使用することができる。フィードバック制御回路
の実行は、まず、検出器光電流を光検出器12A信号に
正規化することを必然的に伴う。
を、望ましいレーザ周波数との正確な一致からずらすこ
とが好都合になることがある。これは、干渉計装置のい
くつかの実現化が、予測された狭帯域周波数ゼロ点に影
響を与えないが、代わりに、レーザの望ましい動作周波
数より大きな周波数範囲にわたって広い極小を提供する
ためである。通過帯域中心をずらすと、信号P2が広い
極小から移動し、その結果、P2は、レーザ周波数がそ
の望ましい動作値から偏移した時、測定可能に変わる。
P1/P2の評価は、この偏移の感度基準を与え、フィ
ードバック制御の作動により、レーザ周波数の正確な維
持が可能になる。
する装置11の異なる出力から送信される相対電力を示
すグラフ図である。伝達関数は、所定の出力ポートと単
一入力ポートに対して周波数が周期的になる。異なる出
力ポートから発する相対電力の認識は、入力信号の周波
数の決定を可能にする。周期性により与えられる制限内
で、光検出器12A,12Bで受けた相対電力は、レー
ザ周波数を正確に反映しており、フィードバック制御を
用いてレーザ周波数を必要な許容誤差内に維持すること
ができる。
るレーザの順序と、マルチモード干渉計のデザインは、
レーザが望ましい周波数で動作した時、主出力からの送
信が実質的に最大になるようになっている。この出力信
号の決まったわずかな一定部分が、タップされ、光検出
器12Aに送られ、電力レベルP1として測定される。
残りの部分は出力としてとどまる。副出力ポートからの
電力は、第2の光検出器12Bに送られ、P2として測
定される。レーザ周波数がその望ましい値に近い場合
は、第2の光検出器からの信号は小さくなる。レーザ周
波数は、レーザと干渉計における実際の不完全さによっ
て決定される。信号P1/P2の比を測定することによ
り、その望ましい値からのレーザ周波数の偏移を決定す
ることができる。この偏移に関するスレショールド最大
値を決定し、この値がスレショールド以上になる時にレ
ーザ動作周波数を変えるようにフィードバックメカニズ
ムを確立することによって、レーザ周波数をその望まし
い値の極めて近くに維持することができる。
ー出力電力の減少またはレーザと干渉計11間の結合効
率の減少に備えて監視する。
〜10Dのうちの1つ以上が、複数の異なる周波数で動
作する。この場合は、レーザは、まだ配列の順番になっ
ているが、MMI装置は、レーザが発している望ましい
周波数にかかわらずレーザ電力の実質的に一部分を通過
させるようなより広い通過帯域を持つように設計され
る。主出力ポートからの電力のわずかな一定部分がタッ
プされ、光検出器でP1として測定される。副ポートに
送られた電力は、第2の光検出器に通され、P2として
測定される。このようにして、望ましい周波数のレーザ
動作に対応する測定比P1/P2が決定され、調整用の
最大および最少スレショールドでひとまとめに扱われ
る。
/P2比は唯一ではないことがわかる。たとえば、図2
において、出力1および4からの電力は、図で表される
周波数期間内で4つの周波数値において同一比を持って
いる。しかしながら、周波数に対する出力電力レベルの
変化の様子は、各々の場合で異なっている。レーザー周
波数がわずかに変化するにつれて、電力信号が増加して
いるか減少しているかを調べることにより、レーザ周波
数を唯一的に決定することができる。
のレーザからなり、第1のMMIカップラ−は1×Nマ
ルチモードイメージングカップラとすることができる。
これは、非常にコンパクトな装置を提供する。
ノリシック集積で形成することができる。ハイブリッド
集積を用いた実現化は、個々の構成要素の最も効果的な
最適化を可能にする。モノリシック集積による実現化
は、コンパクト化と容易な容器化を提供する。ハイブリ
ッド実現化では、マルチモード干渉計は、典型的に、レ
ーザと光検出器から分離した材料システムから形成され
る。シリカの平たい導波路構造を含むシリカ基台が好適
である。この場合は、レーザ素子と光検出器を基台に搭
載することができる。干渉計を含む導波路システムは、
導波路構成要素の屈折率の温度依存にしたがって温度依
存する周波数伝送を提供する。典型的なシリカ導波路基
台の場合には、この感度は、約0.01nm/Cであ
る。したがって、導波路構造の温度制御は、高い波長安
定度のために使用することができる。
部分は、一定の知られている温度に維持されるべきであ
るが、フィードバック回路は、レーザ周波数の制御を提
供する。干渉計と導波路構成要素は、レーザおよび光検
出器と同じ材料システムで、たとえば、InP/InG
aAsP半導体基板で形成することができる。InP/
InGaAsP導波路基台上に実現された4×4MMI
マッハ=ゼンダー波長マルチプレクサは、C. van Dam e
t al. in European Conference on IntegratedOptics.
ECIO '94. Conference Proceeding, pp.275-79,(1994)
に開示されている。
に、本発明では、干渉計のマルチパスで接続された平た
い導波路領域は、自己イメージングの原理に基づいて動
作するマルチモードカップラである。これは、入力光が
接続導波路の入り口上に直接投影されるので、出力への
入力信号の伝送時により効率的な干渉計を提供する。ま
た、信号の相対位相が良好に決定されるので、この装置
は、知られている干渉計特性でより容易に製作すること
ができる。さらに、この装置は、よりコンパクトな構造
も提供する。
供することができる多くのあり得る特定の実施例のうち
のいくつかのみの例示であることが理解されるべきであ
る。多くの変更された他の配置は、本発明の精神および
範囲から逸脱することなく当業者によって容易に工夫さ
れ得る。
すグラフ図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 安定な波長光を提供する光源であって、 波長可変光信号源と、 第1のマルチモードカップラと、第2のマルチモードカ
ップラと、上記カップラ間の少なくとも3つの導波路光
路とからなり、上記第1のカップラは、上記可変光源に
光結合された入力を有し、上記導波路光路は、それぞれ
異なる光路長を提供し、上記第2のカップラは、複数の
出力を有するマルチパス マッハ=ゼンダー干渉計と、 上記干渉計の少なくとも2つの出力に光結合され、上記
出力からの光電力測定する複数の光検出器と、 上記光検出器に応じて、上記可変光源の波長を調整して
その動作波長を安定化するフィードバック回路とからな
る光源。 - 【請求項2】 請求項1記載の光源において、前記第1
のマルチモードカップラは、N×Nマルチモードカップ
ラである光源。 - 【請求項3】 請求項1記載の光源において、前記第1
および第2のマルチモードカップラは、1×Nマルチモ
ードカップラである光源。 - 【請求項4】 請求項1記載の光源において、前記波長
可変光源は、複数の異なる周波数で動作する複数のレー
ザからなる光源。 - 【請求項5】 請求項1記載の光源において、前記波長
可変光源は、1個のレーザである光源。 - 【請求項6】 請求項1記載の光源において、前記多波
長光源は、複数のレーザからなり、各レーザは、動作周
波数が可変になっている光源。 - 【請求項7】 ハイブリッド装置として実行される請求
項1記載の光源。 - 【請求項8】 シリカ導波路基台上で実行される請求項
7記載の光源。 - 【請求項9】 モノリシック装置として実行される請求
項1記載の光源。 - 【請求項10】 InP/InGaAsP導波路基台上
で実行される請求項9記載の光源。
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