JP2004080032A - 波長分割多重光通信システムの光源発生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】反射器のような受動素子を使用して、それぞれ波長別に独立した光源又は多重化された光源のような安定した光源を生成することのできる波長分割多重光通信システムの光源発生装置を提供する。
【解決手段】アレイ導波路回折格子のような波長分割多重化器、光増幅器及び光ファイバブラッグ格子のような波長依存反射器又はミラーのような波長無依存反射器を利用して、レーザ共振空間を形成して増幅器の自然放出光がレージングされるようにする。さらに、波長依存反射器または波長無依存反射器の反射率を調整することによって、レーザ共振空間で増幅された光が多波長光源又は独立光源として使用できるようにする。
【選択図】図２

Description

　本発明は、波長分割多重(wavelength division multiplexing：ＷＤＭ)光通信システムの光源発生装置に関する。
　近年、光通信分野において伝送容量を増加させるために、多チャネル光源を利用する ＷＤＭ方式に関する研究が活発に進められている。ＷＤＭにおいて、伝送しようとする各光信号は、それぞれの波長に割り当てられ、単一チャネル上を同時に伝送されることができる。現在、ＷＤＭ光通信システムにおける送信器の光源として主に半導体レーザが使用されている。しかしながら、この半導体レーザ光源は、それぞれのレーザが国際電気通信連合(ＩＴＵ)によって勧告された波長で動作するように精密に制御されなければならない。また、温度を制御することによって出力波長を制御するので、精密な波長制御が必要になる。従って、多チャネルの光源が必要であると、制御すべき波長数が増加するので、その制御動作が複雑になる。加えて、多重化した多チャネル光源が必要である場合には、別途の多重化器が必要になる。
　このような問題を解決するために、多数の光ファイバブラッグ格子(Fiber Bragg Grating:ＦＢＧ)及びエルビウム添加光ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)を利用した多波長レーザ光源発生装置が開発された。
　図１に、従来の多波長レーザ光源発生装置の構成を示す。この光源発生装置では、多数のＦＢＧ４Ａ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれの波長透過特性がＩＴＵの勧告波長に適合するように構成され、各ＦＢＧ間にＥＤＦＡ３Ａ、３Ｂ、３Ｃが挿入されている。光ファイバ増幅のために１つのポンプレーザが使用される。図１で、符号１はポンプレーザを、符号２は波長分割多重化器を、符号６は減衰器を、符号８は偏光(polarization)制御器をそれぞれ示している。
　図１に示すように、ＥＤＦＡ３Ａ、３Ｂ、３Ｃから発生した自然放出光は、ＦＢＧ４Ａ、４Ｂ、４Ｃによって１次反射され、ＦＢＧ４Ａ、４Ｂ、４Ｃの左側のミラー５によってさらに２次反射される。２次反射された光は、再びＦＢＧ４Ａ、４Ｂ、４Ｃによって３次反射される。このように自然放出光は、大量に反復されレージング(lasing)されて、二次的なレーザ光源として使用されることができる。ＥＤＦＡ３Ａ、３Ｂ、３Ｃは、該当波長に一致しミラー５とＦＢＧ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ間によって限定された共振空洞(resonant cavity)間に位置させられている。例えば、図１において、波長λ１を有する光源は、ＦＢＧ４Ａとミラー５との間をレージングするための対象とされ、増幅媒体としてＥＤＦＡ３Ａで利用される。同様に、波長λ２を有する光源は、ＦＢＧ４Ｂとミラー５との間をレージングするための対象とされ、増幅媒体としてＥＤＦＡ３Ａ及びＥＤＦＡ３Ｂで利用される。このような方法によって発生した各波長別の光源は、同一の光ファイバ及びミラーを利用するので、多重化されて反射される。従って、ミラー５とＦＢＧとの間にカプラ７を備えて、この多重化された光源を抽出して使用することができる。
　前述したような従来の技術を使用して多波長光源発生装置を具現する場合、１つの増幅器を多数の光源が共有することができる。その結果、１チャネルに対して増幅器が高出力を発生するために飽和領域で動作する場合、従来技術の任意のチャネルが得る利得は、他のチャネルの利得変化を生じさせるので、全体的に各光源の電力が不安定に揺らぐ可能性がある。また、従来技術では、生成された多数の光源をカプラを通して抽出するので、多重化された形態の光源のみを利用する。つまり、それぞれ個別の光源を利用する光通信システムには適用することが困難であるという短所がある。
　従って、本発明の目的は、反射器のような受動素子を使用して、それぞれ波長別に独立した光源又は多重化された光源のような安定した光源を生成することのできる波長分割多重光通信システムの光源発生装置を提供することにある。
　このような目的を達成するための本発明の波長分割多重光通信システムの光源発生装置は、ポンピング光を生成し出力するポンピング光発生部と、１つの多重化ポート及び複数の逆多重化ポートを有し、多重化ポートを通して入力される光信号を波長分割逆多重化して出力し、逆多重化ポートを通して入力される光信号を波長分割多重化して出力する波長分割多重化／逆多重化部と、ポンピング光発生部から生成されたポンピング光を受信して光パスを切り替えて波長分割多重化／逆多重化部の多重化ポートに出力し、波長分割多重化／逆多重化器の多重化ポートから出力される光信号のパスを切り替えて出力する光パス切り替え器と、波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートに接続され、逆多重化ポートに対応する特定波長の光信号のみを反射する波長依存反射器と、波長依存反射器に一側が接続され、ポンピング光発生部で生成されたポンピング光に基づいて自然放出光を生成する光ファイバ増幅器と、光ファイバ増幅器の他側に接続され、波長に関係なく全光信号を反射する波長無依存反射器と、を備えることを特徴とする。
　望ましくは、波長依存反射器及び波長無依存反射器の反射率をそれぞれ独立的に調節することによって、それぞれの反射器を通して単一方向又は両方向に光源が伝達できるようにするとよい。
　波長依存反射器は、波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートにそれぞれ接続された複数の光ファイバブラッグ格子から構成されるとよい。
　波長依存反射器は、波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートにそれぞれ接続された複数の薄膜フィルタを利用した反射器から構成されるとなおよい。
　光パス切り替え器は、ポンピング光発生部から生成されたポンピング光を入力する第１ポートと、多重化ポートに接続された第２ポートと、波長分割多重化された光信号を出力する第３ポートと、を備える光サーキュレータで構成されると好ましい。
　この波長分割多重光通信システムの光源発生装置は、波長無依存反射器を通過する波長分割逆多重化された光を個別光源として使用するための変調器をさらに備えるとなお好ましい。
　また、本発明では、１つの多重化ポート及び複数の逆多重化ポートを有し、多重化ポート又は逆多重化ポートに入力される光信号を波長分割逆多重化又は波長分割多重化して出力する波長分割多重化／逆多重化部と、ポンピング光を生成し出力するポンピング光発生部と、ポンピング光が入力される第１ポート、波長分割多重化／逆多重化部の多重化ポートと接続された第２ポート、波長分割多重化した信号を出力する第３ポートを備える光パス切り替え器と、波長分割多重化／逆多重化器の逆多重化ポートに一側が接続され、ポンピング光発生部で生成されたポンピング光に基づいて自然放出光を生成する光ファイバ増幅器と、光ファイバ増幅部の他側に接続され、波長に関係なく光信号を反射する第１波長無依存反射器と、光パス切り替え器の第３ポートに一側が接続され、光源帯域のみを通過させる光帯域通過フィルタと、光帯域通過フィルタの他側に接続され、波長に関係なく全光信号を反射する第２波長無依存反射器と、から構成されることを特徴とする波長分割多重光通信システムの光源発生装置も提供する。
　望ましくは、第１波長無依存反射器及び第２波長無依存反射器の反射率をそれぞれ独立的に調節することによって、それぞれの反射器を通して単一方向または両方向に光源が伝達できるようにするとよい。
　本発明の波長分割多重光通信システムの光源発生装置によれば、反射器のような受動素子を使用して安定した光源を生成することができるようになる。
　また、本発明の光源発生装置によって生成された光源は、多重化された光源及び個別光源として使用されることができるので、多数の光源が必要である光通信システムにおいて、設置コストを節減でき、効率的に運用することができるようになる。
　本発明は、アレイ導波路回折格子(arrayed waveguide grating：ＡＷＧ)のようなＷＤＭ、光増幅器及びＦＢＧのような波長依存反射器(reflector)又はミラーのような波長無依存反射器を利用して、レーザ共振空洞を形成し、増幅器の自然放出光がレージングされるようにする。また、本発明の光源発生装置は、波長依存反射器又は波長無依存反射器の反射率を調整することによって、レーザ共振空洞範囲内で増幅された光が多波長光源又は独立光源として使用されることを可能にする。
　以下、本発明に従う好適な実施形態について図２〜図４を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にするために、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。
　図２は、本発明の第１実施形態によるＷＤＭ光通信システムの光源発生装置の構成を示す図である。
　図２に示すように、本発明の第１実施形態による波長分割多重光通信システムの光源発生装置は、ポンプレーザダイオード(pump laser diode)１０、３端子光サーキュレータ(three terminal optical circulator)２０、波長分割多重化／逆多重化器３０、波長依存反射器(wavelength-dependent reflector)４０、光ファイバ増幅器５０、波長無依存反射器(wavelength-independent reflector)６０及び変調器(modulator)７０から構成される。
　ポンプレーザダイオード１０は、３端子光サーキュレータ２０の端子１に接続され、光ファイバ増幅器５０にポンピング光を供給する。ポンプレーザダイオード１０から放出されたポンピング光は、光サーキュレータ２０の端子１を通して端子２に接続された波長分割多重化／逆多重化器３０の多重化ポートに入力される。この時、光サーキュレータ２０は、入出力される光のパスを決定し、低密度波長分割多重(Coarse ＷＤＭ：ＣＷＤＭ)フィルタを使用することもできる。
　波長分割多重化／逆多重化器３０のＮ個の逆多重化ポート３１、３２、…３Ｎにはそれぞれ波長分割多重化器の通過波長と一致する反射特性を有する波長依存反射器４０、光ファイバ増幅器５０及びミラーのような波長無依存反射器６０が提供される。
　波長分割多重化／逆多重化器３０は、入力される複数のチャネル(又は波長)を多重化して出力するか、それとも入力された光信号をチャネル別に(又は波長別に)逆多重化して出力する。波長分割多重化／逆多重化器３０は、Ｎ個の入力端と１つの出力端を有するＮ×１アレイ導波路回折格子、又は、１つの入力端及びＮ個の出力端を有する１×Ｎアレイ導波路回折格子を使用することができる。通常の光学素子と同様に、アレイ導波路回折格子は、可逆性があるため、多重化器又は逆多重化器として使用されることができる。
　波長分割多重化／逆多重化器３０の多重化ポートに入力されたポンピング光は、波長分割多重化／逆多重化器３０においてスペクトル分割されてＮ個の逆多重化ポート３１、３２、…３Ｎにそれぞれ接続された波長依存反射器４１、４２、…４Ｎに入力される。
　波長依存反射器４１、４２、…４Ｎにおいて、特定の波長を有する光のみが反射されて光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎに印加される。他の波長帯域を有する残りの光は、波長分割多重化器の通過帯域範囲外なので、反射されずに波長依存反射器４１、４２、…４Ｎを通過して除去される。この波長依存反射器４０としては、ＦＢＧ、薄膜フィルタを利用した反射器を使用することができる。
　光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎは、波長依存反射器４１、４２、…４Ｎを通して入力されるポンピング光によって自然放出光を生成する。光ファイバ増幅器は、活性光ファイバにエルビウム(Er)、プラセオジム(Pr)又はネオジム(Nd)などの希土類(rare-earth)イオンをドーピング(dopping)して製造される。この光ファイバに所定波長を有するポンピング光を供給すると、希土類イオンの励起によって所定波長を有する誘導光子が放出される。その結果、対応する光ファイバを通して伝播される光信号が増幅される。
　光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎから生成された自然放出光は、ミラーなどの波長無依存反射器６１、６２、…６Ｎによって反射されてさらに光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎにおいて増幅される。この過程を繰り返して波長依存反射器４１、４２、…４Ｎと波長無依存反射器６１、６２、…６Ｎとの間に選択された波長がレージングされて光源として使用される。この光源を光通信システムにおいて使用するために、波長依存反射器の反射率をＡ％、波長無依存反射器の反射率をＸ％に設定して、光電力の一定部分が双方に伝達されるようにする。例えば、波長依存反射器の反射率及び波長無依存反射器の反射率をそれぞれ８０％に設定すると、８０％の光が波長依存反射器と波長無依存反射器との間の共振空洞範囲内で継続して増幅され、２０％の光は両方向に伝送されて光源として使用されることができる。
　波長分割多重化／逆多重化器３０の一方には変調器７１、７２、…７Ｎが配置されて個別光源として使用されることができる。生成された光源は、波長分割多重化／逆多重化器３０のＮ個の逆多重化ポート３１、３２、…３Ｎに入力されて多重化された後、多重化ポートに接続された光サーキュレータ(circulator)２０の端子２を通して端子３に出力される。この時、出力光源は、異なる波長帯域で生成された光源が全て多重化されて出力される(λ１,λ２,λ３,…,λＮ)。従って、本発明の第１実施形態による多波長光源は、それぞれ波長別に独立した光源、あるいは、多重化された光源として使用することができる。
　図３は、図２の構成において、波長依存反射器として光ファイバブラッグ格子を使用する場合の例であり、Ｎ個の逆多重化ポートに接続された構成のうち１つのみを示す。
　図３に示すように、波長分割多重化／逆多重化器３０の逆多重化ポートにはＦＢＧ４１１、光ファイバ増幅器５１、波長無依存反射器６１及び変調器７１が提供される。この時、ＦＢＧ４１１は、透過特性が波長分割多重化／逆多重化器３０の透過特性と同一になるように構成されることで、生成された光源を両方向に伝達することができる。さらに、生成された光源を光通信システムにおいて使用するために、波長依存反射器の反射率をＡ％に、波長無依存反射器の反射率をＸ％に設定するので、光電力の所定部分を両方に伝達できるようになり、また、変調器７１、７２、…７Ｎを備えることによって個別光源として使用されることができる。
　図４は、本発明の第２実施形態による波長分割多重光通信システムの光源発生装置の構成を示す図である。
　図４に示すように、本発明の第２実施形態による波長分割多重光通信システムの光源発生装置は、ポンプレーザダイオード１０、波長分割多重化／逆多重化器３０、光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎ、波長無依存反射器６１、６２、…６Ｎ、１００、変調器７１、７２、…７Ｎ、ＣＷＤＭフィルタ８０及び光帯域通過フィルタ(Optical Band Pass Filter：ＯＢＰＦ)９０から構成される。第２実施形態は、波長無依存反射器を利用して多波長光源を具現したものであり、各波長別に共振空洞を波長分割多重化／逆多重化器３０の多重化ポートに接続された波長無依存反射器１００とそれぞれの逆多重化ポートに接続された波長無依存反射器６１、６２、…６５Ｎとの区間に設定した点が第１実施形態と異なる。また、ＣＷＤＭフィルタの代わりに第１実施形態のように光サーキュレータを使用して構成することもできる。
　ポンプレーザダイオード１０から生成されて出力されるポンピング光は波長分割多重化／逆多重化器３０の多重化ポートに入力され、入力されたポンピング光は波長分割多重化／逆多重化器３０においてスペクトル分割されてＮ個の逆多重化ポート３１、３２、…３Ｎそれぞれに接続された光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎに印加される。
　光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎは、多重化ポート３１、３２、…３Ｎを通して入力されるポンピング光によって自然放出光を生成する。光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎは、活性光ファイバにエルビウム(Er)、プラセオジム(Pr)又はネオジム(Nd)などの希土類(rare-earth)イオンをドーピングして製造される。この光ファイバに所定波長を有するポンピング光を供給すると、希土類イオンの励起によって所定波長を有する誘導光子が放出されるので、対応する光ファイバを通して伝播される光信号が増幅される。
　光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎから生成された自然放出光は、ミラーなどの波長無依存反射器６１、６２、…６Ｎによって反射されて光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎを通して増幅された後、波長分割多重化／逆多重化器３０を通して波長分割多重化される。波長分割多重化された自然放出光は、ポンプレーザの帯域と区分されるＣＷＤＭフィルタ８０及び光源帯域のみを通過させるＯＢＰＦ９０を経て波長依存性のない波長無依存反射器１００によって反射される。波長無依存反射器１００によって反射された自然放出光は、さらにＯＢＰＦ９０、ＣＷＤＭフィルタ８０を通過して波長分割多重化／逆多重化器３０によって多重化され、各波長別光ファイバ増幅器５１、５２、…５Ｎによって増幅される。このような過程を繰り返すと、自然放出光はレージングされて光源として使用できるようになる。この時、ＯＢＰＳ９０は、周期的特性のアレイ導波路回折格子の透過帯域を選択するために使用される。図２を参照して説明した本発明の第１実施形態と同様に、個別波長に対応する反射器６１、６２、…６Ｎの反射率と多重化されたチャネルを反射する反射器１００の反射率(Ｍ％)を調整して、波長別に独立した光源として又は多重化された光源として使用することができる。
　前述の説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前述の実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
従来技術による多波長レーザ光源発生装置の構成を示す図。 本発明の一実施形態による反射器を利用した波長分割多重光通信システムの光源発生装置の構成を示す図。 図２の波長依存反射器の実施形態において光ファイバブラッグ格子を使用する例を示す構成図。 本発明の他の実施形態による波長無依存反射器のみを利用した波長分割多重光通信システムの光源発生装置の構成を示す図。
符号の説明
１０　ポンプレーザダイオード
２０　３端子光サーキュレータ
３０　波長分割多重化／逆多重化器
４０（４１、４２、…４Ｎ）　波長依存反射器
４１１　光ファイバブラッグ格子（ＦＢＧ）
５０（５１、５２、…５Ｎ）　光ファイバ増幅器
６０（６１、６２、…６Ｎ）、１００　波長無依存反射器
７０（７１、７２、…７Ｎ）　変調器
８０　低密度波長分割多重化（ＣＷＤＭ）フィルタ
９０　光帯域通過フィルタ(ＯＢＰＦ)

Claims (8)

  1. 　ポンピング光を生成し出力するポンピング光発生部と、
    　１つの多重化ポート及び複数の逆多重化ポートを有し、前記多重化ポートを通して入力される光信号を波長分割逆多重化して出力し、前記逆多重化ポートを通して入力される光信号を波長分割多重化して出力する波長分割多重化／逆多重化部と、
    　前記ポンピング光発生部から生成されたポンピング光を受信してパスを切り替えて前記波長分割多重化／逆多重化部の多重化ポートに出力し、前記波長分割多重化／逆多重化器の多重化ポートから出力される光信号のパスを切り替えて出力する光パス切り替え器と、
    　前記波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートに接続され、前記逆多重化ポートに対応する特定波長の光信号のみを反射する波長依存反射器と、
    　前記波長依存反射器に一側が接続され、前記ポンピング光発生部で生成されたポンピング光に基づいて自然放出光を生成する光ファイバ増幅器と、
    　前記光ファイバ増幅器の他側に接続され、波長に関係なく全光信号を反射する波長無依存反射器と、を備えることを特徴とする波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  2. 　前記波長依存反射器及び波長無依存反射器の反射率をそれぞれ独立的に調節することによって、それぞれの反射器を通して単一方向又は両方向に光源が伝達されるようにする請求項１記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  3. 　前記波長依存反射器は、波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートにそれぞれ接続された複数の光ファイバブラッグ格子から構成される請求項１記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  4. 　前記波長依存反射器は、前記波長分割多重化／逆多重化部の逆多重化ポートにそれぞれ接続された複数の薄膜フィルタを利用した反射器から構成される請求項１記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  5. 　前記光パス切り替え器は、前記ポンピング光発生部から生成されたポンピング光を入力する第１ポートと、
    　前記多重化ポートに接続された第２ポートと、
    　前記波長分割多重化された光信号を出力する第３ポートと、を備える光サーキュレータで構成される請求項１記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  6. 　前記波長無依存反射器を通過する波長分割逆多重化された光を個別光源として使用するための変調器をさらに備える請求項１記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  7. 　１つの多重化ポート及び複数の逆多重化ポートを有し、前記多重化ポート又は逆多重化ポートに入力される光信号を波長分割逆多重化又は波長分割多重化して出力する波長分割多重化／逆多重化部と、
    　ポンピング光を生成し出力するポンピング光発生部と、
    　前記ポンピング光が入力される第１ポート、前記波長分割多重化／逆多重化部の多重化ポートと接続された第２ポート、前記波長分割多重化した信号を出力する第３ポートを備える光パス切り替え器と、
    　前記波長分割多重化／逆多重化器の逆多重化ポートに一側が接続され、前記ポンピング光発生部で生成されたポンピング光に基づいて自然放出光を生成する光ファイバ増幅器と、
    　前記光ファイバ増幅部の他側に接続され、波長に関係なく全光信号を反射する第１波長無依存反射器と、
    　前記光パス切り替え器の第３ポートに一側が接続され、光源帯域のみを通過させる光帯域通過フィルタと、
    　前記光帯域通過フィルタの他側に接続され、波長に関係なく全光信号を反射する第２波長無依存反射器と、を備えることを特徴とする波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
  8. 　前記第１波長無依存反射器及び第２波長無依存反射器の反射率をそれぞれ独立的に調節することによってそれぞれの反射器を通して単一方向又は両方向に光源が伝達できるようにする請求項７記載の波長分割多重光通信システムの光源発生装置。
    　
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