JP2003506988A - 光ファイバーに適用するための動的スペクトル整形 - Google Patents

光ファイバーに適用するための動的スペクトル整形

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エイシフ エイ ゴディル
デイヴィッド エム ブルーム
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Abstract

(57)【要約】 本発明は動的スペクトル整形を目的としている。格子を利用して、スペクトル帯域がMEMS配列または他の好適な装置配列に亘って拡散される。装置は、ブルーム（Bloom）らが発明した（米国特許第5,311,360号）変形自在な格子変調装置であってもよいが、他の好適な装置でもよい。本発明はまた、ファイバーの入出力の結合部を有しており、更に、光偏向を利用して、回折効率がより高くなる唯一の偏光で格子を利用することを確実とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバーの各応用例について高分解能でダイナミックにスペク
トル反応を整形すること関するものである。特に、本発明は、WDMネットワーク
で使用されるエルビウムでドーピングしたファイバー増幅装置（EDFA）について
のダイナミックゲインまたはチャネル等化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
EDFAゲインはEDFAスペクトル帯域に亘って極めて非均一である。それ故に、利
得の平坦化はEDFA設計と作業の重要な部分である。目下、これは、薄膜フィルタ
ー技術に基づく、或いはもっと近年では、ファイバーブラッグ格子に基づくスタ
ティックゲインの平坦化フィルタを利用して達成されている。ダイナミックアス
ペクトは、EDFAの２つの段階間の可変光減衰装置を利用することによりカバーさ
れている。 しかし、先行技術のこのアプローチは、多くのEDFAおよび多くの構成要素をカ
スケード構成にすることで適切なスペクトル平坦性を確保することができない非
常に長いリンクには不適切である。それに加えて、動的に再編成されたネットワ
ークについては、静的アプローチは不適切である。それ故に、ネットワークの多
様な点でスペクトル反応を動的に整形し、終端間の適切なスペクトル平坦性を維
持することが必要となる。これを達成するための装置が、ビー・ワイ・キム（B.
Y. Kim）ほかにより、露出ファイバーの長さに沿った音響撓曲波の励起作用に
基づいて発明されている。しかし、このアプローチは限定的なスペクトル制御を
許容するにすぎず、露出ファイバーは衝撃や振動の影響を受ける。ルーセントレ
ベルで行われる作業は、格子の後にMARS（メカニカル反射防止スイッチ）マイク
ロメカニカル変調装置の配列が続く構成を利用して、空間における波長の拡散作
用を基本としている。このアプローチは、MARS装置の製造上の難点や性能上の制
限により制約を受ける。
【０００３】
【発明が解決するべき課題】
従って、動的スペクトル整形の簡単であるが強力な手段が必要となる。理想的
なシステムは、低い挿入損、高精度スペクトル分解能、広いダイナミックレンジ
、低い偏光依存損（PDL）、および、簡単制御を具備しているべきである。
【０００４】 本発明の目的は、通信システムにおいて制御可能な伝達を行うことである。 本発明の別な目的は、通信システムにおける制御可能な伝達を波長の関数とし
て行うことである。 本発明のまた別な目的は、EDFAの波長依存利得について制御可能かつ動的な補
償を行うことである。
【０００５】
【発明の構成】
本発明の上述の目的および他の目的は、入力ビームを供与する光ファイバー入
力ポートを備えている、波長の関数として制御可能な伝達を行う動的スペクトル
整形装置において達成される。波長分散素子は入力ポートに連結される。波長分
散素子は入力ビームを少なくとも１次元で波長の関数として拡散させ、分散ビー
ムを生成する。制御可能な格子は分散ビームを波長分散素子に向けて反射させ、
再結合ビームを生成する。制御可能な格子は波長の関数として制御可能な反射率
を与える。光ファイバーの出力ポートは再結合ビームを受光するような位置に設
置される。
【０００６】 本発明の別な実施形態では、光システムは、少なくとも１段の増幅装置を備え
たEDFAシステムを備えている。スペクトル整形装置はEDFAシステムに接続される
。スペクトル整形装置は、入力ビームを供与する光ファイバー入力ポートを備え
ている。波長分散素子は入力ポートに連結される。波長分散素子は入力ビームを
少なくとも１次元で波長の関数として拡散させ、分散ビームを生成する。制御可
能な格子は波長分散素子に向けて分散ビームを反射させ、再結合ビームを生成す
る。制御可能な格子は、波長の関数として制御可能な反射率を与える。光ファイ
バーの出力ポートは再結合ビームを受光するような位置に設置される。光システ
ムは所望の制御可能な波長平坦性を供与する。
【０００７】 本発明のまた別な実施形態では、光システムは、入力ビームを供与する光ファ
イバー入力ポートと、入力ポートに連結された波長分散素子とを備えている。波
長分散素子は入力ビームを少なくとも１次元で波長の関数として拡散させ、分散
ビームを生成する。制御可能な格子は分散ビームを波長分散素子に向けて反射さ
せ、再結合ビームを生成する。制御可能な格子は波長の関数として制御可能な反
応率を与える。光ファイバーの出力ポートは再結合ビームを受光するような位置
に設置される。EDFAは光ファイバーの入力ポートに接続される。光システムは所
望の制御可能な波長平坦性を供与する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、動的スペクトル整形を目的とした本発明の光システム１００の一実施
形態を例示している。光システムは、入力光ファイバー１０５、出力光ファイバ
ー１１５、焦点距離がｆ１である入力コリメーティングレンズ１１０、焦点距離
がｆ２である出力コリメーティングレンズ１２０、入力側のウオークオフ複屈折
板１３０、出力側のウオークオフ複屈折板１３５、半波板１４０、光を回折させ
て焦点距離ｆ２の合焦レンズ１６０に入射させてから装置配列２００に入射させ
る格子１５０から構成されている。
【０００９】 入力光ファイバー１０５からの広帯域光はレンズ１１０によって平行光にされ
るが、このレンズはGRINレンズか視野レンズであってもよいし、その他の好適な
レンズでもよい。平行光はYVO4、カルサイト、または、LiNbO3のようなウオーク
オフ複屈折板１３０を通過する。通常の偏光は真直ぐ進むが、異常偏光は或る量
だけ下方向に変位され、この量は、適切に設計されていれば、ビームサイズより
も大きくなる筈である。半波板（HWP)１４０を利用して、変位ビームのうちの１
つの偏光を回動させ、他の非変位ビームと同じにする。ここで双方のビームが垂
直方向または水平方向のいずれかに偏光される。偏光方向は格子１５０の回折効
率を最大限にするように選択されるが、この場合の格子はホログラフィー格子か
ブレーズ構成の格子であってもよい。２本の互いに平行なビームは、格子からｆ
２の距離だけ離して設置した焦点距離ｆ２の合焦レンズ１６０の上半分に向けて
光を回折させる格子に衝突する。このテレセントリックな使用は合焦ビームを移
動させる際に、波長の関数として装置配列２００を横断させる。この２本の偏光
路は、異なるスペクトル断片をカバーするように分節化された装置配列上で合流
する。装置からの反射光はレンズ１６０の下半分を通過してから、全波長を後退
させて一緒に集める格子に衝突する。偏光は、HWPと、入力複屈折板とは反対に
配向された出力複屈折板１３５とを利用して、再度、結合される。別なコリメー
ションレンズ１２０を利用して、ビームは出力ファイバー１１５へと合焦される
。
【００１０】 装置配列２００は、LCD素子の配列、マイクロミラーまたはカンチレバーのよ
うなMEMS装置配列、光電変調装置の配列、音響光学変調装置の配列、または、ど
のような光制御装置配列であってもよい。この好ましい実施形態は、図２（ａ）
および図２（ｂ）に例示されたようなブルーム（Bloom）らによる発明（米国特
許第5,311,360号）の変形自在な格子変調装置の配列を利用することに基づいて
いる。この装置は基板１９８の上方に懸架された幅ｗのリボン１９９から構成さ
れている。リボンの頂面は基板からの高さｄの位置にある。リボンは電気的に互
いに接続され、対ごとを単位として駆動される。各リボン対は１つのスペクトル
断片２０１を制御している。２０１はλ１を制御し、２０２はλ２を制御し、最
終的に２０ｎがλｎを制御するまで連続する。リボン間の空隙もｗである。リボ
ンと空隙とは全て反射層で被覆されているが、この層はアルミニウムまたは金で
あってもよい。所与の波長λにおける動作については、ｄ＝ｍλ／２であり、但
し、ｍは整数である。リボンと空隙から反射される光は同相であり、装置は鏡の
ような外観を呈す。リボンに電圧を印加することにより、静電力がリボンを下方
向に引張り始め、光が回折し始める。λ／４の最大偏向率では、全ての光が回折
消散し、素子が実効上オフとなる。２対のリボン／空隙で、一元モードファイバ
ーには十分な隔絶を提供する。しかし、より多数の対を利用することもできる。
或る波長範囲すなわちλ１からλｎの範囲については、ｄは最長波長λ１に基づ
いて選択され、すなわち、ｄ＝ｍλ１／２である。実際には、ｍ＝３が好適な選
択である。EDFAの応用例については、λ１＝1575nmであり、それ故に、ｄ＝2362
nmである。最短波長素子は、リボンが既に僅かに引っ込んだ状態で始動すること
になる。図１では、焦点距離ｆ１およびｆ２と格子使用との選択によって装置配
列上の絞り寸法が決まるが、この絞り寸法によって今度はリボン幅ｗが決まり、
すなわち、絞り寸法＝４ｗとなる。システムのスペクトル分解能はｆ１およびｆ
２と、格子ピッチと、格子の入射角とによって決まる。分解能は、λ１からλ２
に移行することにより装置配列に亘って絞りを距離ｗだけ移動させるような値に
なるべきである。
【００１１】 光システム３００の代替の実施形態が図３（ａ）および図３（ｂ）に例示され
ており、このシステムは、サーキュレーター１０３を利用して入力ファイバー１
０１に入った光を出力ファイバー１０２から分散させて出すという点を例外とし
て、図１のシステム１００と同一である。 光システム４００のまた別な実施形態が図４（ａ）および図４（ｂ）に例示さ
れている。これもまた、偏光分割が採用されていないという点を除いて、図１に
例示されたシステム１００と類似している。両方の偏光が格子１５０に衝突して
いるので、格子は両方の偏光について高い回折効率を有しているのが望ましい。
回折して格子を出た後、４分の１波板（QWP）１４０を利用して、帰還光路上で
垂直偏光と水平偏光とをフリップ回転させる。これはシステム全体について偏光
依存損（PDL）を低減させ、同時に、装置配列２００がどれほどであれ相当量のP
DLを有していないことを確実にする。装置配列に起因するPDLの最小レベルをそ
こから更に下げる必要がある場合は、ゴディル（Godil）らの発明の（相互参照
を含む）の偏光とは無関係な格子変調装置を素子の配列として構成してここで利
用することもできる。この実施形態の別な変更例は、分散光路を設けずに、入力
側のサーキュレーターを利用して出力ファイバーを出た光を入力側から分散させ
て出すことである。
【００１２】 本発明の別な実施形態は、図５に開示されている。この実施形態では、分散素
子１５０は配列状の導波格子（AWG：Arrayed Waveguide Grating）である。好適
なAWG１５０はカリフォルニア州サンノゼのライトウエーヴ・マイクロシステム
ズ（Lightwave Microsystems）により製造されている。この実施形態では、装置
配列２００は、制御可能で変形自在な格子変調装置であってもよいが、AWG１５
０の分散出力端の極めて近位に設置される。この近位関係は、AWG１５０の導波
路内へと帰還する良好な結合効率を提供するように選択されている。最大距離は
AWG１５０の導波路の寸法で決まる。好ましい実施形態では、この距離は10ミク
ロンまたはそれより短く、突合せ結合される。この組み合わせを利用すると、AW
G１５０は光を入力光ファイバー１０５から分散させ、入力ビームを少なくとも
１次元で、ビームが配列装置２００に衝突する波長の関数として拡散させる。空
間的に分散した光は反射によりAWG１５０内へと帰還し、この格子AWGは後に光を
再結合させて光ファイバ１０５へと送るが、但し、光は逆伝搬方向へ進んで入力
側に至る。出力光はサーキュレーター１０３により抽出される。他の実施形態は
別個の出力ポートを備えていることもあり、その場合はサーキュレーターを必要
としない。
【００１３】 本発明の上述の記載事項は例示と説明を目的として提示されている。発明を余
すところなく網羅すること、或いは、発明を開示どおりの厳密な様式に限定する
ことは意図していない。明らかに、多くの修正例と変形例が当業者には自明であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１（ａ）は動的スペクトル整形のために利用された本発明の光システムの一
実施形態の概略頂面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の光システムの概略側面
図である。
【図２】 図２（ａ）は本発明の一実施形態で利用されている変形自在な格子と変調装置
の配列の概略頂面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の変形自在な格子と変調装
置の配列の概略側面図である。
【図３】 図３（ａ）は出力光を抽出するためのサーキュレーターを備えている図１（ａ
）の光システムの修正例の概略頂面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のサーキ
ュレーターを備えた光システムの概略側面図である。
【図４】 図４（ａ）はPDLを最小限に抑制するための４分の１波板を備えた図１（ａ）
の光システムの概略頂面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の光システムの概略
側面図である。
【図５】 動的スペクトル整形のために利用されるとともに配列状の導波格子を組み入れ
た、本発明の光システムの一実施形態の概略頂面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／１７１，６８５ (32)優先日 平成11年12月21日(1999．12．21) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／５４８，７８８ (32)優先日 平成12年４月13日(2000．4．13) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／５４９，７８１ (32)優先日 平成12年４月14日(2000．4．14) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2H050 AB18Z 5K002 AA06 AA07 BA21 CA01 CA08 FA01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 波長の関数として制御可能な伝達を行う動的スペクトル整形
    装置であって、 入力ビームを供与する光ファイバー入力ポートと、 入力ポートに連結された波長分散素子とを備えており、波長分散素子は入力ビ
    ームを少なくとも１次元で波長の関数として拡散し、分散ビームを生成し、該装
    置は、 分散ビームを波長分散素子に向けて反射させ、再結合ビームを生成する制御可
    能な格子を更に備えており、制御可能な格子は波長の関数として制御可能な反射
    率を与え、該装置は、 再結合ビームを受光するような位置に設置された光ファイバー出力ポートを更
    に備えている、動的スペクトル整形装置。
  2. 【請求項２】 前記制御可能な格子は配列であり、該配列上の位置の関数と
    して制御される回折効率を有している、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記制御可能な格子はリボンから構成された配列である、請
    求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記制御可能な格子はマイクロ機械加工された格子装置であ
    る、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記光ファイバー入力ポートと前記波長分散素子との間に位
    置決めされた第１のレンズを更に備えている、請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記波長分散素子と前記制御可能な格子との間に位置決めさ
    れた第２のレンズを更に備えている、請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記光ファイバー入力ポートと前記波長分散素子との間に位
    置決めされた複屈折板を更に備えている、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記光ファイバー入力ポートと前記波長分散素子との間に位
    置決めされた半波板を更に備えている、請求項１に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記波長分散素子と前記制御可能な格子との間に位置決めさ
    れた４分の１波板を更に備えている、請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記波長分散素子と前記光ファイバー出力ポートとの間に
    位置決めされた第２の複屈折板を更に備えている、請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 光システムであって、 少なくとも１段の増幅装置を有しているEDFAシステムと、 EDFAシステムに連結されたスペクトル整形装置とを備えており、スペクトル整
    形装置は、 （i）入力ビームを供与する光ファイバーの入力ポートと、 （ii）入力ポートに連結された波長分散素子とを有しており、波長分
    散素子は入力ビームを少なくとも１次元で波長の関数として拡散させ、分散ビー
    ムを生成し、 （iii）分散ビームを波長分散素子に向けて反射させ、再結合ビーム
    を生成する制御可能な格子を更に有しており、制御可能な格子は制御可能な反射
    率を波長の関数として与え、 （iv）再結合ビームを受光するような位置に設置された光ファイバー
    の出力ポートを更に有しており、 光システムは所望の制御可能な波長平坦性を供与する、光システム。
  12. 【請求項１２】 前記EDFAシステムの前記少なくとも１段の増幅装置は、前
    記光ファイバー出力ポートに連結されている、請求項１１に記載のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記EDFAシステムの前記少なくとも１段の増幅装置は、前
    記光ファイバー入力ポートに連結されている、請求項１１に記載のシステム。
  14. 【請求項１４】 前記スペクトル整形装置の少なくとも１部は前記EDFAシス
    テムに組み入れられている、請求項１１に記載のシステム。
  15. 【請求項１５】 光システムであって、 入力ビームを供与する光ファイバーの入力ポートと、 入力ポートに連結された波長分散素子とを備えており、波長分散素子は入力ビ
    ームを少なくとも１次元で波長の関数として拡散させ、分散ビームを生成し、該
    システムは、 分散ビームを波長分散素子に向けて反射させ、再結合ビームを生成する制御可
    能な格子を更に備えており、制御可能な格子は波長の関数として制御可能な反射
    率を与え、該システムは、 再結合ビームを受光するような位置に設置された光ファイバーの出力ポートと
    、 光ファイバーの入力ポートに連結されたEDFAとを更に備えており、光システム
    は所望の制御可能な波長平坦性を供与する、光システム。
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