JP2000515647A - 再構成可能なホログラヒックフィルタを用いるスペクトル等化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光通信システム用のホログラヒックフィルタが構成されて、波長分割多重システム内の多数の光信号もしくは信号チャンネルに対する信号パワー等化を得るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】 再構成可能なホログラヒックフィルタを用いるスペクトル等化器 この発明は光通信用装置に係り、とくに光ファイバ増幅器とともに使用するた めのスペクトル等化器に関する。 エルビウムをドープしたファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）は今では遠隔通信用によ く確立されている。数多くの増幅器が鎖状に結ばれる場合においてスペクトル帯 幅を受け入れ可能に維持するために、受動的なスペクトル等化の必要性が長い間 認識されてきている。しかしながら、波長分割多重（ＷＤＭ）光伝送システムが 商業的に展開され始めるのにつれて、スペクトル利得の能動的な管理に対する需 要も次第に重要になってきており、その理由として、個々のチャンネルパワーが 時間的に変動し、利得スペクトラムも動的な入力負荷で変動することがある。こ のような能動的技術の一つで音響光学的同調可能フィルタ（ＡＯＴＦ）を採用し たものが最近S.H.Huang,X.Y.Zou,A.E.Willner,Z.Bao and D.A.Smithにより“Exp erimental demonstration of active equalisation and ASE suppresslon filte rs”，Conference on Lasers and E1ectro-optics,Paper CMA4,1996で報告され た。しかし、その基礎に横たわる技術は高価であり、極性に対する不感度を得る には追加の光部品を並列に置くことが求められている。この発明はスペクトル利 得の能動的管理用の技術に関するものであり、インラインフィルタ内に極性不感 度の回折性の強誘電体液晶（ＦＬＣ）を応用したものである。この技術はチャン ネルの数十倍の大きさとでき（数十チャンネルにスケーラブルであり）、潜在的 可能性として大量生産低コストとなるものである。 この発明によると、光通信システム用のスペクトル等化器が提供されており、 その構成は、ある数（単数でも複数でもよい）の光入力と、ある数（単数でも複 数でもよい）の光出力と、該光入力と該光出力との間の光路内に置かれた再構成 可能なホログラヒックフィルタとを含み、該再構成可能なホログラヒックフィル タは予め定められた異なる波長のある数（単数でも複数でもよい）の光信号もし くは信号チャンネルに対して信号パワー等化を与えるように構成できるものであ る。 また、再構成可能なホログラヒックフィルタであって処理手段と組合されたも のも提供されており、処理手段はこのホログラヒックフィルタを構成するための 、ある数の予め定められたホログラムについてのデータを記憶しており、該ホロ グラムの少くとも１つは予め定められた異なる波長のある数の光信号もしくは信 号チャンネルに対して信号パワー等化を与えるようにされている。 この発明を添付の図面を参照して例をあげてとくに記述して行く。 図１はこの発明の特定の実施例による装置の実験構成を示す。 図２はエルビウムをドープしたファイバ増幅器の特性を示すグラフである。 図３ａと３ｂとは２つのホログラムに対するスペクトルの例である。 図４と５とは図３ａと３ｂとに示したホログラムのフーリエ変換である。 図６と７とはホログラムの図式表現である。 実験構成は、全体に単一モードファイバを採用し、図１に示してある。そこで は同調可能なレーザ１が単一モードファイバ３，５と可変減衰器７とによってエ ルビウムをドープしたファイバ増幅器ＥＤＦＡに接続されている。この増幅器は 単一モードファイバ９，１１と等化用フィルタ１３とを使って光スペクトラムア ナライザ１５に接続されている。 等化用フィルタ１３には一対のレンズＬ１，Ｌ２と、透過性で１２８×１２８ マトリックスの再構成可能なホログラヒックフィルタＳＬＭでピッチがＤ＝１６ ５μｍのものと、及び透過性の固定グレーテングＦＧでライン対幅がｄ＝１８μ ｍのものとが含まれている。このフィルタは図２に示したように約４ｎｍ間隔を とった５チャンネルについてスペクトル等化とシステム管理とを与えるように設 計されている。 実際の波長分割多重システムでは、入力チャンネルパワーは次のことによって 変ることになる： （ｉ）光増幅器の不均一な利得プロフィル（例えば図２に示したＥＤＦＡについ ては６．１ｄＢある）； （ii）受動光部品の波長依存性；および、 （iii）注入損失と信号経路損失におけるポテンシャル変動（例えば波長でたど った網内でのスパン低下とノード挿入）。 この実験の構成では、入力チャンネル変動は出力パワー可変の同調可能なダイ オードレーザ１によってシミュレートされる。全部の信号チャンネルを同時に入 力することが望ましいのであるが、これは使用可能な装置では不可能であった。 低信号パワーを使用してＥＤＦＡから得られる最大微分利得を得たので、現在の フィルタの最大損失を克服して、全体の利得を作ることができた。スペクトル等 化器は再構成可能なホログラヒックフィルタで次の論文に記載されている形式の ものと、フィルタの損失を補償するためのＥＤＦＡとを備えて成る。ここで論文 はM.C.Parkwr and R.J.Mears，“Digitally tunable wavelength filter and la ser”，Photonics Techno1ogy Letters，8(8),1996である。ホログラヒックフィ ルタはＦＬＣでピクセル状とした空間光変調器（ＳＬＭ）で動的なホログラムを 表示するもので成り、それが固定の二値位相の高空間周波数グレーティングと協 働しており、両方とも４ｆの自由空間レンズ作用システムの内部にある（図１参 照）各チャンネルに対するフィルタのパスバンド（通過帯域）はちようど２ｎｍ のＦＷＨＭ（半値幅）をもっている。このホログラムは入力チャンネルパワー変 動とＥＤＦＡ利得の空間依存性との両方を補償するように設計されているので、 均一な出力チャンネルパワーが得られる。図示のように、特定のチャンネルを落 すことも可能であり、例えば１５５６．１ｎｍがそれで、そのチャンネルが一時 的に使用されないという場合にはノイズの抑制にとって望ましいものである。図 では等化器の能動的で再構成可能な性質がチャンネル４上の信号の入力パワーと 波長との両方の変化によって示されており、網内に別の光源から到来するこのチ ャンネル上の信号をシミュレートしている。２つの異なるホログラムはこれらの 変化に対して補償するように設計されたもので、チャンネル４上の信号を等化し て他の３つの信号と同じレベルとなるように等化するように設計されている。光 スペクトラムアナライザはこの結果を記録している。 一組の入力チャンネル変動と条件（網回復のためにチャンネルの使用を変える といったもの）とを補償するために必要とされるホログラムは予め計算される。 ダウンロードの時間はここでは５ｍｓであるが、改良を加えたインターフェース では２０μｓでの回復を期待することは妥当とされている。 ホログラム空間周期と関係するフィルタ波長についての式は近似的に次式で与 えられる。 λ〜x／ｆ｛（ｎ／ＮＤ）＋（１／ｄ）｝ ここでλはフィルタ波長であり、ｘ＝８．５ｍｍは光軸からの出力ファイバの距 離であり、ｆ＝９６．１ｍｍは焦点長であり、Ｎ＝１２８は空間光変調器内のピ クセルの数であり、Ｄ＝１６５μｍは空間光変調器のピクセルピッチであり、ｄ ＝１８μｍは固定グレーテングの周期である。値ｎは０ないし６４の間の整数で ある。因子ｎ／ＮＤはフィルタをかけられる波長を示す表示されたホログラム上 の空間周波数の一つを表わしている。単一の波長だけがフィルタをかけられて、 ｎについて単一の結果と後のホログラム設計とが求められる場合とは対照的に、 上記の式は５つの別個な波長について解かれていて、ｎについて５つの値を生じ ており、それが計算機応用設計プロセスに入れられて、混合した空間周波数のホ ログラムを作るようにしている。ホログラム生成アルゴリズムはシミュレートし たアニーリングを使用し、これが複数波長でのホログラムの透過振幅の制御に修 正を加える。 結果として生じたホログラムのフーリエ変換（モジュラス（係数）は平方して ある）は図４と５とに図式で示されている。これらホログラムのフーリエ変換か ら明らかなように、これらがスペクトル透過を表わしており、４つの位置（すな わち波長）がいろいろな程度で優先的に透過されている。上述の式（１）は目的 関数内の“スポット（点）”の位置を決めるために使われただけであり、それが 次にシミュレートしたアニーリングアルゴリズムに加えられる。このアルゴリズ ムはホログラムを発生し、そのフーリエ変換が目的関数に可能な限り近づいたも のとなる。 例えば、ホログラムが生成されて、それが波長１５４８，１５５２，１５６０ ，及び１５６４ｎｍで等化するとして、ｆ＝９６．１ｍｍ，ｘ＝８．５ｍｍ，Ｎ ＝１２８，Ｄ＝１８μｍに対しては、対応するｎの値は３３，３０，２３，２０ となり、ここではｎの整数値だけがこの特定のホログラム生成アルゴリズムに対 して許されている。 これが意味するところは目的関数が零の１×６１マトリックスであり、ただし マトリックスの２０，２３，３０及び１３の位置は除き、そこにはホログラヒッ ク透過スペクトラムの設計振幅に対応する値が存在している。この場合は対応す る設計振幅はこれらの位置でそれぞれ１．３１，１．２２，１，２．１７となる 。結果として生じた２つのホログラムがそれぞれ図６と７とに示されている。 ホログラヒック透過スペクトラム用の初期設計振幅はＥＤＦＡで増幅された自 発（自然）放出（ＡＳＥ）レベルのチャンネル波長での比を反転して決められる （図２参照）。これらの設計パラメータはシステムの非均一性に起因して理想的 なチャンネル等化よりも小さなホログラムを生ずる。結果として対称誤差が出力 スペクトラム中に観察され、それが測定されて、アルゴリズムに戻って設計パラ メータが補正された。ホログラム設計は自然な帰還ループによってかなり改善が できることになる。 ２つの異なるホログラムに対する等化されたスペクトルが図３に示されている 。第１の場合（図３ａ参照）は、等しくない入力信号は２．０ｄＢレンジのパワ ーをもっており、それが等化後に０．３ｄＢよりも小さく減らされている。第２ の場合には、入力信号パワーは８．５ｄＢのレンジをもち、それが等化後に０． ３ｄＢとなっている。表１と２とは５つのチャンネルに対する入カパワーと出力 パワーとを示しており、それぞれ４つの信号を動的に等化するために２つのホロ グラムを使用している。使用していないチャンネル３は両方の場とも１３．５ｄ Ｂよりも余分にに抑制されている。大きなＥＤＦＡ ＡＳＥで波長１．５３３μ ｍ付近にあるものはまた少くとも１３．５ｄＢだけ抑制に成功している。個別の チャンネルの隔離（絶縁）は６．７ｄＢないし２３ｄＢといった高さにまで変化 している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/17 (72)発明者 ウォール、スティーブン・トーマス イギリス国、アイピー２・９イーティー、 イプスウィッチ、フォンテーンズ・ロード 50 (72)発明者 パーカー、マイケル・チャールズ イギリス国、エスエム２・５アールユー、 サリー、サットン、ザ・ギャロップ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光通信システム用のスペクトル等化器であって、その構成はある数の光入力 と、ある数の光出力と、該光入力と該光出力との間の光路内に置かれた再構成可 能なホログラヒックフィルタとを含み、該再構成可能なホロヒックフィルタは予 め定められた異なる波長の、ある数の光信号もしくは信号チャンネルの信号パワ ー等化を与えるように構成されていることを特徴とするスペクトル等化器。 ２．前記再構成可能なホログラヒックフィルタで受領できる少くとも１つの光信 号が２以上のチャンネルを含む多重化された光信号であることを特徴とする請求 項１記載のスペクトル等化器。 ３．前記再構成可能なホログラヒックフィルタが多重化された光信号内部の光信 号もしくは個別のチャンネルを落すように構成されていることを特徴とする請求 項１又は２記載のスペクトル等化器。 ４．２以上の光入力を含み、前記再構成可能なホログラヒックフィルタは少くと も２つの異なる光入力から光出力へ信号を送るように構成できることを特徴とす る請求項１ないし３のいずれか１項記載のスペクトル等化器。 ５．複数の光出力を含み、前記再構成可能なホログラヒックフィルタは２以上の 光出力に向けて光信号もしくは信号チャンネルを放送するように構成されている ことを特徴とする請求項１ないし４ずいずれか１項記載のスペクトル等化器。 ６．前記再構成可能なホログラヒックフィルタはは固定の回折グレーテングもし くはホログラムと組合せた動的なホログラヒック回折素子で成ることを特徴とす る請求項１ないし５のいずれか１項記載のスペクトル等化器。 ７．ある数の予め定められたホログラムを記憶する処理手段を含むことを特徴と する請求項１ないし６のいずれか１項記載のスペクトル等化器。 ８．信号パワーの等化を得るために再構成可能なホログラヒックフィルタに対す るホログラムを動的に決めるための処理手段を含むことを特徴とする請求項１な いし７のいずれか１項記載のスペクトル等化器。 ９．さらに光増幅器を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項記 載のスペクトル等化器。 10．前記光増幅器がエルビウムをドープしたファイバ増幅器であることを特徴と する請求項９記載のスペクトル等化器。 11．前記ホログラヒックフィルタは増幅された自発性放出を抑制するように構成 可能であることを特徴とす請求項１ないし１０のいずれか１項記載のスペクトル 等化器。 12．前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のスペクトル等化器を含む通 信システム。 13．前記請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のスペクトル等化器を含む光 スイッチ。 14．ホログラヒックフィルタを構成するための、ある数の予め定められたホログ ラムについてのデータを記憶する処理手段と組合された再構成可能ななホログラ ヒックフィルタであって、該ホログラムの少くとも１つは予め定められた異なる 波長についてのある数の光信号もしくは信号チャンネルに対して信号パワー等化 を与えるようにされている再構成可能なホログラヒックフィルタ。