JP2003057486A - 光合分波装置 - Google Patents
光合分波装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 情報の分配、収集を各地域毎に行う光合分波
装置を提供する。 【解決手段】 複数の光増幅器を光中継器として用いた
長距離伝送を行う波長多重光通信用の光合分波装置であ
って、波長多重の伝送路中に第１の光合分波器を挿入し
て各波長毎に分波し、光スイッチを挿入した後、第２の
光合分波器により合波して伝送路に接続し、前記スイッ
チの切り替えにより前記分波した波長の中の所望の信号
を取り出し又は送り出すことを特徴としたものである。
装置を提供する。 【解決手段】 複数の光増幅器を光中継器として用いた
長距離伝送を行う波長多重光通信用の光合分波装置であ
って、波長多重の伝送路中に第１の光合分波器を挿入し
て各波長毎に分波し、光スイッチを挿入した後、第２の
光合分波器により合波して伝送路に接続し、前記スイッ
チの切り替えにより前記分波した波長の中の所望の信号
を取り出し又は送り出すことを特徴としたものである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長多重通信に用いられ
る光合分波装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】光合分波器は、波長の異なる光信号を１
本の光ファイバに重合し、かつ、１本の光ファイバに波
長多重された光信号から各波長毎に光信号を分けるデバ
イスとして有効であり、波長多重光通信による大容量情
報伝送において、重要なデバイスである。高密度の波長
多重通信においては、合分波器には高い分解能を有する
合分波特性が不可欠である。特に、光増幅器を用いて波
長多重を行う場合に、光増幅器の限られた帯域内に多く
の波長を設けるためには、一層その分解能を高める必要
がある。従来のデバイスの中で、有望なものとしては、
波長多重光信号を回析格子に入射し、波長に応じた角度
で回析された各光信号をレンズ等に透過させることによ
って、波長の分散を位置の分散に変換する形式の合分波
器である。図１４に示す様な反射型回析格子４５とレン
ズ４６とチタン拡散型ニオブ酸リチウム導波路アレー４
７からなるリトロー型合分波器４９はその一例である。
導波路アレー４７の内の第１の導波路から出射された波
長多重光はレンズ４６によって平行化され、回析格子４
５に入射し、光信号の波長に応じた回析の方向に回析さ
れる。合分波器４９の分解能は回析格子４５のピッチと
レンズ４６の焦点距離と導波路アレー素子４７の導波路
間隔によって決まる。しかし、従来のチタン拡散型ニオ
ブ酸リチウム導波路アレー素子を用いた合分波器では、
分解能を２ｎｍより高くすることが出来なかった。この
ため、波長多重数が多くとれないという問題があった。
一方、波長多重の密度を高めると、光源の発振波長の安
定化が必要になるが、従来の波長安定化技術はファブリ
ペロ共振器のくし状の共振波長に安定化するものであっ
た。この場合、装置が大がかりになると同時に、安定化
した波長と光合分波器の透過波長が必ずしも一致しない
という問題があった。さらに、光増幅器を用いて長距離
伝送する場合は、光増幅器の雑音や利得のばらつきによ
り伝送距離が制限される問題があった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、情報の分
配、収集を各地域毎に行える光合分波装置を提供するこ
とを目的とするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の光合分波装置で
は、複数の光増幅器を光中継器として用いた長距離伝送
を行う波長多重光通信用の光合分波装置であって、波長
多重の伝送路中に第１の光合分波器を挿入して各波長毎
に分波し、光スイッチを挿入した後、第２の光合分波器
により合波して伝送路に接続し、前記スイッチの切り替
えにより前記分波した波長の中の所望の信号を取り出し
又は送り出すことを特徴とするものである。 【０００５】 【実施例】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。 【０００６】図１は本発明の光合分波装置に用いられる
光合分波器の一例を説明する為の概略図である。図１に
おいて、１は回析格子、２は光学レンズ、３は導波路間
隔が狭い導波路アレー、４はファイバアレーを示してい
る。波長多重光を入力ファイバ５ａに入射させると、上
述した作用で説明したようにレンズ２によって平行化さ
れた波長多重光６は回析格子１によって、各波長に応じ
た回析角度で回析され、レンズ２の作用によって、波長
毎に異なるファイバ５ｂ（５ｂ−１〜５ｂ−ｎ）に結合
し、分波器としての機能を果たす。また、先の入力ポー
トであるファイバ５ａを出力ポートとみなし、かつ、先
の各出力ポート５ｂを各波長の光信号に対する入力ポー
トとみなせば、合波器としての機能が果たされることが
容易に理解できる。本発明に用いる導波路アレー３の製
作方法を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。まず、シリコン基
板７上に火炎堆積法により石英からなる第１のクラッド
層８を形成する（ａ）。次に、ＴｉＯ2やＧｅＯなどを
ドープした石英からなる光導波層９を同様の方法により
堆積する（ｂ）。その後、導波路パターンを用いてフォ
トリソグラフィと反応性イオンエッチングを行って光導
波路９ａを形成するとともに、各導波路間部分に相当す
るところの第１のクラッド層８を深めに掘り込んでおく
（ｃ）。その後、第２のクラッド層１１を薄く堆積する
（ｄ）ことにより導波路アレーが形成される。導波路間
部分に空間が作られるため、導波路間での光結合を防止
できる。合分波された光信号を導波する導波路９ａの間
隔は、回析光の結合面から、各導波路の間隔は曲げによ
る光損失が十分無視できる程度に徐々に広げ、回析光入
力面１２と向かい合うファイバ接合面１３において、シ
ングルモードファイバアレー４との接合が容易になるよ
うに、各導波路間隔を離しておく（図１）。モードフィ
ールド径１０μｍのシングルモードファイバと導波路の
モードフィールド径を一致させることにより結合効率が
改善でき、導波路の厚さと幅は８μｍ程度に設定するの
がよい。また、光導波層を高屈折率層とすると、導波路
の厚さや幅を５〜６μｍ程度に縮小でき、光の導波層へ
の閉じこめ係数を大きくできるので、導波路のモードフ
ィールド径は小さくなり、回析光入力面側での導波路間
隔を１０μｍ程度にまで縮めることができる。この場合
には、ファイバとの光結合のために、ファイバアレーと
の結合面近傍で導波路９ａのコアを拡大し、ファイバー
のモードフィールド径と一致させればよい。 【０００７】本発明に用いる導波路アレーの第２の作製
方法を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。図２の方法と同様
に、火炎堆積法とエッチングにより、シリコン基板７上
に第１のクラッド層８と光導波層９が形成させた後、導
波路との導波路の間の部分のクラッド層が十分薄くなる
ようにクラッド層を堆積することによって、光結合を防
止できる。また、イオン交換法によって、導波路９ａを
製作することもできる。また、光導波路９ａを製作し、
導波路間をエッチングすることにより導波路アレーを製
作することも可能である。例えば、ガラス基板にフォト
リソグラフィによりＴｉマスクを形成し、この基板を加
熱したＫＮＯ3などの硝酸塩中に浸す。そして、Ｋ+がガ
ラス中に拡散し、屈折率を上昇させ、光導波路が形成さ
れる。このようにして製作した光導波路の導波路間を反
応性イオンエッチングで掘り込み、導波路アレー素子を
製作できる。ところで、図２または、図３の導波路アレ
ーにおいて、導波路間隔をさらに狭めたい場合には、図
４（ａ）（ｂ）のごとく光を吸収、あるいは反射する層
１４を付加することにより、光結合を確実に阻止するこ
とができる。例えば、吸収する層は、ＩｎＧａＡｓ，Ｉ
ｎＡｓＰ，ＡｌＩｎＳｂなどをスパッタ装置で導波路ア
レーに蒸着する等の方法により形成される。 【０００８】次に、図１の合分波器１５（１５ａ，１５
ｂ）を波長多重光通信システムに組み込んだ一例を図５
を用いて説明する。光送信器２１（２１−１〜２１−
ｎ）からの種々の波長（λ1〜λn）を、光合分波器１５
ａを介して光ファイバ増幅器１８（１８−１〜１８−
ｎ）で増幅し、受信側の光合分波器１５ｂを介して光受
信器２２（２２−１〜２２−ｎ）で受信する構成図であ
る。尚、２０は光ファイバである。また、図６には、合
分波器１５の特性１６−１〜１６−ｎと波長多重された
各信号のスペクトル１７−１〜１７−ｎと光ファイバア
ンプ１８（１８ａ〜１８ｃ）の実用利得帯域１９の関係
を示す。信号のスペクトル幅１７−１〜１７−ｎは、信
号を生成するための変調方式や変調速度に大きく依存
し、その中心波長の揺らぎは、光源に用いるレーザに関
して固有な発振特性によって主に決定される。そこで、
各チャンネルの信号スペクトルの幅に比較して、各チャ
ンネル信号に対応した合分波器１５の透過帯域幅が広
く、各信号の中心波長の揺らぎに対し、十分余裕がある
ものとする。また、波長多重の高密度化のためには、各
チャンネルの波長間隔を狭化できるように、合分波器１
５の透過帯域外の各領域において、波長に対する透過特
性の勾配は急峻であるようにする。さらに、各チャンネ
ル信号の波長λ1〜λnは、光ファイバ増幅器１８の実用
利得帯域１９内に存在することが必要である。以上の各
デバイスによって合分波器１５に与えられる条件は、図
２〜図４の導波路アレーを用い、他の機構部品を適宜選
択した合分波器１５によって、満足させられる。したが
って、実施例１に基づく合分波器１５をシステムに組み
込むことによって、チャンネル当たりの伝送速度が速い
場合には、１本の光ファイバに大容量の情報を伝送する
ことができる。また、光ファイバアレーのかわりに、半
導体レーザアレーやフォトダイオードアレーを配設して
もよい。前者の場合には、１台の波長多重光源として、
また後者の場合には、各波長光の監視を行うモニタ用の
デバイスとしても利用できる。 【０００９】次に、図１の合分波器１５（１５ａ，１５
ｂ）を波長多重光通信システムに組み込んだ一例を図７
に示す。合分波器１５の光学特性１６を利用して送信光
源の波長の安定化を図るものである。送信光源である半
導体レーザ２３−１〜２３−ｎの注入電流に異なる発振
周波数ｆ1〜ｆnを有する発振器３３−１〜３３−ｎを用
いて弱い変調を掛けることによって、送信光２４−１〜
２４−ｎに変調指数が小さい周波数変調をかけておく。
周波数ｆ1〜ｆnは伝送には用いない数ＫＨｚから数十Ｋ
Ｈｚの値に設定すればよい。合分波器１５で合波された
波長多重光６の１部はカップラ２５で取り出され、光検
出器２６で光電変換され増幅器２７で増幅される。波長
安定化ループの安定性を向上させるためには、ループ帯
域内の低周波成分を除去するとよい。また、信号のＳＮ
比を改善するためにも不要な信号を除去しておく必要が
ある。これらのことから、ｆ1〜ｆnのみを透過するバン
ドパスフィルタ群３５を設ける。出力された電気信号２
８は同期検波器２９−１〜２９−ｎによって変調信号３
０−１〜３０−ｎと同期検波され、その出力３１−１〜
３１−ｎが半導体レーザ２３−１〜２３−ｎのドライバ
ー回路３２−１〜３２−ｎに帰還される。合分波器１５
の透過特性１６−１〜１６−ｎと光周波数変調信号３０
−１〜３０−ｎの関係を図８に示す。ｍ番目の光信号の
中心波長λｍの位置によって、透過光の強度変調深度が
変化するが、中心波長λｍが合分波器１５の最大透過点
にある場合には、強度変調深度が最も小さくなる。ま
た、中心波長が波長軸上で最大透過点の左右どちらかに
存在するかを検知するためには、透過光３４と変調信号
３６−１〜３６−ｎとの位相の関係、即ち、同相が逆相
かを判別すればよい。従って、合分波器１５の透過特性
を利用して、透過光の強度振幅が最小となるように制御
を行えば、複数の送信光の波長を最も合波損失が小さい
理想的な波長に一括して安定化することができる。な
お、カップラ２５で取り出された光信号の一部を合分波
器１５と同等の特性を有する合分波器に入力して分波器
として用い、各波長別の光出力ポートの位置と出力強度
を検出すれば、各レーザの発振波長が所望の波長である
か否かの確認が行える。また、周波数ｆ 1〜ｆnの変調は
光中継器において各波長の信号検出に用いることができ
る。即ち、半導体レーザに周波数変調をかけると強度変
調も同時にかかる。そこで、光中継器では信号の一部を
光検出器で光電変換し、その電気信号を周波数分析して
ｆ 1〜ｆnの信号成分を検出する。各成分が所定の強度を
有している場合は、各信号が着信していると判断でき
る。もちろん、前述のように、分波器を用いて各波長を
確認してもよい。 【００１０】次に図１の合分波器を伝送距離の長距離化
に応用した例を図９に示す。長距離の波長多重光通信に
おいては、ファイバ伝送中に被る光損失を補償するため
に光ファイバ増幅器を多段に接続するが、各段の光ファ
イバ増幅器から発生する自然放出光雑音が累積されるた
め、伝送路中で自然放出光の除去が必要となる。自然放
出光は、信号光と自然放出光によるビート雑音、自然放
出光どうしのビート雑音、自然放出光のショット雑音と
いう形で雑音となり、信号光のショット雑音に加わって
システムに影響を与える。伝送路である光ファイバ２０
での光損失を補うため、光ファイバ増幅器１８を一定間
隔で伝送路中に設置する必要がある（図５）。光ファイ
バ増幅器で発生する雑音は自然放出光であり、広い帯域
幅を有する。また、各光増幅段で発生する自然放出光が
相互作用し、見かけ上増幅器の利得帯域幅を縮小させて
しまう。波長多重を行わない光通信システムにおいて
は、誘電体多層膜フィルタなどの狭帯域フィルタの透過
中心波長を光信号の中心波長に合わせ、信号帯域外の自
然放出光による雑音を削除する方法がとられる。波長多
重光通信においても、伝送距離が数千ｋｍを超えるよう
な場合には、光ファイバ増幅器による雑音が大量に累積
されるため、波長に対し周期性のあるフィルタを用い
て、自然放出光による雑音の除去を行う必要がある。図
９では、特性が同等な２つの合分波器１５−ａ，ｂを伝
送路中に挿入して、光信号を分波させたのち直ちに合波
させることによって、各波長の光信号に対しフィルタリ
ングを行っている。この際、２段の合分波器の各波長の
光信号に対する透過帯域幅は１段の合分波器に比較して
狭くなるので、合分波器２段の合成の透過帯域幅が必要
以上に狭まらないように合分波器１５の設計を行う必要
がある。ところで、波長多重光通信に利用できる周期性
フィルタとしては、ファブリ・ペロ共振器やマッハツェ
ンダ干渉器が挙げられる。ファブリペロ共振器の場合
は、共振器内に光信号を光学的にため込むため、光信号
の一部に時間的遅延を与える。従って、光信号が高速で
ある場合には、共振器光信号をため込む割合（Ｑ値）を
小さくする等の方法によって時間遅延の影響を回避する
必要がある。マッハツェンダ干渉器の場合には、その波
長−透過特性が正弦波状であるため、自然放出光の除去
は半分程度となる。従って、同一合分波器を２段用いる
方法やファブリペロ共振器を用いる方法に比較すると除
去効率は大きくないが、透過帯域幅が比較的広くとれ
る。 【００１１】光ファイバ増幅器１８の利得の波長依存性
を補償するための光合分波器１５の応用例に関するもの
を図１０に示す。光ファイバ増幅器を多段接続すると、
波長に対する利得値に大きな差異が生ずる。そのため、
伝送路中に利得を調整するデバイスが必要となる。そこ
で、合分波器１５−ａと１５−ｂからなる自然放出光に
よる雑音低減のためのデバイスにおいて、各波長のチャ
ンネル信号伝送用のファイバ中に減衰器３７−１〜３７
−ｎを設け、受信側で各波長信号光の強度が等しくなる
ように各減衰器３７−１〜３７−ｎの減衰率を決定する
と良い。多段光ファイバ増幅器の利得特性は時間的に大
きく変動するものではないが、システムの長期安定化を
考慮すると、各減衰器３７の減衰率が可変であることが
望まれる。具体例としては、図１１に示すような熱光学
効果を利用したマッハツェンダ干渉器３９を用い、各波
長の信号光強度の一部４０をモニタして、適宜減衰率を
決定するように制御を行えば良い。この図１１におい
て、３８−１は光路長可変用ヒータ、３８−２はヒータ
ドライブ回路、３８−３は干渉器コントローラ、３８−
４は増幅器、３８−５はモニタ用ＰＤ、３８−６は制御
信号である。 【００１２】この図１２は、合分波器１５を用いて、フ
ァイバの波長分散性を補正する分散補償光回路が示され
ている。一般に、長距離の光ファイバ中を伝搬した光信
号は、ファイバの波長分散によりパルス幅が変化し、伝
送距離に限界を与えるため、長距離通信を行うためには
分散の補償を行う必要がある。また、ファイバ入力の全
光強度が大きい場合には、カー効果と呼ばれる光非線形
効果により自己位相変調現象がおこり、信号光のスペク
トル分布を変化させる。光ファイバの信号光波長に対す
る分散値が０でなく、かつファイバが千ｋｍを超えるよ
うな長尺なものの場合には、自己位相変調によるスペク
トル変化が波長分散を通じて信号波形に歪を与え、受信
側での信号検出に多大な悪影響を与える。分散値は、光
信号の波長によって異なる値を有する。そのため、波長
多重光通信においては、各波長の光信号毎に異なる分散
補償を行う必要がある。図１２での例では、各チャンネ
ル波長に対する分散値と逆符号の分散を与えるファイバ
４１を接続しており、各波長毎に適宜分散値の異なる逆
分散ファイバ４１−１〜４１−ｎを用いて、分散補償を
行っている。なお、各信号光の分散による波形の広がり
が小さく、なおかつ波長多重光の全強度が大きい場合に
は、ファイバ中で非線形光学効果の１種である４波混合
という非線形現象により雑音光が発生することが知られ
ており、該雑音光の波長が信号光の波長に近い場合に
は、信号のＳＮ比を低下させる。従って、分散補償回路
を伝送路の中間に挿入する場合には、光ファイバ増幅器
の出力が過多とならぬように留意するか、光信号の波長
間隔を不等にする等の手段をとるべきである。波長間隔
を不等にする場合には、当然導波路アレー素子の導波路
間隔も不等になるように設計することになる。以上のよ
うに、特性が同等の２つの合分波器を用いることによっ
て、伝送距離の拡大を図ることが可能となる。 【００１３】本発明の一つの実施例を図１３に示す。こ
の図は、２つの同等の光学特性を有する合分波器１５−
ａ，ｂと２×２光スイッチ４２による構成によるもので
ある。各光スイッチ４２−１〜４２−ｎの切り替えによ
り、所望のチャンネル信号の取り出しと信号の送り出し
が行え、なおかつ、不要なチャンネル信号はそのまま通
過させうる（ＡＤＤ−ＤＲＯＰ機能）。図１３の様な構
成を伝送路中に幾つか配設すれば、情報の分配、収集を
各地域毎に行える。 【００１４】以上の図９,図１０,図１２，図１３は、全
て、もしくは一部を組み合わせて実施できる。即ち、２
つの合分波器の間に減衰器、逆分散ファイバ、２×２光
スイッチなど必要な素子を直列に接続して実現できる。
なお、これらの合分波器や光デバイスは、伝送路中のど
こに挿入してもよいが、ＳＮ比の点では光増幅器の直後
に設置するのがよい。 【００１５】 【発明の効果】本発明によれば情報の分配、収集を各地
域毎に行える光合分波装置を提供するものである。
る光合分波装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】光合分波器は、波長の異なる光信号を１
本の光ファイバに重合し、かつ、１本の光ファイバに波
長多重された光信号から各波長毎に光信号を分けるデバ
イスとして有効であり、波長多重光通信による大容量情
報伝送において、重要なデバイスである。高密度の波長
多重通信においては、合分波器には高い分解能を有する
合分波特性が不可欠である。特に、光増幅器を用いて波
長多重を行う場合に、光増幅器の限られた帯域内に多く
の波長を設けるためには、一層その分解能を高める必要
がある。従来のデバイスの中で、有望なものとしては、
波長多重光信号を回析格子に入射し、波長に応じた角度
で回析された各光信号をレンズ等に透過させることによ
って、波長の分散を位置の分散に変換する形式の合分波
器である。図１４に示す様な反射型回析格子４５とレン
ズ４６とチタン拡散型ニオブ酸リチウム導波路アレー４
７からなるリトロー型合分波器４９はその一例である。
導波路アレー４７の内の第１の導波路から出射された波
長多重光はレンズ４６によって平行化され、回析格子４
５に入射し、光信号の波長に応じた回析の方向に回析さ
れる。合分波器４９の分解能は回析格子４５のピッチと
レンズ４６の焦点距離と導波路アレー素子４７の導波路
間隔によって決まる。しかし、従来のチタン拡散型ニオ
ブ酸リチウム導波路アレー素子を用いた合分波器では、
分解能を２ｎｍより高くすることが出来なかった。この
ため、波長多重数が多くとれないという問題があった。
一方、波長多重の密度を高めると、光源の発振波長の安
定化が必要になるが、従来の波長安定化技術はファブリ
ペロ共振器のくし状の共振波長に安定化するものであっ
た。この場合、装置が大がかりになると同時に、安定化
した波長と光合分波器の透過波長が必ずしも一致しない
という問題があった。さらに、光増幅器を用いて長距離
伝送する場合は、光増幅器の雑音や利得のばらつきによ
り伝送距離が制限される問題があった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、情報の分
配、収集を各地域毎に行える光合分波装置を提供するこ
とを目的とするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明の光合分波装置で
は、複数の光増幅器を光中継器として用いた長距離伝送
を行う波長多重光通信用の光合分波装置であって、波長
多重の伝送路中に第１の光合分波器を挿入して各波長毎
に分波し、光スイッチを挿入した後、第２の光合分波器
により合波して伝送路に接続し、前記スイッチの切り替
えにより前記分波した波長の中の所望の信号を取り出し
又は送り出すことを特徴とするものである。 【０００５】 【実施例】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。 【０００６】図１は本発明の光合分波装置に用いられる
光合分波器の一例を説明する為の概略図である。図１に
おいて、１は回析格子、２は光学レンズ、３は導波路間
隔が狭い導波路アレー、４はファイバアレーを示してい
る。波長多重光を入力ファイバ５ａに入射させると、上
述した作用で説明したようにレンズ２によって平行化さ
れた波長多重光６は回析格子１によって、各波長に応じ
た回析角度で回析され、レンズ２の作用によって、波長
毎に異なるファイバ５ｂ（５ｂ−１〜５ｂ−ｎ）に結合
し、分波器としての機能を果たす。また、先の入力ポー
トであるファイバ５ａを出力ポートとみなし、かつ、先
の各出力ポート５ｂを各波長の光信号に対する入力ポー
トとみなせば、合波器としての機能が果たされることが
容易に理解できる。本発明に用いる導波路アレー３の製
作方法を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。まず、シリコン基
板７上に火炎堆積法により石英からなる第１のクラッド
層８を形成する（ａ）。次に、ＴｉＯ2やＧｅＯなどを
ドープした石英からなる光導波層９を同様の方法により
堆積する（ｂ）。その後、導波路パターンを用いてフォ
トリソグラフィと反応性イオンエッチングを行って光導
波路９ａを形成するとともに、各導波路間部分に相当す
るところの第１のクラッド層８を深めに掘り込んでおく
（ｃ）。その後、第２のクラッド層１１を薄く堆積する
（ｄ）ことにより導波路アレーが形成される。導波路間
部分に空間が作られるため、導波路間での光結合を防止
できる。合分波された光信号を導波する導波路９ａの間
隔は、回析光の結合面から、各導波路の間隔は曲げによ
る光損失が十分無視できる程度に徐々に広げ、回析光入
力面１２と向かい合うファイバ接合面１３において、シ
ングルモードファイバアレー４との接合が容易になるよ
うに、各導波路間隔を離しておく（図１）。モードフィ
ールド径１０μｍのシングルモードファイバと導波路の
モードフィールド径を一致させることにより結合効率が
改善でき、導波路の厚さと幅は８μｍ程度に設定するの
がよい。また、光導波層を高屈折率層とすると、導波路
の厚さや幅を５〜６μｍ程度に縮小でき、光の導波層へ
の閉じこめ係数を大きくできるので、導波路のモードフ
ィールド径は小さくなり、回析光入力面側での導波路間
隔を１０μｍ程度にまで縮めることができる。この場合
には、ファイバとの光結合のために、ファイバアレーと
の結合面近傍で導波路９ａのコアを拡大し、ファイバー
のモードフィールド径と一致させればよい。 【０００７】本発明に用いる導波路アレーの第２の作製
方法を図３（ａ）〜（ｄ）に示す。図２の方法と同様
に、火炎堆積法とエッチングにより、シリコン基板７上
に第１のクラッド層８と光導波層９が形成させた後、導
波路との導波路の間の部分のクラッド層が十分薄くなる
ようにクラッド層を堆積することによって、光結合を防
止できる。また、イオン交換法によって、導波路９ａを
製作することもできる。また、光導波路９ａを製作し、
導波路間をエッチングすることにより導波路アレーを製
作することも可能である。例えば、ガラス基板にフォト
リソグラフィによりＴｉマスクを形成し、この基板を加
熱したＫＮＯ3などの硝酸塩中に浸す。そして、Ｋ+がガ
ラス中に拡散し、屈折率を上昇させ、光導波路が形成さ
れる。このようにして製作した光導波路の導波路間を反
応性イオンエッチングで掘り込み、導波路アレー素子を
製作できる。ところで、図２または、図３の導波路アレ
ーにおいて、導波路間隔をさらに狭めたい場合には、図
４（ａ）（ｂ）のごとく光を吸収、あるいは反射する層
１４を付加することにより、光結合を確実に阻止するこ
とができる。例えば、吸収する層は、ＩｎＧａＡｓ，Ｉ
ｎＡｓＰ，ＡｌＩｎＳｂなどをスパッタ装置で導波路ア
レーに蒸着する等の方法により形成される。 【０００８】次に、図１の合分波器１５（１５ａ，１５
ｂ）を波長多重光通信システムに組み込んだ一例を図５
を用いて説明する。光送信器２１（２１−１〜２１−
ｎ）からの種々の波長（λ1〜λn）を、光合分波器１５
ａを介して光ファイバ増幅器１８（１８−１〜１８−
ｎ）で増幅し、受信側の光合分波器１５ｂを介して光受
信器２２（２２−１〜２２−ｎ）で受信する構成図であ
る。尚、２０は光ファイバである。また、図６には、合
分波器１５の特性１６−１〜１６−ｎと波長多重された
各信号のスペクトル１７−１〜１７−ｎと光ファイバア
ンプ１８（１８ａ〜１８ｃ）の実用利得帯域１９の関係
を示す。信号のスペクトル幅１７−１〜１７−ｎは、信
号を生成するための変調方式や変調速度に大きく依存
し、その中心波長の揺らぎは、光源に用いるレーザに関
して固有な発振特性によって主に決定される。そこで、
各チャンネルの信号スペクトルの幅に比較して、各チャ
ンネル信号に対応した合分波器１５の透過帯域幅が広
く、各信号の中心波長の揺らぎに対し、十分余裕がある
ものとする。また、波長多重の高密度化のためには、各
チャンネルの波長間隔を狭化できるように、合分波器１
５の透過帯域外の各領域において、波長に対する透過特
性の勾配は急峻であるようにする。さらに、各チャンネ
ル信号の波長λ1〜λnは、光ファイバ増幅器１８の実用
利得帯域１９内に存在することが必要である。以上の各
デバイスによって合分波器１５に与えられる条件は、図
２〜図４の導波路アレーを用い、他の機構部品を適宜選
択した合分波器１５によって、満足させられる。したが
って、実施例１に基づく合分波器１５をシステムに組み
込むことによって、チャンネル当たりの伝送速度が速い
場合には、１本の光ファイバに大容量の情報を伝送する
ことができる。また、光ファイバアレーのかわりに、半
導体レーザアレーやフォトダイオードアレーを配設して
もよい。前者の場合には、１台の波長多重光源として、
また後者の場合には、各波長光の監視を行うモニタ用の
デバイスとしても利用できる。 【０００９】次に、図１の合分波器１５（１５ａ，１５
ｂ）を波長多重光通信システムに組み込んだ一例を図７
に示す。合分波器１５の光学特性１６を利用して送信光
源の波長の安定化を図るものである。送信光源である半
導体レーザ２３−１〜２３−ｎの注入電流に異なる発振
周波数ｆ1〜ｆnを有する発振器３３−１〜３３−ｎを用
いて弱い変調を掛けることによって、送信光２４−１〜
２４−ｎに変調指数が小さい周波数変調をかけておく。
周波数ｆ1〜ｆnは伝送には用いない数ＫＨｚから数十Ｋ
Ｈｚの値に設定すればよい。合分波器１５で合波された
波長多重光６の１部はカップラ２５で取り出され、光検
出器２６で光電変換され増幅器２７で増幅される。波長
安定化ループの安定性を向上させるためには、ループ帯
域内の低周波成分を除去するとよい。また、信号のＳＮ
比を改善するためにも不要な信号を除去しておく必要が
ある。これらのことから、ｆ1〜ｆnのみを透過するバン
ドパスフィルタ群３５を設ける。出力された電気信号２
８は同期検波器２９−１〜２９−ｎによって変調信号３
０−１〜３０−ｎと同期検波され、その出力３１−１〜
３１−ｎが半導体レーザ２３−１〜２３−ｎのドライバ
ー回路３２−１〜３２−ｎに帰還される。合分波器１５
の透過特性１６−１〜１６−ｎと光周波数変調信号３０
−１〜３０−ｎの関係を図８に示す。ｍ番目の光信号の
中心波長λｍの位置によって、透過光の強度変調深度が
変化するが、中心波長λｍが合分波器１５の最大透過点
にある場合には、強度変調深度が最も小さくなる。ま
た、中心波長が波長軸上で最大透過点の左右どちらかに
存在するかを検知するためには、透過光３４と変調信号
３６−１〜３６−ｎとの位相の関係、即ち、同相が逆相
かを判別すればよい。従って、合分波器１５の透過特性
を利用して、透過光の強度振幅が最小となるように制御
を行えば、複数の送信光の波長を最も合波損失が小さい
理想的な波長に一括して安定化することができる。な
お、カップラ２５で取り出された光信号の一部を合分波
器１５と同等の特性を有する合分波器に入力して分波器
として用い、各波長別の光出力ポートの位置と出力強度
を検出すれば、各レーザの発振波長が所望の波長である
か否かの確認が行える。また、周波数ｆ 1〜ｆnの変調は
光中継器において各波長の信号検出に用いることができ
る。即ち、半導体レーザに周波数変調をかけると強度変
調も同時にかかる。そこで、光中継器では信号の一部を
光検出器で光電変換し、その電気信号を周波数分析して
ｆ 1〜ｆnの信号成分を検出する。各成分が所定の強度を
有している場合は、各信号が着信していると判断でき
る。もちろん、前述のように、分波器を用いて各波長を
確認してもよい。 【００１０】次に図１の合分波器を伝送距離の長距離化
に応用した例を図９に示す。長距離の波長多重光通信に
おいては、ファイバ伝送中に被る光損失を補償するため
に光ファイバ増幅器を多段に接続するが、各段の光ファ
イバ増幅器から発生する自然放出光雑音が累積されるた
め、伝送路中で自然放出光の除去が必要となる。自然放
出光は、信号光と自然放出光によるビート雑音、自然放
出光どうしのビート雑音、自然放出光のショット雑音と
いう形で雑音となり、信号光のショット雑音に加わって
システムに影響を与える。伝送路である光ファイバ２０
での光損失を補うため、光ファイバ増幅器１８を一定間
隔で伝送路中に設置する必要がある（図５）。光ファイ
バ増幅器で発生する雑音は自然放出光であり、広い帯域
幅を有する。また、各光増幅段で発生する自然放出光が
相互作用し、見かけ上増幅器の利得帯域幅を縮小させて
しまう。波長多重を行わない光通信システムにおいて
は、誘電体多層膜フィルタなどの狭帯域フィルタの透過
中心波長を光信号の中心波長に合わせ、信号帯域外の自
然放出光による雑音を削除する方法がとられる。波長多
重光通信においても、伝送距離が数千ｋｍを超えるよう
な場合には、光ファイバ増幅器による雑音が大量に累積
されるため、波長に対し周期性のあるフィルタを用い
て、自然放出光による雑音の除去を行う必要がある。図
９では、特性が同等な２つの合分波器１５−ａ，ｂを伝
送路中に挿入して、光信号を分波させたのち直ちに合波
させることによって、各波長の光信号に対しフィルタリ
ングを行っている。この際、２段の合分波器の各波長の
光信号に対する透過帯域幅は１段の合分波器に比較して
狭くなるので、合分波器２段の合成の透過帯域幅が必要
以上に狭まらないように合分波器１５の設計を行う必要
がある。ところで、波長多重光通信に利用できる周期性
フィルタとしては、ファブリ・ペロ共振器やマッハツェ
ンダ干渉器が挙げられる。ファブリペロ共振器の場合
は、共振器内に光信号を光学的にため込むため、光信号
の一部に時間的遅延を与える。従って、光信号が高速で
ある場合には、共振器光信号をため込む割合（Ｑ値）を
小さくする等の方法によって時間遅延の影響を回避する
必要がある。マッハツェンダ干渉器の場合には、その波
長−透過特性が正弦波状であるため、自然放出光の除去
は半分程度となる。従って、同一合分波器を２段用いる
方法やファブリペロ共振器を用いる方法に比較すると除
去効率は大きくないが、透過帯域幅が比較的広くとれ
る。 【００１１】光ファイバ増幅器１８の利得の波長依存性
を補償するための光合分波器１５の応用例に関するもの
を図１０に示す。光ファイバ増幅器を多段接続すると、
波長に対する利得値に大きな差異が生ずる。そのため、
伝送路中に利得を調整するデバイスが必要となる。そこ
で、合分波器１５−ａと１５−ｂからなる自然放出光に
よる雑音低減のためのデバイスにおいて、各波長のチャ
ンネル信号伝送用のファイバ中に減衰器３７−１〜３７
−ｎを設け、受信側で各波長信号光の強度が等しくなる
ように各減衰器３７−１〜３７−ｎの減衰率を決定する
と良い。多段光ファイバ増幅器の利得特性は時間的に大
きく変動するものではないが、システムの長期安定化を
考慮すると、各減衰器３７の減衰率が可変であることが
望まれる。具体例としては、図１１に示すような熱光学
効果を利用したマッハツェンダ干渉器３９を用い、各波
長の信号光強度の一部４０をモニタして、適宜減衰率を
決定するように制御を行えば良い。この図１１におい
て、３８−１は光路長可変用ヒータ、３８−２はヒータ
ドライブ回路、３８−３は干渉器コントローラ、３８−
４は増幅器、３８−５はモニタ用ＰＤ、３８−６は制御
信号である。 【００１２】この図１２は、合分波器１５を用いて、フ
ァイバの波長分散性を補正する分散補償光回路が示され
ている。一般に、長距離の光ファイバ中を伝搬した光信
号は、ファイバの波長分散によりパルス幅が変化し、伝
送距離に限界を与えるため、長距離通信を行うためには
分散の補償を行う必要がある。また、ファイバ入力の全
光強度が大きい場合には、カー効果と呼ばれる光非線形
効果により自己位相変調現象がおこり、信号光のスペク
トル分布を変化させる。光ファイバの信号光波長に対す
る分散値が０でなく、かつファイバが千ｋｍを超えるよ
うな長尺なものの場合には、自己位相変調によるスペク
トル変化が波長分散を通じて信号波形に歪を与え、受信
側での信号検出に多大な悪影響を与える。分散値は、光
信号の波長によって異なる値を有する。そのため、波長
多重光通信においては、各波長の光信号毎に異なる分散
補償を行う必要がある。図１２での例では、各チャンネ
ル波長に対する分散値と逆符号の分散を与えるファイバ
４１を接続しており、各波長毎に適宜分散値の異なる逆
分散ファイバ４１−１〜４１−ｎを用いて、分散補償を
行っている。なお、各信号光の分散による波形の広がり
が小さく、なおかつ波長多重光の全強度が大きい場合に
は、ファイバ中で非線形光学効果の１種である４波混合
という非線形現象により雑音光が発生することが知られ
ており、該雑音光の波長が信号光の波長に近い場合に
は、信号のＳＮ比を低下させる。従って、分散補償回路
を伝送路の中間に挿入する場合には、光ファイバ増幅器
の出力が過多とならぬように留意するか、光信号の波長
間隔を不等にする等の手段をとるべきである。波長間隔
を不等にする場合には、当然導波路アレー素子の導波路
間隔も不等になるように設計することになる。以上のよ
うに、特性が同等の２つの合分波器を用いることによっ
て、伝送距離の拡大を図ることが可能となる。 【００１３】本発明の一つの実施例を図１３に示す。こ
の図は、２つの同等の光学特性を有する合分波器１５−
ａ，ｂと２×２光スイッチ４２による構成によるもので
ある。各光スイッチ４２−１〜４２−ｎの切り替えによ
り、所望のチャンネル信号の取り出しと信号の送り出し
が行え、なおかつ、不要なチャンネル信号はそのまま通
過させうる（ＡＤＤ−ＤＲＯＰ機能）。図１３の様な構
成を伝送路中に幾つか配設すれば、情報の分配、収集を
各地域毎に行える。 【００１４】以上の図９,図１０,図１２，図１３は、全
て、もしくは一部を組み合わせて実施できる。即ち、２
つの合分波器の間に減衰器、逆分散ファイバ、２×２光
スイッチなど必要な素子を直列に接続して実現できる。
なお、これらの合分波器や光デバイスは、伝送路中のど
こに挿入してもよいが、ＳＮ比の点では光増幅器の直後
に設置するのがよい。 【００１５】 【発明の効果】本発明によれば情報の分配、収集を各地
域毎に行える光合分波装置を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係わる合分波器の一例を示
す図。 【図２】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図３】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図４】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図５】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図６】 図１の合分波器を使用した例を説明する図。 【図７】 図１の合分波器を使用した示す図。 【図８】 図１の合分波器を使用した示す図。 【図９】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１０】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１１】 図１の合分波器を使用した例を説明する
図。 【図１２】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１３】 本発明の一実施例を示す図。 【図１４】 従来の光合分波器を示す図。 【符号の説明】 １ 反射型ブレーズド回析格子 ２ 光学レンズ ３ 導波路アレー（３−ｃ，ｄ吸収または反射層を付加
した導波路アレー素子） ４ 光ファイバアレー ５ 光入出力ポート ６ 波長多重光 ７ シリコン基板 ８ 第一のクラッド層 ９ 光導波層 ９ａ 光導波路 １１ 第２のクラッド層 １２ 回析光入力面 １３ ファイバ接合面 １４ 光吸収・反射層 １５ 光合分波器 １６ 合分波器の透過特性（透過帯域） １７ 信号スペクトル幅 １８ 光ファイバ増幅器 １９ 光ファイバ増幅器の実用利得帯域幅 ２０ 光ファイバ ２１ 光送信器 ２２ 光受信器 ２３ 半導体レーザ ２４ 送信光 ２５ 光カップラ ２６ 光検出器 ２７ 増幅器 ２８ 外部変調器 ２９ 同期検波器 ３０ 変調信号 ３１ 同期検波出力 ３２ レーザドライバ回路 ３３ 発振器 ３４ 合分波器透過光 ３５ バンドパスフィルタ群 ３６ 周波数変調光信号 ３７ 光可変減衰器 ３８−１ 光路長可変用ヒータ ３８−２ ヒータドライブ回路 ３８−３ 干渉器コントローラ ３８−４ 増幅器 ３８−５ モニタ用ＰＤ ３８−６ 制御信号 ３９ マッハツェンダ干渉器 ４０ モニタ光 ４１ 逆分散ファイバ ４２ ２×２光スイッチ ４３ 光送信器 ４４ 光受信器 ４５ 回折格子 ４６ レンズ ４７ チタン拡散型導波路アレー素子 ４８ 光ファイバアレー
す図。 【図２】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図３】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図４】 図１の合分波器に要する導波路素子の製法を
説明する図。 【図５】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図６】 図１の合分波器を使用した例を説明する図。 【図７】 図１の合分波器を使用した示す図。 【図８】 図１の合分波器を使用した示す図。 【図９】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１０】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１１】 図１の合分波器を使用した例を説明する
図。 【図１２】 図１の合分波器を使用した例を示す図。 【図１３】 本発明の一実施例を示す図。 【図１４】 従来の光合分波器を示す図。 【符号の説明】 １ 反射型ブレーズド回析格子 ２ 光学レンズ ３ 導波路アレー（３−ｃ，ｄ吸収または反射層を付加
した導波路アレー素子） ４ 光ファイバアレー ５ 光入出力ポート ６ 波長多重光 ７ シリコン基板 ８ 第一のクラッド層 ９ 光導波層 ９ａ 光導波路 １１ 第２のクラッド層 １２ 回析光入力面 １３ ファイバ接合面 １４ 光吸収・反射層 １５ 光合分波器 １６ 合分波器の透過特性（透過帯域） １７ 信号スペクトル幅 １８ 光ファイバ増幅器 １９ 光ファイバ増幅器の実用利得帯域幅 ２０ 光ファイバ ２１ 光送信器 ２２ 光受信器 ２３ 半導体レーザ ２４ 送信光 ２５ 光カップラ ２６ 光検出器 ２７ 増幅器 ２８ 外部変調器 ２９ 同期検波器 ３０ 変調信号 ３１ 同期検波出力 ３２ レーザドライバ回路 ３３ 発振器 ３４ 合分波器透過光 ３５ バンドパスフィルタ群 ３６ 周波数変調光信号 ３７ 光可変減衰器 ３８−１ 光路長可変用ヒータ ３８−２ ヒータドライブ回路 ３８−３ 干渉器コントローラ ３８−４ 増幅器 ３８−５ モニタ用ＰＤ ３８−６ 制御信号 ３９ マッハツェンダ干渉器 ４０ モニタ光 ４１ 逆分散ファイバ ４２ ２×２光スイッチ ４３ 光送信器 ４４ 光受信器 ４５ 回折格子 ４６ レンズ ４７ チタン拡散型導波路アレー素子 ４８ 光ファイバアレー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の光増幅器を光中継器として用いた
長距離伝送を行う波長多重光通信用の光合分波装置であ
って、波長多重の伝送路中に第１の光合分波器を挿入し
て各波長毎に分波し、光スイッチを挿入した後、第２の
光合分波器により合波して伝送路に接続し、前記スイッ
チの切り替えにより前記分波した波長の中の所望の信号
を取り出し又は送り出すことを特徴とした光合分波装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002214750A JP2003057486A (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 光合分波装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002214750A JP2003057486A (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 光合分波装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5224116A Division JPH0777627A (ja) | 1993-09-09 | 1993-09-09 | 光合分波器および光合分波装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003057486A true JP2003057486A (ja) | 2003-02-26 |
Family
ID=19195960
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002214750A Pending JP2003057486A (ja) | 2002-07-24 | 2002-07-24 | 光合分波装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003057486A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005070193A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Fuji Xerox Co Ltd | ピッチ変換導波路アレイ |
| JP2018200959A (ja) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 三菱電機株式会社 | 波長多重光送信モジュール |
-
2002
- 2002-07-24 JP JP2002214750A patent/JP2003057486A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005070193A (ja) * | 2003-08-21 | 2005-03-17 | Fuji Xerox Co Ltd | ピッチ変換導波路アレイ |
| JP2018200959A (ja) * | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 三菱電機株式会社 | 波長多重光送信モジュール |
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