JP2002299734A - 光利得等化器、光増幅装置、および光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エタロンフィルタを直線的に移動させることで
所望の損失特性を得ることのできる光利得等化器、光増
幅装置、およびこれらを用いた光通信システムを提供す
る。 【解決手段】光利得等化器１には、左側の光ファイバ１
０３から信号光が入射して、コリメータレンズ５により
平行光Ｂとなる。その平行光Ｂが、平行光の光軸に対し
て傾いて設置された二つのエタロンフィルタ２５、２６
を通って、再びコリメータレンズ５を通って集光され、
光ファイバ１０３に出射される。エタロンフィルタ２
５、２６は図中の上方が薄く、下方が厚くてその間は一
定の割合で厚みが変化している。エタロンフィルタ２
５、２６をそれらを固定している筐体２１、２２ごと上
下に移動させることにより、平行光Ｂが通過する厚みが
変化することになり、それにより損失特性を調整でき
る。所望の損失特性を得られたら筐体２１、２２を溶接
固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エタロンフィルタ
を用いた光利得等化器、光増幅器、および光通信システ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高速大容量の通信システムとし
て、一本の光ファイバにピーク波長が互いに異なる複数
の光信号を同時に伝送させる波長多重伝送方式（ＷＤＭ
方式）が実用化されてきている。このような通信システ
ムにおいて、長距離を通じて光信号を伝送するために
は、光信号を増幅する必要があり、希土類であるエルビ
ウムを用いたエルビウムドープファイバアンプ（ＥＤＦ
Ａ）が、複数波長の信号を一括して増幅することができ
るためにＷＤＭ方式に有効な増幅手段として使用されて
きている。

【０００３】しかしながら、ＥＤＦＡの利得は大きな波
長依存性を有するため、ＥＤＦＡを用いて増幅された光
信号は、波長によって出力レベルが異なってしまう。波
長によって出力レベルが異なると、各信号間でのクロス
トーク劣化等の問題が生じる。特に、ＥＤＦＡを伝送路
に複数導入して多段増幅を行うと、出力レベルの差が顕
著になって、大きな問題となる。

【０００４】このような問題を解決するために、ＥＤＦ
Ａとともに光利得等化器を伝送路に取り付けている。例
えば、ＮＥＣ技報Ｖｏｌ．５１Ｎｏ．４／１９９８に
は、エタロンフィルタを用いた光利得等化器を使用して
高精度の利得平坦性が得られることが報告されている。

【０００５】エタロンフィルタは、平行に配置した二つ
の反射膜間の繰り返し反射による干渉（ファブリ・ペロ
ー干渉）の原理を応用したものであり、一般に一枚の板
の平行な二つの面を利用している。また、エタロンフィ
ルタにおける入射した光の損失特性は、光の入射角に依
存して変わる。

【０００６】実際のエタロンフィルタは、厚みや光反射
率や透過率および二つの面の平行度を設計通りに作製す
ることが困難であり、また、平行度等を設計値通りに作
製しても特性が初期の通りにならない場合があるため、
作製したエタロンフィルタを光利得等化器中に置いて、
エタロンフィルタを入射光に対して回転させて、損失特
性の調整を行って、所望の損失特性を得て、その位置で
ＹＡＧレーザビーム溶接によりエタロンフィルタを固定
することが行われている。

【０００７】図１に従来のエタロンフィルタを用いた光
利得等化器１の断面模式図を示す。図の左側より光ファ
イバ１０３を通って光信号が入射し、コリメータレンズ
５を通過して平行光Ｂとなる。平行光Ｂは、その光軸に
対して傾いて置かれている二つのエタロンフィルタ７を
通過する。そして再びもう一つのコリメータレンズ５に
よって、平行光Ｂは集光されて出力側の光ファイバ１０
３に入る。

【０００８】光ファイバ１０３は筐体３に支持されてい
て、コリメータレンズ５は筐体２に支持された固定台６
に固定されている。また、エタロンフィルタ７は、ター
ンテーブル９の上に設置され固定治具８で固定されてい
る。ターンテーブル９は、エタロンフィルタ７に対する
平行光Ｂの入射角が変更するようにエタロンフィルタ７
を回転させ、所望の損失特性が得られたらＹＡＧレーザ
ビーム溶接により、筐体２にターンテーブル９は固定さ
れる。上述の機器のうち、図の左側の光ファイバ１０
３、筐体３、コリメータレンズ５、固定台６、筐体２が
光信号の入力手段であり、図の右側の光ファイバ１０
３、筐体３、コリメータレンズ５、固定台６、筐体２が
光信号の出力手段である。

【０００９】図２にこの光利得等化器の働きを示す。
（ａ）は、ＥＤＦＡの増幅利得の波長依存性を表してい
る。（ｂ）および（ｃ）の損失特性を有する二つのエタ
ロンフィルタを組み合わせると、それらの合成の損失特
性は（ｄ）に示すものとなり、これが光利得等化器の損
失特性である。（ｄ）は（ａ）とは波長に対して逆の特
性であるため、（ａ）の特性を有するＥＤＦＡと（ｂ）
および（ｃ）の損失特性を有する二つのエタロンフィル
タとを組み合わせると、（ｅ）に示すように波長に対し
て増幅利得がフラットになる。この（ｅ）が光増幅装置
の増幅利得特性である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】けれども、上述の方法
で光利得等化器を作製するには、平行光線を結合させる
ための調芯機以外に、損失特性の調整のために、エタロ
ンフィルタを回転させて溶接固定する制御系が必要とな
る。そのため、工程が複雑になって、光利得等化器の作
製に時間とコストが掛かっていた。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、エタロンフィル
タを直線的に移動させることで所望の損失特性を得るこ
とのできる光利得等化器、光増幅装置、およびこれらを
用いた光通信システムを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、エタロンフィルタを光信号の光軸と交差するよう
に移動させ、該移動方向において変化する光透過特性を
有するエタロンフィルタを用いた光利得等化器とした。

【００１３】具体的には、請求項１に係る発明は、エタ
ロンフィルタと該エタロンフィルタへの光信号の入力手
段と該エタロンフィルタを通過した光信号を出力する出
力手段とを備えた光利得等化器であって、上記エタロン
フィルタは、光信号を受光する面内の所定の方向に変化
している光透過特性を有し、上記エタロンフィルタを光
信号の光軸に交差させるよう上記光透過特性の変化する
方向に移動させて該エタロンフィルタの損失特性を調整
し、該エタロンフィルタの位置を固定していることを特
徴とする光利得等化器である。

【００１４】ここで、損失特性とはエタロンフィルタを
通過した光の各波長における損失の分布のことを言い、
また、光透過特性とは、エタロンフィルタを透過する光
信号の強度を変化させる特性のことであり、エタロンフ
ィルタの光軸方向の厚み、屈折率、反射率等を挙げるこ
とができる。

【００１５】また、光信号を受光する面内の所定の方向
とは、受光面内の任意の方向、例えばエタロンフィルタ
が矩形であれば長手方向あるいは幅方向等であって、一
つの方向であってもよいし、複数の方向であってもよ
い。

【００１６】本発明の構成であれば、エタロンフィルタ
の光透過特性を、光信号の光軸に交差させるようにエタ
ロンフィルタを移動させることによって、変えることが
できる。このことにより、エタロンフィルタを回転させ
ることなく、直線的に移動させることで損失特性を調整
できるようになるので、調整機構が簡単な構造にでき、
コストを下げることができる。一旦エタロンフィルタの
損失特性を調整した後は、エタロンフィルタを固定して
エタロンフィルタの移動機構を取り外してしまうと、エ
タロンフィルタが小型になるので好ましい。

【００１７】次に、請求項２に係る発明は、エタロンフ
ィルタと該エタロンフィルタへの光信号の入力手段と該
エタロンフィルタを通過した光信号を出力する出力手段
とを備えた光利得等化器であって、上記エタロンフィル
タは、光信号を受光する面内の所定の方向に変化してい
る光透過特性を有し、上記エタロンフィルタを光信号の
光軸に交差させるよう上記光透過特性の変化する方向に
移動させる移動機構を有していることを特徴とする光利
得等化器である。

【００１８】本発明の構成であれば、エタロンフィルタ
を光信号の光軸に交差させるよう光透過特性の変化する
方向に移動させる移動機構を有しているので、光信号や
光増幅の条件が変更された場合に、エタロンフィルタの
光透過特性を簡単に変更して所望の損失特性を得ること
ができる。

【００１９】次に、請求項３に係る発明は、請求項１又
は２記載の光利得等化器と、ピーク波長が互いに異なる
複数の光信号を増幅する光増幅器とを備えたことを特徴
とする光増幅装置である。

【００２０】本発明の構成であれば、簡単な構造で、複
数の光信号の利得等化の調整の容易なＷＤＭ方式の光増
幅装置を得ることができる。

【００２１】次に、請求項４に係る発明は、請求項３記
載の光増幅装置を備えたことを特徴とする光通信システ
ムである。

【００２２】本発明の構成であれば、構造が簡単であっ
て利得等化の調整が容易に行えるＷＤＭ方式の光通信シ
ステムを得ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】−実施形態１− 図３に実施形態１に係る光利得等化器１の断面模式図を
示す。光信号は左側の光ファイバ１０３を通って入力
し、コリメータレンズ５によって平行光Ｂとなる。これ
ら光ファイバ１０３とそれを支持する筐体３、およびコ
リメータレンズ５とその固定台６とそれを支持する筐体
２０とが、エタロンフィルタ２５への光信号の入力手段
である。

【００２５】平行光Ｂは二つのエタロンフィルタ２５、
２６を通過して、コリメータレンズ５で収束されて光フ
ァイバ１０３に入る。図の右側の光ファイバ１０３、筐
体３、コリメータレンズ５、固定台６、筐体２０が出力
手段である。

【００２６】二つのエタロンフィルタ２５、２６はそれ
ぞれ別々の筐体２１、２２に固定具８で固定されてい
る。

【００２７】これら二つのエタロンフィルタ２５、２６
は、厚みが図の上から下へ行くに連れて徐々に厚くなっ
ている。即ちテーパーの付いたエタロンフィルタ２５、
２６となっている。つまり、信号光の受光面内で図の上
下方向に光透過特性である厚みが変化している。

【００２８】図４は、エタロンフィルタ２５の拡大図で
ある。エタロンフィルタ２５の厚みは、上側が薄く下側
に行くに連れてだんだんと厚くなっている。但し、厚く
なっていくテーパーの度合いが大きすぎると、エタロン
フィルタの機能を発揮しないので、テーパーの度合いで
あるウエッジ角度は、特に限定されないが、１度以下が
好ましく、０．０５度以下がより好ましい。

【００２９】信号光である平行光Ｂの光軸に対してエタ
ロンフィルタ２５は、傾いて置かれている。ここで、図
に示した矢印のように、光軸に交差させる方向にエタロ
ンフィルタ２５を移動させると、光軸に対してエタロン
フィルタの厚みが変わるので、光透過特性が変わって、
透過した光の損失特性が変わる。それで、出力の信号光
の損失特性を観察しながら、エタロンフィルタ２５、２
６を例えば移動ステージ等の公知の移動機構によって筐
体２１、２２とともにそれぞれ移動させて、最も利得が
フラットな所望の特性が得られるように調整を行う。所
望の特性が得られたら、筐体２０と筐体２１、筐体２１
と筐体２２、筐体２２と筐体２０とをそれぞれＹＡＧレ
ーザビーム溶接して固定する。そして、移動機構を取り
外せば、光利得等化器は小型となる。

【００３０】なお、ここではエタロンフィルタの損失特
性をエタロンフィルタの厚みを変えることによって変化
させたが、それ以外にも、エタロンフィルタの屈折率や
反射率等を光軸と交差する方向であるエタロンフィルタ
の移動方向において変えることによって、同様の効果を
得ることができる。屈折率を変えるには、エタロンフィ
ルタのドープ物質のドープ量を変えていったり、ドープ
物質そのものを変えてやればよい。反射率を変えるに
は、例えば、エタロンフィルタ表面の誘電体多層膜の材
質や膜厚、層数を変えればよい。

【００３１】本実施の形態は、本発明の一つの例であっ
て、本発明はこの例に限定されない。エタロンフィルタ
の枚数は１枚でもよいし、３枚よりも多くてもよい。ま
た、複数枚のエタロンフィルタのうち、その一部のエタ
ロンフィルタを光透過特性が所定の方向において変化し
ているものとしてもよい。上例では、エタロンフィルタ
は筐体とともに移動させたが、筐体は固定したままエタ
ロンフィルタとエタロンフィルタ固定具とを、あるいは
エタロンフィルタのみを移動させてもよい。

【００３２】−実施形態２− 図７に実施形態２に係る光利得等化器のエタロンフィル
タ３０の拡大模式図を示す。本実施形態のエタロンフィ
ルタ３０は、厚みが階段状に３段階になっている。エタ
ロンフィルタ３０の上部が薄部３１であり、中間部が中
厚部３２であり、下部が厚部３３である。各段階内では
厚みは一定である。図７では、信号光である平行光Ｂは
中厚部３２を通過していて、現システムでは中厚部３２
を用いることにより、利得等化特性が所望の特性となっ
ている。ここで、ＥＤＦＡを変更したり、伝送する信号
の数を変更したりすると、エタロンフィルタ３０の利得
等化特性が変化してしまい、最適の利得等化性から外れ
てしまう。この時に、ＥＤＦＡや信号数の変更等の条件
変更を補正するエタロンフィルタ３０の光透過特性とし
ての厚みを予め計算で算出しておいて、その厚みを薄部
３１あるいは厚部３３の厚みとして設定しておく。そう
すれば、エタロンフィルタ３０を光信号の光軸に交差さ
せる方向に移動させてやって、光信号が薄部３１あるい
は厚部３３を通過するようにすれば、最適の利得等化性
が得られる。エタロンフィルタ３０を移動させる機構
は、特に限定されず、例えば移動ステージ等の公知の機
構を用いることができる。なお、エタロンフィルタ３０
以外の部品や構造は、実施形態１と同じである。また、
一つの光利得等化器にエタロンフィルタが複数用いられ
ているときには、全てのエタロンフィルタを本実施形態
の形状のエタロンフィルタとしてもよいし、その中の一
部を本実施形態の形状のエタロンフィルタとしてもよ
い。

【００３３】ここでは、エタロンフィルタ３０の厚み
を、エタロンフィルタの移動方向に沿って三段階に変化
するように設定しているので、増幅器あるいは光信号側
の三つの条件に対応できる。なお、エタロンフィルタの
厚みは二種類でもよいし、四種類以上であってもよい。

【００３４】本例では光透過特性として厚みを変化させ
たが、厚みの代わりにエタロンフィルタの移動方向に沿
って、反射率や屈折率を段階的に変化させてやってもよ
い。反射率や屈折率の変化のさせ方は、ドーピング量の
変更や誘電体多層膜の材質や膜厚、層数の変更等公知の
方法を用いればよい。

【００３５】−実施形態３− 図５に実施形態３に係る光増幅装置の模式図を示す。本
実施形態の光増幅装置１０では、図の左側から入力信号
が光ファイバ１０３を通って入ってきて、光カプラ１４
を通過してエルビウムドープ光ファイバ心線１２に入射
される。一方、励起光源１３から励起光が光ファイバ１
０３を通り、光カプラ１４を通過して、信号光と同じ方
向からエルビウムドープ光ファイバ心線１２に入射され
る。こうして、エルビウムドープ光ファイバ心線１２の
中で信号光は増幅される。ここまでの光カプラ１４、励
起光源１３、光ファイバ１０３、エルビウムドープ光フ
ァイバ心線１２を合わせたものが光増幅器１１である。

【００３６】増幅された信号光は、実施形態１に示した
光利得等化器１に入射して、波長−利得特性を平坦にさ
れ、光ファイバ１０３に出力されていく。

【００３７】なお、光利得等化器１は実施形態２に示し
たものを用いてもよい。また、本例は本発明の一つの例
を示したものであって、本発明は本例に限定されない。
励起光のエルビウムドープ光ファイバ心線への入射方向
は、信号光と反対側でもよいし、励起光を二つ用意し
て、エルビウムドープ光ファイバ心線の両側から入射さ
せても構わない。また、モニター等別の装置を組み込ん
でも構わないし、光アイソレータ等を組み込んでも構わ
ない。また、光増幅器１１と光利得等化器１の位置が逆
であってもよい。

【００３８】−実施形態４− 図６に実施形態４に係る光通信システムの模式図を示
す。本実施形態の光通信システム１００では、実施形態
３で示した光増幅装置１０によって送信機１０１から受
信機１０２の間で二回増幅を行っている。

【００３９】送信機１０１から発信された信号光は、光
ファイバ１０３を通って光増幅器１１と光利得等化器１
とからなる光増幅装置１０に入射されて増幅される。そ
して信号光は、光ファイバ１０３を通って次の光増幅装
置１０に入射されて増幅され、それから光ファイバ１０
３を通って受信機１０２に入る。

【００４０】本実施の形態は、本発明の一つの例であ
り、本発明はこの例に限定されない。光増幅装置は一つ
だけでもよいし、三つ以上であってもよい。また、他の
装置を直列あるいは並列に結合させていてもよい。光増
幅装置における光増幅器と光利得等化器の位置を逆にし
てもよい。

【００４１】

【実施例】図３に示す利得等化器１において、一段目の
エタロンフィルタ２５は、合成石英の板を用いて、上端
部の厚みを５８．１０μｍとし、下端部の厚みを５８．
６０μｍとして、その間は一様に厚みが変化するように
テーパをつけて研磨を行ない、その両面に反射率４．２
％の多層膜をコーティングして得た。二段目のエタロン
フィルタ２６は、合成石英の板を用いて、上端部の厚み
を４２．５０μｍとし、下端部の厚みを４３．００μｍ
として、その間は一様に厚みが変化するようにテーパを
つけて研磨を行い、その両面に反射率６．５％の多層膜
をコーティングして得た。この時ウエッジ角度は約０．
０１４度であった。

【００４２】一段目のエタロンフィルタ２５を信号光に
対して光線入射角３度になるように、二段目のエタロン
フィルタ２６を信号光に対して光線入射角３度となるよ
うにそれぞれ筐体２１、２２に設置した。そして、ＥＤ
ＦＡにより増幅された光信号を光利得等化器１に入力し
て、光利得等化器１からの出力信号をモニターで観察し
た。

【００４３】光線入射角をそれぞれ保持したまま、二つ
のエタロンフィルタをそれぞれ別々に光信号の光軸に対
して垂直に少しずつ移動させて、出力信号の利得特性を
観察し、所望の利得特性が得られたときに、筐体をＹＡ
Ｇレーザビーム溶接で固定した。

【００４４】上記のように作製した利得等化器１を光増
幅器と組み合わせた光増幅装置では、１５２０〜１５８
０ｎｍの波長範囲における利得のばらつきを、平均の利
得から±０．２ｄＢ以下にすることができた。

【００４５】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に述べる効果を奏する。

【００４６】本発明の光利得等化器は、エタロンフィル
タを光信号の光軸に交差させる方向に移動させる移動機
構を有していて、エタロンフィルタは、その移動方向に
沿って光透過特性が変化しているので、損失特性の調整
はエタロンフィルタを直線的に移動させればよく、構造
が簡単で、製造工程も簡略になる。又、部品数も少なく
できる。そのため、コストが削減できる。この光利得等
化器を用いた光増幅装置、光通信システムも低コストで
作ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光利得等化器の断面模式図である。

【図２】（ａ）ＥＤＦＡの増幅利得特性、（ｂ）、
（ｃ）エタロンフィルタの損失特性、（ｄ）光利得等化
器の損失特性、（ｅ）光増幅装置の増幅利得特性を示し
た図である。

【図３】実施形態１の光利得等化器の断面模式図であ
る。

【図４】実施形態１のエタロンフィルタの拡大模式図で
ある。

【図５】実施形態３の光増幅装置の模式図である。

【図６】実施形態４の光通信システムの模式図である。

【図７】実施形態２のエタロンフィルタの拡大模式図で
ある。

【符号の説明】

１ 光利得等化器 ２ 筐体 ３ 筐体 ５ コリメータレンズ ６ 固定台 ７ エタロンフィルタ ８ 固定治具 ９ ターンテーブル １０ 光増幅装置 １１ 光増幅器 １２ エルビウムドープ光ファイバ心線 １３ 励起光源 １４ 光カプラ ２０ 筐体 ２１ 筐体 ２２ 筐体 ２５ エタロンフィルタ ２６ エタロンフィルタ ３０ エタロンフィルタ ３１ 薄部 ３２ 中厚部 ３３ 厚部 １００ 光通信システム １０１ 送信機 １０２ 受信機 １０３ 光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 浩一 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 只友 一行 兵庫県伊丹市池尻４丁目３番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 2H041 AA02 AB10 AB15 AC01 AZ01 AZ06 AZ08 2H048 GA01 GA13 GA23 GA25 GA48 GA62 GA66 5F072 AB09 AK06 KK08 KK30 YY17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エタロンフィルタと該エタロンフィルタ
   への光信号の入力手段と該エタロンフィルタを通過した
   光信号を出力する出力手段とを備えた光利得等化器であ
   って、 上記エタロンフィルタは、光信号を受光する面内の所定
   の方向に変化している光透過特性を有し、 上記エタロンフィルタを光信号の光軸に交差させるよう
   上記光透過特性の変化する方向に移動させて該エタロン
   フィルタの損失特性を調整し、該エタロンフィルタの位
   置を固定していることを特徴とする光利得等化器。
2. 【請求項２】 エタロンフィルタと該エタロンフィルタ
   への光信号の入力手段と該エタロンフィルタを通過した
   光信号を出力する出力手段とを備えた光利得等化器であ
   って、 上記エタロンフィルタは、光信号を受光する面内の所定
   の方向に変化している光透過特性を有し、 上記エタロンフィルタを光信号の光軸に交差させるよう
   上記光透過特性の変化する方向に移動させる移動機構を
   有していることを特徴とする光利得等化器。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の光利得等化器と、
   ピーク波長が互いに異なる複数の光信号を増幅する光増
   幅器とを備えたことを特徴とする光増幅装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の光増幅装置を備えたこと
   を特徴とする光通信システム。