JP2005070259A - 可変損失傾斜補償器及び波長多重通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡易であり、偏波依存性がなく、また、適用波長帯を広くとることができる可変損失傾斜補償器を提供する。
【解決手段】 可変損失傾斜補償器は、入射光の透過波長をシフトさせる可変波長フィルタ（Ｆ１，Ｆ２）を光路上に複数備える。この複数の可変波長フィルタＦ１，Ｆ２に内、一方の可変波長フィルタは透過光の波長を長波長側にシフトさせ、他方の可変波長フィルタは透過光の波長短波長側にシフトさせる。この可変波長フィルタを、同時に同じシフト量だけ互いに逆方向に波長シフトさせることにより、同じ中心波長のままで損失波長特性の傾斜のみを変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可変損失傾斜補償器及び波長多重通信システムに関する。

光通信システムでは、大容量化、高速化する一方法として、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する波長多重通信方式（Wavelength Division Multiplexing,ＷＤＭ）が用いられている。この波長多重通信方式では、エルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium-Doped Fiber Amplifier,ＥＤＦＡ)という光増幅器が用いられている。このエルビウム添加光ファイバ増幅器は、希土類イオンであるエルビウムをファイバ内に添加し、これに信号光とレーザダイオードからの励起光を入射し、光励起されたエルビウムイオンに信号光を作用させて、誘導放出により信号光を増幅させる。

エルビウム添加光ファイバ増幅器は、シングル・モード光ファイバとの接続損失が小さく、増幅波長域が光通信で多く使われている最低損失波長の１．５５μｍに一致し、また、高い増幅特性（３０ｄＢ以上）を持ち、増幅帯域が広く、異なる波長の光信号を一括して増幅することが可能である等の特徴があり、伝送中継器の光増幅器として波長多重通信方式に欠かすことができないものである。

エルビウム添加光ファイバ増幅器は、光信号を励起する部分が集中している集中型光アンプであって、雑音の累積につながる伝送路光ファイバの損失や、信号のひずみや雑音の原因となる非線形性を受けるという制限があり、また、エネルギー構造の微細構造により、強度波長特性が平坦でないため増幅された各波長の光信号の光出力レベルに偏差が生じる。また、波長多重通信方式では、受信機側において波長分岐する際、他の波長が雑音として作用するため、増幅利得の低い波長での光信号ではＳＮ比が劣化することになり、伝送可能な距離が短くなる。また、伝送可能な帯域が狭くなることにより、チャンネル数が減少する。

これらの、問題を解決するための利得平坦化技術として、エルビウム添加光ファイバ増幅器の強度波長特性と逆の損失波長特性を持つ素子をエルビウム添加光ファイバ増幅器内に挿入して利得等化する技術が提案されている。

図２５は、３２チャンネル，５Ｇｂ／ｓの波長多重通信システムにおける各チャンネルの光強度分布の一例を示す図であり、図２６は、損失傾斜補償器の原理を説明するための概略図である。図２６（ａ）に示す補償前の各チャンネルの光強度レベルの偏差は、図２６（ｂ）に示す補償器の波長特性によって、各波長の信号を等しい出力レベルに調整して平坦化を行う。

しかしながら、エルビウム添加光ファイバ増幅器は入力信号パワーの変化によって、その強度波長特性の傾きが変化するため、可変損失傾斜補償器では、損失波長特性の傾斜を制御する必要がある。このため、平坦化を行う素子の損失波長特性の傾斜を可変的に制御できる可変損失傾斜補償器が求められている。

可変損失傾斜補償器として、誘導体多層膜を用いた方法（非特許文献１）、マッハツェンダ干渉計を用いた方法（非特許文献２）、Long Period Fiber Grating（ＬＰＦＧ）を用いた方法（非特許文献３）が知られている。
石和田隆，三田村宣明，長枝浩："ＷＤＭ用可変スペクトル等化器の開発"，２０００年 電子情報通信学会エレクトロソサエティ大会，Ｃ−３−３ 広瀬智財，畑山均，斉藤眞秀："ＰＬＣ型可変損失傾斜補償器"，２０００年 電子情報通信学会エレクトロソサエティ大会，Ｃ−３−１８ 監物巨人，石井裕，酒井哲弥："可変利得等価器を用いた光ファイバ増幅器"，フジクラ技報第９８号，２０００

従来提案されている可変損失傾斜補償器は、構造が複雑であるという問題、偏波依存性があるという問題、適用波長帯が狭いという問題がある。

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、構造が簡易であり、偏波依存性がなく、また、適用波長帯を広くとることができる可変損失傾斜補償器を提供することを目的とする。

本発明は、互いに逆方向の波長シフト特性を持つフィルタを組み合わせることにより損失波長特性の傾斜を制御するものである。

本発明の可変損失傾斜補償器は、入射光の透過波長をシフトさせる可変波長フィルタを光路上に複数備える。この複数の可変波長フィルタの内、一方の可変波長フィルタは透過光の波長を長波長側にシフトさせ、他方の可変波長フィルタは透過光の波長短波長側にシフトさせる。この可変波長フィルタを互いに逆方向に波長シフトさせることにより、損失波長特性の傾斜のみを変化させることができる。損失波長特性の傾斜変化を同じ中心波長のままで行う場合には、互いに逆方向への波長シフトを同時に同じシフト量とすることが望ましい。

図１は本発明の可変損失傾斜補償器の構成を説明するための概略図であり、図２は本発明の可変損失傾斜補償器による損失波長特性を説明するための損失波長特性図である。

図１において、本発明の可変損失傾斜補償器は、第１の可変波長フィルタＦ１と第２の可変波長フィルタＦ２とを光路上に配置し、入射光を第１の可変波長フィルタＦ１及び第２の可変波長フィルタＦ２に通して出射光を得る。エルビウム添加光ファイバ増幅器によりその強度波長特性の傾きが変化している入射光は、その傾きと反対特性を持つ可変損失傾斜補償器の透過特性により、強度波長特性が平坦化される。

本発明の可変損失傾斜補償器は、二つの可変波長フィルタを組み合わせて構成される。本発明の可変損失傾斜補償器の透過特性は、二つの可変波長フィルタの透過特性を合成して得られ、各可変波長フィルタの波長シフト方向を互いに逆方向とすることにより、中心波長を変えることなく強度波長特性の傾きのみを制御する。強度波長特性の傾きの程度は、各可変波長フィルタの鋭さ、即ちフィネスと波長シフト量を調整することで制御する。

図２は二つの可変波長フィルタの透過特性とその合成透過特性を示している。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）において、添え字１を付した図面（（ａ１）〜（ｄ１））は二つの可変波長フィルタ（実線及び破線で示す）を示し、添え字２を付した図面（（ａ２）〜（ｄ２））は合成透過特性を示している。また、図２（ａ）は波長シフト前の状態を示し、図２（ｂ）〜（ｄ）は波長シフト後の状態を示しており、波長シフト量の順に示している。図２中の矢印は波長シフトの方向を示し、実線は長波長側にシフトする透過特性であり、破線は短波長側にシフトする透過特性である。図２（ｅ）は、図２（ａ）〜図２（ｄ）の一点鎖線で示す波長帯域における各透過特性の傾きを重ねて示している。図示するように、波長シフト量を調整することにより、中心波長（例えば、透過ピークの波長あるいは阻止ピークの波長）を変えることなく、各透過特性の傾きのみを変化させることができる。

本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様は、半反射鏡の反射面をその間隔を変更可能に対向配置させる２つの共振器によって可変波長フィルタを構成し、一方の共振器は間隔を広げることにより透過光の波長を長波長側にシフトさせ、他方の共振器は前記間隔を狭めることにより透過光の波長を短波長側にシフトさせる。

この波長シフトにおいて、両共振器は反射面間の間隔を同時に同じ幅だけ互いに逆方向に増減させることにより、互いに逆方向に波長シフトさせ、中心波長を変えることなく合成透過特性の傾きのみを変化させる。

第１の態様の一形態は、両面に反射膜を備える両面反射鏡と、反射鏡と対向する面に反射膜を備える２つの片面反射鏡とを備え、両片面反射鏡間を所定距離に保持すると共に両面反射鏡を挟んで配置し、一方の片面反射鏡と両面反射鏡とにより構成される一方の共振器と、他方の片面反射鏡と両面反射鏡とにより構成される他方の共振器とにより複合共振器を構成する。両面反射鏡と２つの片面反射鏡との相対的な移動により、２つの共振器の間隔を互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせる。両面反射鏡と２つの片面反射鏡とは、何れか一方を固定し、他方を移動させることにより、２つの共振器の間隔を互いに逆方向に増減させる。

第１の態様の他の形態は、２つの片面反射鏡の各反射膜を互いに対向配置させてなる共振器を光路上に２組配置して複合共振器を構成する。各共振器の片面反射鏡間の間隔を、両共振器で互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせる。

また、本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様は、ファイバコアに２つのファイバグレーティングを間隔を開けて配置してなる共振器により可変波長フィルタを構成し、この２つのファイバグレーティングを光路上に２組配置し、一方の共振器のファイバコアの光軸方向の圧縮と、他方の共振器のファイバコアの光軸方向の伸張を同時に行い、互いに逆方向に波長をシフトさせる。

一方の共振器のファイバコアを光軸方向に圧縮することにより短波長側に波長シフトさせ、他方の共振器のファイバコアを光軸方向に伸張させることにより長波長側に波長シフトさせる。２組の共振器におけるファイバコアの圧縮量と伸張量を等量とすることにより、互いに逆方向に波長をシフトさせ、中心波長を変えることなく合成透過特性の傾きのみを変化させる。

本発明の波長多重通信システムは、波長多重通信信号を伝送する光伝送路とこの光伝送路に本発明の可変損失傾斜補償器を接続した構成とし、可変損失傾斜補償器は波長多重通信信号を長波長側への波長シフトと短波長側への波長シフトとの組み合わせにより損失傾斜を補償する。

また、可変損失傾斜補償器は、波長多重通信信号を長波長側に波長シフトさせる第１の可変波長フィルタと、波長多重通信信号を短波長側に波長シフトさせる第２の可変波長フィルタとを備えた構成とし、第１の可変波長フィルタと第２の可変波長フィルタとを光路上で従属接続させることにより、長波長側への波長シフトと短波長側への波長シフトとを組み合わせて損失傾斜を補償する。

以上説明したように、本発明によれば、構造が簡易であり、偏波依存性がなく、また、適用波長帯を広くとることができる可変損失傾斜補償器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。

図３は本発明の可変損失傾斜補償器に用いるフィルタを説明するための概略図である。図３に示すフィルタ１００はエタロンフィルタであり、２枚の平行な半透明鏡１０１，１０２で構成され、このフィルタ１００に光ビームを入射させると、２枚の半透明鏡１０１，１０２の間で多重反射による干渉が起こり、出射したビーム強度に波長依存性を生じさせることができる。

ここで、半透明鏡１０１，１０２の反射率をＲ、フィルタ内の屈折率をｎ、共振器間隔をＬとすると、エタロンフィルタの透過率波長特性（透過率Ｔ）は、
Ｔ＝１／（１＋４Ｒ・sin^２（２πｎＬ／λ）／（１−Ｒ）^２） （１）
で表される。

式（１）において、エタロンフィルタの半透明鏡の反射率Ｒを変化させると透過率波長特性は変化する。図４は反射率Ｒの変化に対する透過率波長特性を示している。

ここで、屈折率ｎ、共振器間隔Ｌを適宜設定し、反射率Ｒを変化させることにより、ＷＤＭで主に使用されるＣバンド（１５３０〜１５６５ｎｍ）の帯域幅内でフィルタの損失傾斜を制御することができる。図５は、屈折率を１．００、共振器間隔Ｌを７．６μｍに設定し、反射率Ｒを０．０５、０．１０，０．１５，０．２０に変化させたときの透過率波長特性を示している。図から、反射率Ｒを変えることにより、Ｃバンド（１５３０〜１５６５ｍｍ）の帯域幅内においてフィルタの損失傾斜を制御することができることを示している。

また、エタロンフィルタは、共振器の共振器間隔Ｌを変化させると中心波長がシフトするという特性を備えている。図６は、共振器の共振器間隔変化による透過特性変化図であり、共振器間隔Ｌがそれぞれ７．６μｍ，７．７μｍ，７．８μｍの場合の透過率波長特性を示し、共振器間隔Ｌが短くなると短波長側にシフトし、共振器間隔Ｌが長くなると長波長側にシフトする。

本発明の可変損失傾斜補償器は、この共振器の共振器間隔変化による中心波長のシフトを用いて損失傾斜を制御する。

以下、図７〜図１１を用いて、本発明の可変損失傾斜補償器の原理を説明する。本発明の可変損失傾斜補償器は、２組のエタロンフィルタを組み合わせた構成であり、協動して動作する２組の共振器により複合共振器を構成している。

図７は、本発明の可変損失傾斜補償器の構成を説明するための図である。図７において、可変損失傾斜補償器１は、それぞれ共振器を構成する第１フィルタ２と第２フィルタ３の２つのフィルタを光路上に配置して構成される。

第１フィルタ２は、半透明鏡５と半透明鏡４ａのそれぞれ一方の側に設けた反射膜８，７が互いに対向するように対向させて配置することにより構成し、第２フィルタ３は、それぞれ一方の側に設けた反射膜９，１０が互いに対向するように、半透明鏡４ｂと半透明鏡９とを対向させて配置させて構成し、これら半透明鏡４ａ，４ｂ，５，６の内で中央の２枚の半透明鏡４ａ，４ｂが同時に動くよう構成されている。

中央の半透明鏡４ａ，４ｂが半透明鏡５，６に対して中央にあるとき（図７（ａ））、中央の２枚の半透明鏡４ａ，４ｂを図面の左方にΔＬだけ移動させることにより、第１フィルタ２の共振器間隔はＬからＬ−ΔＬに短くなり、第２フィルタ３の共振器間隔はＬからＬ＋ΔＬに長くなる（図７（ｂ））。

この共振器間隔の変化により、第１フィルタ２の中心波長は短くなり（図の左方にシフトし）、逆に、第２フィルタ３の中心波長は長くなる（図の右方にシフトする）。

この可変損失傾斜補償器は、２つのフィルタを独立し、その合成特性を利用するものである。２つのフィルタを独立とするには、図７に示す構成において、中央の半透明鏡として、その両面をわずかに傾けた（例えば、０．５°程度）ウエッジ基板（ガラス板）を用いる。また、この基板の厚みも３〜５ｍｍとして光の波長よりも充分に大きくし、反射膜８，９を０．５°程度傾けて、反射膜８，９が第３番目のフィルタとなることを防ぐ。

第１フィルタ２と第２フィルタ３を透過した光の透過率波長特性は、第１フィルタ２の透過率波長特性と第２フィルタ３の透過率波長特性とを合成した特性となる。図８は、共振器間隔の変化量ΔＬの変化に伴う、２つのフィルタの透過率波長特性と合成したフィルタの透過率波長特性を示している。

図８（ａ）は、第１フィルタ２の中心波長と第２フィルタ３の中心波長とがシフトする前の各透過率波長特性（左図）と、両フィルタを透過して得られる合成した透過率波長特性（右図）を示している。このときの適用波長帯での透過波長特性は右下がりであり、負の損失傾斜を示している。なお、ここでは、右上がりの損失傾斜を正としている。

図８（ｂ）の左図は、共振器間隔の変化量ΔＬが大きくなったときの透過率波長特性を示している。共振器間隔が変化することにより、第１フィルタ２の中心波長は短くなり（図の左方にシフトし）、第２フィルタ３の中心波長は長くなる（図の右方にシフトする）。図８（ｂ）の右図は、両フィルタを透過して得られる合成した透過率波長特性を示している。このときの適用波長帯での透過波長特性は緩やかな損失傾斜を示している。

図８（ｃ）の左図は、共振器間隔の変化量ΔＬがさらに大きくなったときの透過率波長特性を示している。共振器間隔がさらに変化することにより、第１フィルタ２の中心波長はより短くなり（図の左方にシフトし）、第２フィルタ３の中心波長はより長くなる（図の右方にシフトする）。図８（ｃ）の右図は、両フィルタを透過して得られる合成した透過率波長特性を示している。このときの適用波長帯での透過波長特性は正の損失傾斜を示している。

ここで、２つのエタロンフィルタが独立している場合には、合成したフィルタの透過率波長特性（透過率Ｔ′）は、
Ｔ′＝Ｔ（Ｌ−ΔＬ）・Ｔ（Ｌ＋ΔＬ） （２）
で表される。なお、Ｔは前記式（１）で表される。

図９は、上記した合成したフィルタの透過率波長特性の式（２）を用いたシミュレーション結果を示している。図９（ａ）〜（ｃ）のシミュレーション結果は、反射率Ｒがそれぞれ０．１０，０．２０，０．３０の場合を示している。このシミュレーション結果から、反射率Ｒを高くすることにより損失傾斜の制御の範囲を大きくすることができる。なお、反射率Ｒが高くなるに伴って、緩い損失傾斜が得られるときの挿入損失は大きくなる。

また、図１０は、損失傾斜がＣバンド帯に位置する３種類の初期共振器間隔Ｌについてのシミュレーション結果を示している。図１０（ａ）〜（ｃ）のシミュレーション結果は、共振器間隔Ｌがそれぞれ７．６０μｍ，１０．６４μｍ，１３．６８μｍの場合を示している。このシミュレーション結果から、初期共振器間隔Ｌが小さい場合には正の損失傾斜が得られるときの挿入損失が大きくなり、初期共振器間隔Ｌが大きい場合には損失傾斜の直線性が失われる。

なお、初期共振器間隔Ｌが変化すると損失傾斜の位置がずれる。図１１は、初期共振器間隔Ｌと損失傾斜位置との関係を示す図である。図では、共振器間隔Ｌが１０．５４μｍから１０．７４μｍまでの間を０．０５μｍの変化幅で変えたときの損失傾斜位置を示している。

次に、本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様について図１２〜図１６を用いて説明し、第２の態様について図１７〜図２９を用いて説明する。

第１の態様は、半反射鏡の反射面をその間隔を変更可能に対向配置させる２つの共振器により可変波長フィルタを構成し、一方の共振器は間隔を広げることにより透過光の波長を長波長側にシフトさせ、他方の共振器は前記間隔を狭めることにより透過光の波長を短波長側にシフトさせる。この波長シフトにおいて、両共振器は反射面間の間隔を同時に同じ幅だけ互いに逆方向に増減させることにより、互いに逆方向に波長シフトさせ、中心波長を変えることなく合成透過特性の傾きのみを変化させる。

図１２は、可変損失傾斜補償器の第１の態様の一構成例である。

可変損失傾斜補償器１１は、両面に反射膜１８，１９を備える両面反射鏡１４と、両面反射鏡１４と対向する面に反射膜１７、２０を備える２つの片面反射鏡１５，１６とを備える。２つの片面反射鏡１５，１６は、連結材２１によってその間を所定距離に保持すると共に、両面反射鏡１４を挟んで配置する。これにより、一方の片面反射鏡１５と両面反射鏡１４とにより第１フィルタ１２の共振器が構成され、他方の片面反射鏡１６と両面反射鏡１４とにより第２フィルタ１３の共振器が構成される。この２つの共振器は複合共振器を構成する。なお、反射鏡は、例えばＡＲコーティング等を施した誘電体多層膜ミラーとすることができる。

両面反射鏡１４と２つの片面反射鏡１５，１６とを相対的に移動させることにより、２つの共振器（第１フィルタ１２，第２フィルタ１３）の間隔を互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせることができる。

両面反射鏡１４と２つの片面反射鏡１５，１６とは、何れか一方を固定し、他方を移動させることにより、２つの共振器間隔を互いに逆方向に増減させる。図１２に示す構成では、両面反射鏡１４をベース２２に固定し、連結材２１で連結された２つの片面反射鏡１５，１６をベース２２に対して移動させる構成例を示している。

図示する例では、２つの片面反射鏡１５，１６の一方の片面反射鏡にＰＺＴ２３の一端を取り付け、ＰＺＴ２３の他端をベース２２に固定した固定部２４に取り付けた構成とし、ＰＺＴ２３に印加する電圧を制御することにより２つの片面反射鏡１５，１６を両面反射鏡１４に対して同時に移動させている。

２つの片面反射鏡１５，１６は、連結材２１により間隔が一定に保たれると共に、両面反射鏡１４を挟んで配置しているため、片面反射鏡１５，１６が例えばΔＬだけ図１２の左方に移動すると、片面反射鏡１５と両面反射鏡１４との距離はＬ＋ΔＬとなり、片面反射鏡１６と両面反射鏡１４との距離はＬ−ΔＬとなり、同じ変化量ΔＬだけ共振器間隔が増減する（図１２（ｂ））。

なお、図する例では、両面反射鏡１４をベース２２に固定し片面反射鏡１５，１６を移動させているが、逆に、片面反射鏡１５，１６をベース２２に固定し両面反射鏡１４を移動させる構成とすることもできる。

図１３は、上記した可変損失傾斜補償器を製作する手順を説明する図である。はじめに、ベース２２に両面反射鏡１４を固定すると共に、ベース２２に固定した固定部２４にＰＺＴ２３の一端を固定する。ＰＺＴ２３に所定電圧（例えば、２０Ｖ）を印加してＰＺＴ２３を延ばして状態において、両面反射鏡１４の一方の反射膜１９の面（ＰＺＴ２３側の面）にスペーサ２５（例えば、７．５μｍ幅）の片面を当接させ、スペーサ２５の他方の片面に片面反射鏡１６の反射膜２０の面を当接させ、この状態で片面反射鏡１６を固定部２４に固定する。これにより、ＰＺＴ２３に所定電圧を印加したときの、両面反射鏡１４と片面反射鏡１６との間隔をスペーサ２５の幅に設定することができる（図１３（ａ））。

次に、ＰＺＴ２３に印加する電圧を０ＶとしてＰＺＴ２３を縮め（図中の矢印Ａ）、スペーサ２５を引き抜く（図中の矢印Ｂ）（図１３（ｂ））。

次に、片面反射鏡１６の上端に連結材２１の一端を固定し、ＰＺＴ２３に前回と同電圧（ここでは２０Ｖ）を印加する。この状態で、両面反射鏡１４の他方の反射膜１８の面（ＰＺＴ２３と反対側の面）に前回と同幅のスペーサ２５（ここでは７．５μｍ幅）の片面を当接させ、スペーサ２５の他方の片面に片面反射鏡１５の反射膜１７の面を当接させ、この状態で片面反射鏡１５の上端に連結材２１の他端を固定する。このとき、連結材として金属板を用いる場合には、片面反射鏡１６との間のスペーサ等の絶縁材を挟んで取り付ける。

これにより、ＰＺＴ２３に所定電圧を印加したときの、両面反射鏡１４と片面反射鏡１５との間隔を距離をスペーサ２５の幅に設定することができる。また、同じ印加電圧時において、両面反射鏡１４と片面反射鏡１６との間隔をスペーサ２５の幅に設定しているため、片面反射鏡１５と両面反射鏡１４との間隔と、片面反射鏡１６と両面反射鏡１４との間隔は同一に設定することができる（図１３（ｃ））。

この後、ＰＺＴにより大きな電圧を印加することにより、片面反射鏡１５と両面反射鏡１４との間隔を広げ（図中の矢印Ｃ）、スペーサ２５を引き抜く（図中の矢印Ｄ）（図１３（ｄ））。

図１４は、上記構成の可変損失傾斜補償器において、ＰＺＴの印加電圧に対する透過率波長特性の測定結果を示している。

また、この測定結果に基づいて得られる可変損失傾斜補償器の補償器特性を以下の表１に示す。

表１によれば、ＰＺＴへの印加電圧を７．５Ｖ〜１０．７Ｖ（バイアス電圧７．５Ｖを除けば０〜３．２Ｖ）まで変化させることによって、Ｃバンド帯において６．７ｄＢ，３．２ｄＢ，０．５ｄＢ，−２．０ｄＢ，−６．７ｄＢの５種類の損失傾斜が得られ、−６．７ｄＢ〜６．７ｄＢの連続的な損失傾斜制御が可能となる。

図１５は、可変損失傾斜補償器の第１の態様の他の構成例である。この形態は、２つの片面反射鏡の各反射膜を互いに対向配置させてなる共振器を光路上に２組配置して複合共振器を構成する。各共振器の片面反射鏡間の間隔を、両共振器で互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせる。

可変損失傾斜補償器３１は、第１フィルタ３２と第２フィルタ３３の２つの共振器を備える。第１フィルタ３２は、片面に反射膜３７を備える片面反射鏡３５と、同じく片面に反射膜３８を備える片面反射鏡３４Ａとを、反射膜３７と反射膜３８が互いに対向するように配置して構成される。片面反射鏡３４Ａはベース４２に対して固定部４７，４８により固定され、片面反射鏡３５の一端が固定部４５によりベース４２に固定されたＰＺＴ４３に取り付けられている。

また、第２フィルタ３３は、片面に反射膜４０を備える片面反射鏡３６と、同じく片面に反射膜３９を備える片面反射鏡３４Ｂとを、反射膜３６と反射膜３９が互いに対向するように配置して構成される。片面反射鏡３４Ｂはベース４２に対して固定部４９，５０により固定され、片面反射鏡３６の一端は固定部４６によりベース４２に固定されたＰＺＴ４４に取り付けられている。

この２つの共振器（第１フィルタ３２及び第２フィルタ３３）は複合共振器を構成する。なお、反射鏡は、例えばＡＲコーティング等を施した誘電体多層膜ミラーとすることができる。

両ＰＺＴ４３，４４は、一方は伸張させ他方は収縮させ、その伸張長さと収縮長さを、同じ変化量ΔＬとすることにより、２つの共振器（第１フィルタ３２，第２フィルタ３３）の間隔を互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせることができる。

片面反射鏡３５を例えばΔＬだけ図１５の左方に移動させると、片面反射鏡３５と片面反射鏡３４Ａとの距離はＬ＋ΔＬとなり、他方、片面反射鏡３６を例えばΔＬだけ図１５の左方に移動させると、片面反射鏡３６と片面反射鏡３４Ｂとの距離はＬ−ΔＬとなり、同じ変化量ΔＬだけ共振器間隔が増減する（図１５（ｂ））。

図１６は、上記構成の可変損失傾斜補償器において、ＰＺＴの印加電圧に対する透過率波長特性の測定結果を示している。

また、この測定結果に基づいて得られる可変損失傾斜補償器の補償器特性を以下の表２に示す。

表２によれば、ＰＺＴへの印加電圧を０〜２５Ｖまで変化させることによって、３５ｎｍの波長帯において−０．１ｄＢ，１．０ｄＢ，４．０ｄＢ，５．４ｄＢの４種類の損失傾斜が得られ、−０．１ｄＢ〜５．４ｄＢの連続的な損失傾斜制御が可能となる。

次に、本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様について図１７〜図２４を用いて説明する。

本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様は、ファイバコアに２つのファイバグレーティングを間隔を開けて配置してなる共振器により可変波長フィルタを構成し、この２つのファイバグレーティングを光路上に２組配置する。一方の共振器のファイバコアは光軸方向に圧縮させ、他方の共振器のファイバコアは光軸方向に伸張させる。この圧縮と伸張とを同時に行うことで、互いに逆方向に波長をシフトさせる。

一方の共振器のファイバコアを光軸方向に圧縮することにより短波長側に波長シフトさせ、他方の共振器のファイバコアを光軸方向に伸張させることにより長波長側に波長シフトさせる。２組の共振器におけるファイバコアの圧縮量と伸張量を等量とすることにより、互いに逆方向に波長をシフトさせ、中心波長を変えることなく合成透過特性の傾斜のみを変化させる。

ここで、ファイバグレーティングは、例えば光ファイバのコアに紫外線を照射させて周期的な屈折率分布を形成したもので、この周期的な屈折率分布によりファイバを伝搬する光はグレーティングにより定まる特定の波長にみを反射する波長フィルタとして動作する。

図１７はファイバグレーティングを説明するための図であり、ファイバコア１１０に周期的な屈折率分布であるファイバグレーティング１１１が形成される。グレーティング間隔をΛ、長さをＬとしたとき、ファイバグレーティングの透過率Ｔは、
Ｔ＝１−（（κ_cl ^(m)2 ／（φ^(m)2＋κ_cl ^(m)2）・sin^２（（φ^(m)2＋κ_cl ^(m)2）^1/2・Ｌ／２） （３）

なお、φ^(m)＝２δ^(m)は＋κ_cｏであり、κ_cl ^(m)はコアモードと方位方向のモード番号ｌ＝１のｍ次クラッドモードとの結合効率、κ_cｏはコアモードとそれ自身の結合効率である。図１８はファイバグレーティングの透過特性の一例である。

図１９は、可変波長位相シフトファイバグレーティングを説明するための図である。可変波長位相シフトファイバグレーティング６０は、２つのファイバグレーティング１１１Ａと１１１Ｂとを、その間に屈折率変化がない位相シフト部ΔＬを挟んで連結して構成される。なお、ファイバグレーティング１１１Ａの長さはＬ１とし、ファイバグレーティング１１１Ｂの長さはＬ２とし、グレーティング間隔はΛとする。

ファイバグレーティングの中心波長は主にグレーティング間隔Λによって決まり、このグレーティング間隔Λはファイバの伸縮により制御することができるため、ファイバを伸縮させることによりファイバグレーティングの中心波長を制御することができる。

図２０（ａ）は可変波長位相シフトファイバグレーティング６０を圧縮した状態を示し、図２０（ｂ）は可変波長位相シフトファイバグレーティング６０を伸張した状態を示している。可変波長位相シフトファイバグレーティング６０を伸縮させることにより、グレーティング間隔ΛをδΛ変化させる。

図２１は可変波長位相シフトファイバグレーティングによる透過率波長特性の一例であり、グレーティング間隔Λの変化δΛに応じてファイバグレーティングの中心波長が変化することを示している。

本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様は、この可変波長位相シフトファイバグレーティングを２つ用いて構成する。

図２２は本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の一構成例を説明するための図である。可変損失傾斜補償器６１は、２つの可変波長位相シフトファイバグレーティング６２，６３を所定間隔を開けて同一光路上に配置し、一方の可変波長位相シフトファイバグレーティングを圧縮させ、他方の可変波長位相シフトファイバグレーティングを伸張させる。可変波長位相シフトファイバグレーティングを圧縮させることにより中心波長は左方（短波長側）にシフトし、他方、可変波長位相シフトファイバグレーティングを伸張させることにより中心波長は右方（長波長側）にシフトする。

本発明の可変損失傾斜補償器は、この２組の可変波長位相シフトファイバグレーティングにおけるファイバコアの圧縮量と伸張量を等量とし、互いに逆方向にシフトさせた透過率波長特性を合成することにより、中心波長を変えることなく合成透過特性の傾斜のみを変化させる。

図２３は、本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様による透過率波長特性を示している。この透過率波長特性は、２つの可変波長位相シフトファイバグレーティングによる透過率波長特性を合成した合成透過率波長特性であり、ファイバコアの圧縮量及び伸張量δΛを変化させることにより、所定波長帯において中心波長を変えることなく傾斜のみが変化している。この透過率波長特性の傾斜部分をＣバンド帯と呼ばれる波長帯にくるようにグレーティング間隔Λを設定することによって、可変損失傾斜補償器として動作させることができる。

図２４は表３に示すパラメータを用いたシミュレーション結果である。このシミュレーション結果によれば、表４に示されるような可変損失傾斜補償器の特性（損失傾斜（Ｃバンド帯）、挿入損失、線形誤差）を得ることができる。

以下、本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の構成例を図２７〜図２９を用いて説明する。

図２７に示す構成例において、可変損失傾斜補償器６１は２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３を備え、両端には連結部７１により互いに連結された保持部７６，７７が取り付けられ、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分には一端がベース７２に固定された固定部７４が取り付けられる。また、一方の保持部７７（又は７６）には、一端が固定部７５を介してベース７２に固定されたＰＺＴ７３が取り付けられる。

この構成において、ＰＺＴ７３を駆動すると、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分が固定部７４で固定され、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各他方の端部は連結部７１を介して保持部７６，７７で保持されているため、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３は一方は伸縮され、他方は圧縮される。

図２７（ａ）は初期状態を示している。この初期状態では、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３のファイバコアは初期長さに設定される。初期状態は、ＰＺＴ７３に印加する電圧を零あるいは所定電圧とすることにより設定することができる。所定電圧を印加した場合には、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各ファイバコアを初期長さに設定することができる。

図２７（ｂ）は、ＰＺＴ７３を圧縮した状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は伸張され、位相シフトファイバグレーティング６２は圧縮される。一方、図２７（ｃ）は、ＰＺＴ７３を伸張した状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は圧縮され、位相シフトファイバグレーティング６２は伸張される。

図２８は、第２の態様の別の構成例を示している。図２８に示す構成例において、可変損失傾斜補償器６１は２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３を備え、両端は固定部７７，７６によりそれぞれ固定部７５，７９を介してベース７２に固定されたＰＺＴ７３，７８に固定部が取り付けられ、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分には一端がベース７２に固定された固定部７４が取り付けられる。

この構成において、ＰＺＴ７３，７８を互いに逆方向に駆動すると、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分が固定部７４で固定され、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各他方の端部にはＰＺＴ７３，７８が取り付けられているため、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３は一方は伸縮され、他方は圧縮される。

図２８（ａ）は初期状態を示している。この初期状態では、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３のファイバコアは初期長さに設定される。初期状態は、ＰＺＴ７３，７８に印加する電圧を零あるいは所定電圧とすることにより設定することができる。所定電圧を印加した場合には、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各ファイバコアを初期長さに設定することができる。

図２８（ｂ）は、ＰＺＴ７３を圧縮しＰＺＴ７８を伸張した状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は伸張され、位相シフトファイバグレーティング６２は圧縮される。一方、図２８（ｃ）は、ＰＺＴ７３を伸張しＰＺＴ７８を圧縮した状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は圧縮され、位相シフトファイバグレーティング６２は伸張される。

図２９は、第２の態様の更に別の構成例を示している。図２９に示す構成例において、可変損失傾斜補償器６１は２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３を備え、両端はそれぞれ固定部７６，７７によりベース７２に固定され、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分には一端がベース７２に固定されたＰＺＴ７９が取り付けられる。

この構成において、ＰＺＴ７９を湾曲駆動すると、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の中間部分が固定部７４で固定され、位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各他方の端部が固定部７６，７７で固定されているため、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３は一方は伸縮され、他方は圧縮される。

図２９（ａ）は初期状態を示している。この初期状態では、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３のファイバコアは初期長さに設定される。初期状態は、ＰＺＴ７９に印加する電圧を零あるいは所定電圧とすることにより設定することができる。所定電圧を印加した場合には、２つの位相シフトファイバグレーティング６２，６３の各ファイバコアを初期長さに設定することができる。

図２９（ｂ）は、ＰＺＴ７９を固定部７６側に湾曲させた状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は伸張され、位相シフトファイバグレーティング６２は圧縮される。一方、図２８（ｃ）は、ＰＺＴ７９を固定部７７側に湾曲させた状態を示している。これにより、位相シフトファイバグレーティング６３は圧縮され、位相シフトファイバグレーティング６２は伸張される。

なお、図２７〜図２９の示す構成は一例に過ぎず、光路上で連結される２つの位相シフトファイバグレーティングを互いに逆方向に圧縮、伸張させる機構を備える他の構成とすることもできる。

次に、本発明の可変損失傾斜補償器を備えた波長多重通信システムについて図３０を用いて説明する。

図３０に示す波長多重通信システムの構成は、従来知られる波長多重通信システムの構成と同様とすることができる。

図３０において、複数の光送信機２０１から出力された波長が異なる光信号は、光マルチプレクサ２０２において波長分割多重され、これにより得られた波長分割多重信号（ＷＤＭ信号光）は、光伝送路２０３に送出される。

光伝送路２０３は、光ファイバ伝送路２１１中に損失補充用の光増幅器２１２と利得等化器２１３を備える。光伝送路２０３により送られた波長分割多重信号は光デマルチプレクサ２０４によって波長にしたがって個々の光信号に分離され、光受信機２０５に供給される。

本発明の可変損失傾斜補償器は、この波長多重通信システム中の利得等化器２１３あるいは光増幅器２１２内に適用することができる。

図３１は、本発明の可変損失傾斜補償器を利得等化器に適用した場合の概略構成例である。利得等化器２１３は光ファイバ伝送路２１１上にビームスプリッタ２１３ａと本発明の可変損失傾斜補償器２１３ｅを設置する。ビームスプリッタ２１３は光ファイバ伝送路２１１を通る光信号の一部を分離する。分離した光信号は光ディテクタ２３１ｂにより検出し、強度モニタ２１３ｃにより光ファイバ伝送路２１１を通る光信号の強度を監視する。

電圧制御回路２１３ｄは、可変損失傾斜補償器２１３ｅが備える駆動手段（ＰＺＴ２１３ｆ）に印加する電圧を制御する回路であり、強度モニタ２１３ｃで検出した光信号の強度特性の損失傾斜が所定波長域内で一定となるような電圧を形成する。可変損失傾斜補償器２１３ｅは、電圧制御回路２１３ｄから供給される電圧を受け、光ファイバ伝送路２１１を通る光信号の損失傾斜を調整し、所定波長域内の光信号の強度特性を一定に制御する。

なお、図３１では、光ファイバ伝送路２１１の上流側に強度モニタ２１３ｃを配置し、下流側に可変損失傾斜補償器２１３ｅを配置する構成を示しているが、上流側に可変損失傾斜補償器２１３ｅを配置し、下流側に強度モニタ２１３ｃを配置する構成とすることもできる。

上記の態様では、Ｃバンド帯の波長帯における損失傾斜を制御する例を示しているが、他の波長帯においても同様に損失傾斜を制御することができる。

本発明の態様によれば、半透明鏡あるいは可変波長位相シフトファイバグレーティングの組み合わせにより構成することができるため、簡易な構造で可変損失傾斜補償器を構成することができる。

本発明の態様によれば、偏波依存性がない可変損失傾斜補償器を構成することができる。

本発明の第１の態様によれば、半透明鏡の移動をＰＺＴで行うため、電気的な制御が容易となる。また、制御電圧が５Ｖ以下であるため、低電圧制御が可能となる。

本発明の第１の態様態様によれば−６．７ｄＢ〜＋６．７ｄＢで損失傾斜を制御することができ、第２の態様態様によれば、グレーティング間隔を０〜０．８μｍに変化させることで−６．１ｄＢ〜＋５．８ｄＢで損失傾斜を制御することができる。

本発明の第１の態様によれば、挿入損失を０．８〜３．６ｄＢに抑えることができる。

本発明の第１の態様によれば、中央の半透明鏡あるいは、両側の半透明鏡を移動することにより、ＷＤＭで主に使用されるＣバンド帯（１５３０〜１５６５ｎｍの波長帯）の損失傾斜を制御することができる。

本発明の可変損失傾斜補償器の構成を説明するための概略図である。 本発明の可変損失傾斜補償器による損失波長特性を説明するための損失波長特性図である。 本発明の可変損失傾斜補償器に用いるフィルタを説明するための概略図である。 反射率Ｒの変化に対する透過率波長特性を示す図である。 エタロンフィルタの透過率波長特性を示す図である。 エタロンフィルタの共振器間隔変化による透過特性変化図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の構成を説明するための図である。 共振器間隔の変化量ΔＬの変化に伴う、２つのフィルタの透過率波長特性の合成透過率波長特性を示す図である。 合成したフィルタの透過率波長特性のシミュレーション結果を示す図である。 損失傾斜がＣバンド帯に位置する３種類の初期共振器間隔Ｌについてのシミュレーション結果を示す図である。 初期共振器間隔Ｌと損失傾斜位置との関係を示す図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様の一構成例である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様を製作する手順を説明する図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様におけるＰＺＴの印加電圧に対する透過率波長特性の測定結果を示す図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様の他の構成例である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第１の態様の他の構成例におけるＰＺＴの印加電圧に対する透過率波長特性の測定結果を示す図である。 ファイバグレーティングを説明するための図である。 ファイバグレーティングの透過特性の一例を示す図である。 可変波長位相シフトファイバグレーティングを説明するための図である。 可変波長位相シフトファイバグレーティングを説明するための図である 可変波長位相シフトファイバグレーティングによる透過率波長特性の一例である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の一構成例を説明するための図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様による合成透過率波長特性を示す図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様のシミュレーション結果を示す図である。 ３２チャンネル，５Ｇｂ／ｓの波長多重通信システムにおける各チャンネルの光強度分布の一例を示す図である。 損失傾斜補償器の原理を説明するための概略図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の構成例を説明するための図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の別の構成例を説明するための図である。 本発明の可変損失傾斜補償器の第２の態様の更に別の構成例を説明するための図である。 本発明の可変損失傾斜補償器を備える波長多重通信システムを説明するための概略図である。 本発明の可変損失傾斜補償器を利得等化器に適用した場合の概略構成例である。

符号の説明

１，１１，３１、６１…可変損失傾斜補償器
２，１２，３２…第１フィルタ
３，１３，３３…第２フィルタ
４，４ａ，４ｂ，１４，３４ａ，３４ｂ…半透明鏡
５，６，１５，１６，３５，３６…半透明鏡
７〜１０，１７〜２０，３７〜４０…反射膜
２１，７１…連結材
２２，４２，７２…ベース
２３…ＰＺＴ
２４…固定部
２５…スペーサ
４３，４４，７３，７８…ＰＺＴ
４５〜５０，７４，７５，７９…固定部
６０，６２，６３…位相シフトファイバグレーティング
７１…連結部
７６，７７…保持部
１００…フィルタ
１０１，１０２…半透明鏡
１１０…ファイバコア
２０１…光送信機
２０２…光マルチプレクサ
２０３…光伝送路
２０４…光デマルチプレクサ
２０５…光受信機
２１１…光ファイバ伝送路
２１２…光増幅器
２１３…利得等化機
２１３ａ…ビームスプリッタ
２１３ｂ…光ディテクタ
２１３ｃ…強度モニタ
２１３ｄ…電圧制御回路
２１３ｅ…可変損失傾斜補償器
２１３ｆ…ＰＺＴ
１１１，１１１Ａ，１１１Ｂ…ファイバグレーティング
Ｆ１，Ｆ２…可変波長フィルタ

Claims (12)

1. 同一の光信号に対して、光信号の波長の長波長側への波長シフトと短波長側への波長シフトとを順次行い、互いに逆方向の波長シフトを組み合わせることにより光信号の波長強度を制御することを特徴とする可変損失傾斜補償器。
2. 光信号の波長を長波長側へ波長シフトする可変波長フィルタと、短波長側へ波長シフトする可変波長フィルタとを同一光路上で光学的に接続したことを特徴とする可変損失傾斜補償器。
3. 入射光の透過波長をシフトさせる可変波長フィルタを光路上に複数備え、
   一方の可変波長フィルタは透過光を長波長側に、他方の可変波長フィルタは透過光を短波長側に波長シフトさせることを特徴とする可変損失傾斜補償器。
4. 前記可変波長フィルタは、半反射鏡の反射面をその間隔を変更可能に対向配置させる共振器であり、
   一方の共振器は前記間隔を広げることにより透過光の波長を長波長側にシフトさせ、他方の共振器は前記間隔を狭めることにより透過光の波長を短波長側にシフトさせることを特徴とする、請求項３に記載の可変損失傾斜補償器。
5. 両面に反射膜を備える両面反射鏡と、前記反射鏡と対向する面に反射膜を備える２つの片面反射鏡とを備え、
   両片面反射鏡間を所定距離に保持すると共に両面反射鏡を挟んで配置し、
   一方の片面反射鏡と両面反射鏡とにより構成される一方の共振器と、他方の片面反射鏡と両面反射鏡とにより構成される他方の共振器とにより複合共振器を構成し、
   前記両面反射鏡と前記２つの片面反射鏡との相対的な移動により、２つの共振器の間隔を互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせることを特徴とする、可変損失傾斜補償器。
6. ２つの片面反射鏡の各反射膜を互いに対向配置させてなる共振器を光路上に２組配置して複合共振器を構成し、
   前記各共振器の片面反射鏡間の間隔を、両共振器で互いに逆方向に増減させて、互いに逆方向に波長をシフトさせることを特徴とする、可変損失傾斜補償器。
7. 前記可変波長フィルタは、ファイバコアに２つのファイバグレーティングを間隔を開けて配置して構成される共振器であり、
   前記共振器を光路上に２組配置し、
   前記一方の共振器のファイバコアの光軸方向の圧縮と、前記他方の共振器のファイバコアの光軸方向の伸張を行い、互いに逆方向に波長をシフトさせることを特徴とする、請求項２に記載の可変損失傾斜補償器。
8. 前記圧縮と伸張とを同時に行うことを特徴とする、請求項７に記載の可変損失傾斜補償器。
9. 前記長波長側の波長シフトと短波長側の波長シフトのシフト量の大きさは同じであり、同時に波長シフトさせることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の可変損失傾斜補償器。
10. 波長多重通信信号を伝送する光伝送路と当該光伝送路の接続される可変損失傾斜補償器とを備え、
    前記可変損失傾斜補償器は、前記波長多重通信信号を長波長側への波長シフトと短波長側への波長シフトとの組み合わせにより損失傾斜を補償することを特徴とする波長多重通信システム。
11. 前記可変損失傾斜補償器は、波長多重通信信号を長波長側に波長シフトさせる第１の可変波長フィルタと、波長多重通信信号を短波長側に波長シフトさせる第２の可変波長フィルタとを備え、
    第１の可変波長フィルタと第２の可変波長フィルタとを光路上で従属接続させることを特徴とする、請求項１０に記載の波長多重通信システム。
12. 波長多重通信信号を伝送する光伝送路に、請求項１乃至請求項９の何れか１つに記載の可変損失傾斜補償器を接続したことを特徴とする波長多重通信システム。

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