JP2005244261A

JP2005244261A - 多チャンネル光変調装置および多チャンネル光送信装置

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Publication number: JP2005244261A
Application number: JP2004032902A
Authority: JP
Inventors: Yasumasa Suzaki; 泰正須崎; Hiroshi Yasaka; 洋八坂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: JP4230934B2

Abstract

【課題】波長可変の多波長発生光源から出力される光の波長が、ブロック単位で変更されても、光変調ができるようにする。
【解決手段】多波長発生光源１０１は、波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとして、出射光の波長をブロック単位で変更できる。多チャンネル光変調装置１１０は、分波器１１１と、複数の光変調器１１２と、合波器１１３を有しており、分波器１１１及び合波器１１３は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有している。このため、多波長発生光源１０１から出射される光の波長がブロック単位で変更されても、多チャンネル光変調装置１１０にて光変調ができる。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は光情報通信等で用いられる多チャンネル光変調装置および多チャンネル光送信装置に関する発明である。

近年、光通信はその大容量、超高速性により多くの情報通信網で用いられている。このような光通信網では発光素子や受光素子などの光半導体部品が広く利用されており、その研究開発が盛んである。光半導体部品の研究開発は半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）、光変調器（ＥＡＭ）のような個別部品は勿論のこと、ＬＤに代表されるアクティブ光デバイスや多モード干渉計（ＭＭＩ）やアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ）に代表されるパッシブ光デバイスなどを半導体基板上にモノリシック集積することも精力的に行われている。

光通信の大容量化を実現するため、ファイバ内に波長の異なる多数の光信号を伝搬させる波長分割多重（ＷＤＭ）伝送方式が用いられている。この方式では多数の光信号を１本のファイバで伝送することができるため低コストで大容量化を実現できる。この場合、異なる波長、すなわち多数のチャンネルの光を大量に用意する必要があり、その低コスト化が非常に重要となる。

このような光源を実現するためには、一つの半導体レーザで多波長の光を発生できることが望ましく、例えばスーパーコンテニウム光源やモードロック半導体レーザを用いたような多波長発生光源が開発されている。このような光源では各チャンネルに対応した複数のチャンネル光が一括して出力されるため、各チャンネル光を分離して、かつ個別の光信号に変調できる多チャンネル光変調装置が必要である。

Y. Suzaki et al., "2.5-Gb/s Operation of Monolithically Integrated Eight-Channel WDM Modulator Module with 25-GHz Channel Spacing" Technical Digest of Optical Fiber Communication conference & exposition, TuG4, 2003 電子情報通信学会技術研究報告ＶＯＬ．１０３，ＮＯ．２７２（ＯＰＥ２００３１１８−１３０）ＰＡＧＥ．３５−３８，２００３「モノリシック集積型多チャンネル変調素子」

図５に示すように、このような多チャンネル光変調装置１０は、分波器１１、光変調器１２及び合波器１３、で構成されている（例えば、Y. Suzaki et al., “2.5-Gb/s Operation of Monolithically Integrated Eight-Channel WDM Modulator Module with 25-GHz Channel Spacing” Technical Digest of Optical Fiber Communication conference & exposition, TuG4, 2003）。

入射光は分波器１１で各チャンネルに分波され、チャンネル数だけある光導波路に結合される。その後、光変調器１２で変調を受けて合波器１３ですべてのチャンネル光を出力ポートに合波して出力する。

一般的に多波長発生光源１からは、多チャンネル光変調装置１０のチャンネル数に比べて多数のチャンネル光が出力されるため、合分波器（分波器１１及び合波器１３）は必要なチャンネルだけを抜き出す必要がある。一方、合分波器（分波器１１及び合波器１３）は原理上、同一ポートに回折次数の異なる異波長の光が合分波される。この次数が１つだけ違う波長同士の間隔をＦＳＲ（Free Spectral Range)と呼んでいる。

従って、所望の波長の光のみを所望のポートから合分波するためには合分波器（分波器１１及び合波器１３）のＦＳＲを多波長発生光源から出力される光のチャンネル数の波長幅より大きく取り、同一ポートに他のチャンネル光が入らないように設計している。

ここで次のような伝送システムを構築することを考える。同時に利用するチャンネル（波長）数は８で、１６ｃｈを１つのブロックとして１６のブロックを切り替え可能とし、全体で１２８ｃｈのチャンネルを扱う。適用例として伝送先のノードが１６あり、それに対して８本ずつのチャンネルが割り当てられてあって、ブロックを切り替えることで伝送先のノードを選択できる。

このシステムで従来の多チャンネル光変調装置を用いると、特定の８ｃｈにしか対応できないため、図３（ａ）に示すように、１６個の設計の異なる多チャンネル光変調装置１０−１〜１０−１６を並列に並べ、波長可変の多波長発生光源１のブロックが切り替えられる度に、光スイッチ３等により光経路を変更する必要がある。これでは各ブロックに対して、個別に図５の装置を用意することとなり、同一装置で代用する場合に比べて、作製誤差などを考慮すると大幅な歩留まりの低下を招く。

上記課題を解決する本発明に係る多チャンネル光変調装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生し、その波長をブロックごとに可変できる多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できることを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光変調装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生する多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できることを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光変調装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとし、波長をブロック単位で可変可能な多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
前記多波長発生光源から発生した光が入射されるとＮ個のチャンネルに分波して出力する分波器と、
前記分波器で分波された各チャンネルの光が個別に入力され、入力された光を変調して出力する複数の光変調器と、
前記光変調器で変調された各チャンネルの光を合波して出力する合波器とを具備し、
しかも、前記分波器は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有することを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光変調器に係る構成は、
同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする。

上記課題を解決する本発明に係る多チャンネル光送信装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生し、その波長をブロックごとに可変できる多波長発生光源と、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できる多チャンネル光変調装置とで構成されることを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光送信装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生する多波長発生光源と、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できる多チャンネル光変調装置とで構成されることを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光送信装置の構成は、
波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとし、波長をブロック単位で可変可能な多波長発生光源と、
多チャンネル光変調装置とから構成され、
前記多チャンネル光変調装置は、
前記多波長発生光源から発生した光が入射されるとＮ個のチャンネルに分波して出力する分波器と、
前記分波器で分波された各チャンネルの光が個別に入力され、入力された光を変調して出力する複数の光変調器と、
前記光変調器で変調された各チャンネルの光を合波して出力する合波器とを具備し、
しかも、前記分波器は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有することを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光送信装置の構成は、
上記多チャンネル光変調装置は、同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする。

また本発明に係る多チャンネル光送信装置の構成は、
上記多波長発生光源と多チャンネル光変調装置とが、同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする。

本発明によれば、異なった波長のチャンネル光に一つまたは少数の異なる設計の素子で対応することができる多チャンネル光変調装置が実現でき、生産性およびコストを大幅に向上できる多チャンネル光変調装置および多チャンネル光送信装置が実現できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について詳しく述べる。

図１（ａ）は本発明の基本的な構成を示している。本多チャンネル光送信装置は多波長発生光源１０１と多チャンネル光変調装置１１０からなる。

多波長発生光源１０１は、チャンネル数Ｎ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生し、出力する。多波長発生光源１０１としては色々な形態が考えられ、数波から数百波までの発生が可能である。しかし、発生本数を多くするにはパルス幅を狭くする必要があるため安定して発生させることが困難となる。また光強度は各波長光に分配されるため、結果として各波長の光強度が弱くなり、実用上問題となる場合がある。従って簡便な多波長発生光源１０１としては十数波を安定して高光強度で発生できるものが実用上望ましい。この多波長発生光源１０１は、波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとし、波長をブロック単位で可変可能な光源である。

多チャンネル光変調装置１１０は、Ｎ個の光変調器１１２と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器（分波器１１１と合波器１１３）をもち、上記の多波長発生光源１０１のブロック波長を変化させても、上記の光変調器１１２で変調できるように設計することで、同一素子または設計の異なる少数の素子を用意するだけで多数のチャンネル数をカバーできる。

つまり、分波器１１１は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有しており、また合波器１１３も、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有している。
なお、合分波器（分波器１１１と合波器１１３）のいずれもが前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有している必要はなく、少なくとも、分波器１１１が、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有していればよい。

基本原理は以下の通りである。まず、複数のチャンネル光が多チャンネル光変調装置１１０に入射されると、入射されたチャンネル光は分波器１１１により分波される。ここで、Ｎ個のチャンネル光は各々の光導波路へ結合するが、ＦＳＲ内のそれ以外の光、すなわちガードチャンネルの光は導波路に結合することが出来ないためすべて除去される。Ｎ個のチャンネル光は変調器１１２および合波器１１３を通過して出力ポートから出力される。このように多波長発生光源１０１で発生するチャンネル光の波長幅をＦＳＲ以下にすることで必要なチャンネル光のみ選択的に変調することが可能である。

ここで、多波長発生光源１０１で発生するチャンネル光の中心波長を、図１（ｂ）のように、ＦＳＲだけ動かすと、多チャンネル光変調装置１１０では、上記と同様に必要なＮ個のチャンネル光のみ選択、変調されて出力ポートより出力される。このように同一装置を用いていても、異なる波長のチャンネル光を変調することが可能となる。

例えば合分波器（分波器１１１と合波器１１３）のＦＳＲをチャンネル数と同じＮとすることで、一種類の素子ですべてのチャンネルをカバーできる。Ｎが８、光源から出力されるチャンネル光の数が８、システム全体で必要とされるチャンネル数が１２８の場合には、従来例では上記のように設計の異なる１６種類の素子が必要となるのに対し、本発明では１種類の素子で対応することができる。

これは同一設計ですべての素子を大量に作製すればよいため、歩留まりなどの点で生産性を大幅に向上させることができる。但し、一般にはモードロックＬＤなどの多波長発生光源から発生するチャンネル光の数は厳密には制御できないため、このようなガードチャンネルのない構成とする場合には、不要なチャンネル光を除去するための波長フィルタが必要となると考えられる。

また多波長発生光源１０１から出力されるチャンネル数がＮの２倍である１６になった場合は、合分波器（分波器１１１と合波器１１３）のＦＳＲをＮの２倍である１６とすることで必要なチャンネルを変調でき、かつ不要なチャンネル光は導波路に結合されないため除去できる。この場合には２種類の設計の異なる素子を用意する必要があるが従来例の１６種類に比べて、依然として大幅に生産性を向上することができる。

さらにすべての素子をＩｎＰ基板上に集積すると個別素子で作製した場合に比べて、素子間の光軸調整点を大幅に削減できる。例えば上記の場合、合分波器（分波器１１１と合波器１１３）と光変調器１１２との接続部分は合計で１６カ所あるが、モノリシック集積ではこれらの光軸調整は必要ない。従って実装工程の簡略化と低廉化が可能となる。

以上のように本発明の多チャンネル光変調装置では、少ない種類の素子を用意することで多数のチャンネルに対応することができ、生産性を大幅に向上できる。

以下に本発明の実施例に係る多チャンネル光送信装置について、図２を用いて述べる。本実施例に係る多チャンネル光送信装置は、多波長発生光源２０１と、多チャンネル光変調装置２１０により構成されている。

多チャンネル光変調装置２１０は、ＩｎＰ基板上に、合分波器となる二つのＡＷＧ２１１，２１２と、チャンネル数に対応したＥＡＭアレイ２１３と、接続導波路２１４が集積されて構成されている。ここでチャンネル数は８とし、両ＡＷＧ２１１，２１２のＦＳＲはチャンネル数の２倍の１６チャンネル分の波長幅とする。なお、光信号の入出力のためのレンズ２２０，２２１が備えられている。

実際の素子作製はまず、ｎ−ＩｎＰ基板上において、ＥＡＭ領域にはＧａＩｎＡｓＰＥＡＭ活性層とｐ−ＩｎＰクラッド層を、ＡＷＧ領域および接続導波路領域にはＧａＩｎＡｓＰＡＷＧ導波路層とｉ−ＩｎＰクラッド層を有機金属気相成長法により選択成長する。次にＣｌ₂ 系の反応性イオンエッチングにより、すべての導波路層をハイメサ構造に加工する。また、ＥＡＭアレイは逆電圧を印加するため電極が形成する。また両端面にある入出力導波路には無反射コーティングを施す。

多波長発生光源２０１は、活性領域２０２と、変調領域２０３、およびＤＢＲ領域２０４からなるモードロック光源を用いる。変調領域２０２にはチャンネル間隔に対応した周波数の変調信号を供給することでモードロック動作を行い、ＤＢＲの反射帯域を８チャンネル分の波長幅に設定することで１０本程度のチャンネル光を発生させる。発生した光はレンズ２０５を介して出射される。

上記の多波長発生光源２０１から出力した光を、光ファイバ２２２で接続しレンズ２２０を介して多チャンネル光変調装置２１０に入力し、多チャンネル光変調装置２１０の各ＥＡＭアレイ２１３に個別の変調信号を印加することで、８チャンネルのみの光信号を出力することができる。多チャンネル光変調装置２１０から出力した光信号は、レンズ２２１及び光ファイバ２２３を介して送出される。

ここで従来例と本発明の差異を、具体的なシステム構成で簡単に示す。
上記でも簡単に述べたが、次のような伝送システムを構築することを考える。同時に利用するチャンネル（波長）数は８で、１６ｃｈを１つのブロックとして１６のブロックを切り替え可能とし、全体で１２８ｃｈのチャンネルを扱う。

このとき、出力光のチャンネル数が１０程度の多波長発生光源を用い、波長可変機能を用いることでチャンネル波長を１６のブロックに対応して切り替えられるように設計する。また多チャンネル光変調装置では合分波器のＦＳＲはガードチャンネルを加えて１６ｃｈとして、同時に利用する８波以外の不要な光を除去できるようにする。

このシステムで従来の多チャンネル光変調装置を用いると、前述のように１つのブロックにしか対応できないため、図３（ａ）に示すように、１６個の設計の異なる多チャンネル光変調装置１０−１〜１０−１６を並列に並べ、多波長発生光源１のブロックが切り替えられる度に光スイッチ３等により光経路を変更する必要がある。

一方、本発明では、図３（ｂ）に示すように、多波長発生光源１０１にたったひとつの多チャンネル光変調装置１１０を接続することで同一の機能を実現でき、大幅な小型化や低廉化（光変調装置の必要体積およびコストが１／１６に低減）が可能となる。

上記は同時に利用するチャンネル数を多チャンネル光変調装置のチャンネル数と同じとした本発明で最も効果が大きい場合であるが、同時に利用するチャンネル数が増加した場合でも依然として効果がある。同時に利用するチャンネル数が１２８と増加した場合を考える。

従来の多チャンネル光変調装置では、図４（ａ）に示すように１６種類の設計の異なる多チャンネル光変調装置１０−１〜１０−１６を並列に並べる必要がある。なお、４は１６×１の光結合器である。

本発明でも、図４（ｂ）に示すように、１６個の多チャンネル光変調装置１１０を並列に並べる必要があるが、大きく異なるのは２種類の設計の異なるものしか必要としない点である。これにより前述したように素子の作製歩留まりを大幅に向上できる。なお、１２０は１６×１の光結合器である。

本発明は、多波長発生光源のブロックが切り替えられても、少ない種類の素子を用意するだけで、多チャンネルに対応することができる多チャンネル光送信装置に利用可能である。

本発明の多チャンネル光送信装置の基本構成を示す構成図。本発明の多チャンネル光送信装置の基本構成を示す構成図。本発明の実施例に係る多チャンネル光送信装置を示す構成図。従来の多チャンネル光変調装置を用いた多チャンネル光送信装置を示す構成図。本発明の多チャンネル光変調装置を用いた多チャンネル光送信装置を示す構成図。従来の多チャンネル光変調装置を用いた多チャンネル光送信装置を示す構成図。本発明の多チャンネル光変調装置を用いた多チャンネル光送信装置を示す構成図。従来の多チャンネル光送信装置を示す構成図。

符号の説明

１多波長発生光源
３光スイッチ
４光結合器
１０，１０−１〜１０−１６多チャンネル光変調装置
１１分波器
１２光変調器
１３合波器
１０１多波長発生光源
１１０多チャンネル光変調装置
１１１分波器
１１２光変調器
１１３合波器
２０１多波長発生光源
２０２活性領域
２０３変調領域
２０４ＤＢＲ領域
２０５レンズ
２１０多チャンネル光変調装置
２１１，２１２ＡＷＧ
２１３ＥＡＭアレイ
２１４接続導波路
２２０，２２１レンズ
２２３，２２４光ファイバ

Claims

波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生し、その波長をブロックごとに可変できる多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できることを特徴とする多チャンネル光変調装置。
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生する多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できることを特徴とする多チャンネル光変調装置。
波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとし、波長をブロック単位で可変可能な多波長発生光源から光が入力される多チャンネル光変調装置であって、
前記多波長発生光源から発生した光が入射されるとＮ個のチャンネルに分波して出力する分波器と、
前記分波器で分波された各チャンネルの光が個別に入力され、入力された光を変調して出力する複数の光変調器と、
前記光変調器で変調された各チャンネルの光を合波して出力する合波器とを具備し、
しかも、前記分波器は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有することを特徴とする多チャンネル光変調装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
上記多チャンネル光変調装置は、同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする多チャンネル光変調装置。
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生し、その波長をブロックごとに可変できる多波長発生光源と、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できる多チャンネル光変調装置と、
で構成されることを特徴とする多チャンネル光送信装置。
波長の異なるＮ個のチャンネル光と、０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光とを合わせて１ブロックとしてＮ以上でブロックのチャンネル数以下の光を発生する多波長発生光源と、
Ｎ個の光変調器と、上記ブロックに対応したＦＳＲをもつ合分波器とをもち、上記多波長発生光源のブロック波長を変化させても上記光変調器で変調できる多チャンネル光変調装置と、
で構成されることを特徴とする多チャンネル光送信装置。
波長の異なるＮ個のチャンネル光と０チャンネルまたは数チャンネルのガードチャンネル光を１ブロックとし、波長をブロック単位で可変可能な多波長発生光源と、
多チャンネル光変調装置とから構成され、
前記多チャンネル光変調装置は、
前記多波長発生光源から発生した光が入射されるとＮ個のチャンネルに分波して出力する分波器と、
前記分波器で分波された各チャンネルの光が個別に入力され、入力された光を変調して出力する複数の光変調器と、
前記光変調器で変調された各チャンネルの光を合波して出力する合波器とを具備し、
しかも、前記分波器は、前記１ブロックに対応する波長幅のＦＳＲを有することを特徴とする多チャンネル光送信装置。
請求項５乃至請求項７のいずれか一項において、
上記多チャンネル光変調装置は、同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする多チャンネル光送信装置。
請求項５乃至請求項８のいずれか一項において、
上記多波長発生光源と多チャンネル光変調装置とが、同一の半導体基板上にモノリシック集積されていることを特徴とする多チャンネル光送信装置。