JP2007316128A - 波長選択光スイッチおよび波長選択光スイッチの校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リコンフィギュラブルなＷＤＭネットワーク用低コスト、低損失の波長選択光スイッチを提供すること。
【解決手段】
上記の目的を達成するために本発明に係わる波長選択光スイッチはブラッグ波長がそれぞれ異なるシリーズに繋がった複数のファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を３端子光サーキュレータの出力端の一つのアームに設けそれぞれのＦＢＧの動作が反射、透過モードとなるＦＢＧの温度を自動的に決定する校正方法を採用したことにある。
【選択図】 図５

Description

本発明は波長選択光スイッチおよび波長選択光スイッチの校正方法に関するものである。さらに詳述すれば多段の反射率が可変のＦＢＧと光サーキュレータの組み合わせによる波長選択光スイッチおよび波長選択光スイッチの校正方法に関するものである。

インターネットの急速な普及による今後の通信トラフィックの増大に対応するため光伝送システムの大容量化が必要になっている。このためＷＤＭシステムの波長チャンネルの高密度化が進んでいる。またメトロネットワークは長距離回線とアクセス系に繋がる地域系との中継的な役割をになっておりネットワークをフレキシブルに構成する必要が出てきている。特にノードにおいては遠隔操作で自動的に任意の入力ＷＤＭ信号を任意の出力ポートに出力するいわゆるＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）またはＷＳＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）が運用コスト、設備コストを低減する上で重要な光部品となっている。

従来のＷＳＳの構成に関しては非特許文献１に記載がある。

図１に従来の標準的なＷＳＳの構成図を示す。通常は図１に示すようにＷＤＭ信号１を初段でＡＷＧなどの分波器２で分波し各波長成分ごとに光スイッチ３によって出力ポートにスイッチングし最終段でポートごとに合波器５を用いて合波する。このようにすれば入力信号の任意の波長成分を任意の出力ポート６に切り替えるＷＳＳが構成できる。しかしながらこの従来方式によればＷＤＭ信号の波長数だけスイッチを必要とし、出力ポート数だけ合波器が必要である。また光デバイス数が多いため初段の分波器と光スイッチ間、光スイッチと合波器の間に多数の光接続部が必要となる。従って従来のＷＳＳは部品点数が多くかつ組み立て工数も多いので挿入損失が大きく高価であった。

光スイッチの部分は機械式、ＭＥＭＳミラー式、導波路式、液晶式などが検討されている。しかし基本構成は図１に示された構成となっておりいずれの光スイッチを用いたとしても上述した問題点を含んでいる。

Ｔｈｏｍａｓ Ｓｔｒａｓｓｅｒ，"ＲＯＡＤＭ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"，ＯＦＣＮＦＯＥＣ２００６，Ｓｈｏｒｔ Ｃｏｕｒｓｅ ＳＣ２６１．

本発明の目的は上記の従来技術の問題点を解決して、低損失、低価格の波長選択光スイッチを提供することにある。

上記の目的を達成するためになされた本発明に係わる波長選択光スイッチおよび波長選択光スイッチの校正方法の大きな特徴の１つは、ブラッグ反射波長の設計値が一定間隔の連続したＩＴＵグリッドである複数の光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧともいう）を３端子光サーキュレータの二つの出力端の一つのアームに接続し、それぞれのＦＢＧの温度を変化させて光サーキュレータの二つの出力端における特定波長成分の信号強度の比と温度の関係をＣＰＵのＥＥＲＯＭに記憶させる自動校正法を採用したことにある。

本発明の例としての請求項１に記載の波長選択光スイッチの校正方法は、３端子光サーキュレータとその一つの出力端に置かれたブラッグ反射波長の設計値が一定間隔の連続したＩＴＵグリッドである複数の光ファイバブラッググレーティングとＣＰＵで該光ファイバブラッググレーティングの温度を個別に制御する制御装置からなる波長選択光スイッチの校正方法であって、該光サーキュレータにＷＤＭ信号を入力し、該個別の光ファイバブラッググレーティングの温度を変化させながら該サーキュレータの２つの光出力をモニターし２つのポートに出力される信号の比を該ＣＰＵのＥＥＲＯＭに記憶することを特徴とする波長選択光スイッチの校正方法である。

本発明の例としての請求項２に記載の波長選択光スイッチは、３端子光サーキュレータとその一つの出力端に置かれたブラッグ反射波長の設計値が一定間隔の連続したＩＴＵグリッドである複数の光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧともいう）とＣＰＵで該光ファイバブラッググレーティングの温度を個別に制御する制御装置からなる波長選択光スイッチであって、該光サーキュレータにＷＤＭ信号を入力し、該個別の光ファイバブラッググレーティングの温度を変化させながら該サーキュレータの２つの光出力をモニターし２つのポートに出力される信号の比を該ＣＰＵのＥＥＲＯＭに記憶することを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項３に記載の波長選択光スイッチは、請求項２に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記２つのポートの出力信号強度の比が所定の値に自動校正されることを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項４に記載の波長選択光スイッチは、請求項２または３に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記ＦＢＧがペルテイェ素子によって温度を制御された基板に貼り付けられた状態でパッケージ化されパッケージの温度がヒータで制御されることを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項５に記載の波長選択光スイッチは、請求項２〜４のいずれか１項に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択光スイッチの少なくとも１つの出力端子にゲインイコライザを設けたことを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項６に記載の波長選択光スイッチは、請求項２〜５のいずれか１項に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択スイッチを多段に接続することによってＮ個（Ｎは４以上の整数）の複数ポートの出力端子に入力信号であるＷＤＭ信号をスイッチで切り替えて出力することを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項７に記載の波長選択光スイッチは、請求項６に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記ＷＤＭ信号を２つ以上の波長帯に分離しそれぞれの波長帯のＷＤＭ信号が請求項２に記載の波長選択光スイッチによってそれぞれ複数のポートに出力され、各波長帯の同一の出力ポートの出力をポート毎に合波してなることを特徴とする波長選択光スイッチである。

本発明の例としての請求項８に記載の波長選択光スイッチは、請求項２〜７のいずれか１項に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択光スイッチの前段に光ファイバアンプを設置し各ポートの出力部にチャンネル数がポート数に等しい多チャンネル可変光減衰器を設置しＦＧＢの温度、可変光減衰器の出力レベルを制御する装置を具備したことを特徴とする波長選択光スイッチである。

以上説明したように本発明の波長選択光スイッチは小型、低損失、低コストという特徴を有するためＷＤＭ伝送システムにＲＯＡＤＭとして適用されればダイナミックな光ネットワークが経済的に構成できるので今後の通信トラフィックの急増に対応できる。

図２以下の図を用いて本発明波長選択光スイッチの構造および製造方法の実施例を説明する。なお、本発明の波長選択光スイッチの校正方法については本発明の波長選択光スイッチの説明の中において行うことにする。

図２は本発明に使用する温度制御ＦＢＧの構造を説明する図で、部分的に斜視図と断面図で示した図である。光ファイバのコア７に書き込んだＦＢＧ８をペルティエ素子９の上に銅板１０を介して熱伝導性接着シート１１−１と１１−２で挟み込んで固定した構造となっている。ここではペルティエ素子９、銅板１０、熱伝導性接着シート１１−１，１１−２の厚さはそれぞれ５．６ｍｍ、２ｍｍ、１．０ｍｍのものを用いた。またペルテイェ素子と銅板の間には熱伝導性グリースを用いた。熱伝導性接着シート１１−１と１１−２の熱伝導率は６．５Ｗ／ｍＫのものを用いて実験を行った。
次に図３に波長選択光スイッチに使用する本発明のＦＢＧの製造方法を示す。使用した光ファイバ１２はSMファイバの素線で外径は０．２５ｍｍである。符号１３はコーティングの一部を除去した部分を示す。コーティングを除去した４つの部分にＵＶ照射光源１４と位相マスク１５−１，１５−２，１５−３，１５−４を用いて所定の周期のブラッググレーティング１６−１，１６−２，１６−３，１６−４を書き込み、その後アクリル樹脂１７で除去された光ファイバ素線のコーティング除去部１３をリコートする。このようにして接続部のない４つのＦＢＧが１つのSMF内に構成できる。なお試作したＦＢＧの屈折率の変調周期Λは反射波長域λ（Ｂ）がＩＴＵグリッドになるように下記の（１）式を用いて設定した。

ここで４つのＦＢＧのうちの一つのＦＢＧの温度を制御して反射波長域の温度特性を実験的に確認した。透過損失が３ｄＢ以上の波長域について測定したところ２５度Ｃでは１５３９．４９２ｎｍと１５３９．８８５ｎｍ間（幅０．３９３ｎｍ）であったものが５０度Ｃでは１５３９．７９１ｎｍと１５４０．１９４ｎｍ間（幅０．４０３ｎｍ）と中心波長が０．３６３ｎｍだけ長波長側にシフトした。この結果より温度２５度Ｃでは反射波長域であったものが温度５０度Ｃでは透過波長域となっていることが確認された。

図４で本発明の波長選択光スイッチ（ＷＳＳ）の構成の実施例を示す。入射ポート１から入射したＷＤＭ信号は光サーキュレータ１８を介して本発明の温度制御されたＦＢＧ１９に入射する。ここで波長チャンネル数は４とし各ＷＤＭ信号の波長は等間隔である。各ＷＤＭチャンネルに対応したブラッグ波長のＦＢＧを図３に示す方法で作製し図２に示す構造の温度制御をかけた。温度は２５度Ｃで反射、５０度Ｃで透過するようにブラッグ波長を設定した。ここですべてのＦＢＧの温度を２５度Ｃに設定するとすべての信号はそれぞれの波長に対応したＦＢＧで反射し再び該光サーキュレータ１８を介して出力ポート６−１に出力させる。ここで任意の波長に対応するＦＢＧの温度を５０度Ｃに上昇させればその波長の信号は４つのＦＢＧを透過し出力ポート６−２に出力される。

すなわち温度を２５度Ｃから５０度Ｃに切り替えることによって任意のＷＤＭ入力信号をポート６−１，６−２に切り替えることができる。実験では２５度Ｃの温度変化に要する時間は約１５秒であった。

図５に本発明のＷＳＳの校正系に関する一つの実施例を示す。各ＦＢＧはＣＰＵ２０と電源２１で温度制御される。符号２２は波長可変レーザである。符号２３−１，２３−２は光スペクトルアナライザで、入力のＷＤＭ信号レベルを測定しその出力を電圧で出力できる。光スペクトルアナライザ２３−１，２３−２の出力はＣＰＵ２０のA/D変換器にフィードバックされる。実験では波長λ１，λ２，λ３，λ４におけるＷＤＭ信号成分がＦＢＧ１,ＦＢＧ２,ＦＢＧ３,ＦＢＧ４によって完全に光スペクトルアナライザ２３−１または光スペクトルアナライザ２３−２に切り替えられる２つの温度、ここではおよそ２５度Ｃと５０度Ｃを自動的に求めてＣＰＵに内蔵されるＥＥＲＯＭ（不揮発メモリー）に記録した。

図６に本発明のＷＳＳの一つの実施例の構成図を示す。本構成においては入力部に光ファイバアンプＥＤＦＡ２４を、出力部にゲインイコライザ２６−１，２６−２，２６−３，２６−４を設け図５で示したＷＳＳの基本構成要素を、図６に符号２５−１，２５−２，２５−３で示したように３個配列した。入力ＷＤＭ信号は、まず光ファイバアンプでおよそ１０ｄＢ程度増幅され光サーキュレータ１８−１を介してＦＢＧ群２５−１に入射される。同様に基本構成部としての光サーキュレータ１８−２とＦＢＧ群２５−２，光サーキュレータ１８−３とＦＢＧ群２５−３を図６のように接続する。ここで各ＦＢＧの温度を２５度Ｃと５０度Ｃの２段階に変化させればそれぞれの波長に対応したＦＢＧが反射モードと透過モードに切り替わる。例えば波長１をポート６−１に出力させたいときは、ＦＢＧ群２５−１を反射モード、ＦＢＧ２５−２を反射モードに設定すればゲインイコライザ２６−１を経由してポート６−１に出力させることができる。また波長１をポート６−４に出力させたいときは、ＦＢＧ群２５−１を透過モード、ＦＢＧ２５−３も透過モードに設定すればゲインイコライザ２６−４を経由してポート６−４に出力させることができる。このように個々のＦＢＧの温度を２段階に切り替えることによって任意の波長を任意の出力に切り替えることができる。すなわち１×４の波長選択光スイッチが構成できた。

信号処理部２７は各ＦＢＧの温度を設定の２段階に制御する機能のほかＥＤＦＡの電源供給も行う。

ＦＢＧ部分は恒温槽２８に収納した。なおここで信号処理装置２７にはＦＢＧ２５−１，２５−２，２５−３のそれぞれのＦＢＧが透過および反射モードとなる温度が記憶されたＥＥＲＯＭが内蔵されており入力のＷＤＭ信号が所定の出力端子に出力されるように予めプログラムされている。またゲインイコライザは各出力端子に出力されるＷＤＭ信号強度が等しくなるような機能を有したものでＦＢＧで構成した。ＦＢＧの損失が小さい場合には必ずしも必要ではない。

図７にＷＤＭ信号のチャンネル数が増えた場合の波長選択光スイッチの実施例を示す。図６では４波長の場合を説明したが図７では８波長の場合を示す。はじめに分波器２９で波長１から４までと波長５から８までに分離する。２分された４波の波長群は図６で示した２つの１×４の波長選択光スイッチ３０−１，３０−２でそれぞれ４つのポートに所望のネットワーク接続情報によってスイッチングされる。波長選択光スイッチ３０−２の４つの出力は光サーキュレータ１８−１から１８−４に入力される。ここで各光サーキュレータの入力部にはＦＢＧ３１−１〜３１−４が組み込まれている。これらのＦＢＧは波長５から波長８の波長域の信号成分を反射するように設計されている。従って最終的に８波のＷＤＭ信号を４つの出力に切り替えることができ１×８の波長選択光スイッチが構成できた。

以上説明したように、本発明の波長選択光スイッチは、小型で低損失で低コストであり、光通信に広く使用することができ、今後の通信トラフィックの急増に対応できるものである。

従来の標準的なＷＳＳの構成図である。 本発明の温度制御ＦＢＧの構造を説明する図である。 本発明のＦＢＧの製造方法を説明する図である。 本発明のＷＳＳの基本構成を説明する図である。 本発明のＷＳＳの校正方法の例を示す図である。 本発明のＷＳＳの構成例を説明する図である。 本発明のＷＳＳのＷＤＭチャンネル数を増やした例を説明する図である。

符号の説明

１：入力のＷＤＭ信号
２：分波器
３−１、３−２，３−３：光スイッチ
４：光接続部
５：合波器
６−１，６−２，６−３，６−４：出力ポート４
７：ＳＭファイバのコア
８，１６：ＦＢＧ(ファイバブラッググレーティング)
９：ペルティエ冷却部
１０：銅板
１１−１，１１−２：熱伝導性粘着シート
１２：SM光ファイバ素線
1３：光ファイバ素線のコーティング除去部
１４：UV光源
１５：位相マスク
１７：リコート部分
１８，１８−１，１８−２，１８−３：光サーキュレータ
１９：温度制御されたＦＢＧ
２０：ＣＰＵ
２１：温度制御用電源
２２：波長可変レーザ
２３−１，２３−２：光スペクトルアナライザー
２４：EDFA
２５−１，２５−２，２５−３：ＦＢＧ群
２６−１，２６−２，２６−３，２６−４：ゲインイコライザ
２７：信号制御部
２８：恒温槽
２９：分波器
３０−１，３０−２：１×４ＷＳＳ
３１−１：合波用ＦＢＧ１
３１−２：合波用ＦＢＧ２
３１−３：合波用ＦＢＧ３
３１−４：合波用ＦＢＧ４

Claims (8)

1. ３端子光サーキュレータとその一つの出力端に置かれたブラッグ反射波長の設計値が一定間隔の連続したＩＴＵグリッドである複数の光ファイバブラッググレーティングとＣＰＵで該光ファイバブラッググレーティングの温度を個別に制御する制御装置からなる波長選択光スイッチの校正方法であって、該光サーキュレータにＷＤＭ信号を入力し、該個別の光ファイバブラッググレーティングの温度を変化させながら該サーキュレータの２つの光出力をモニターし２つのポートに出力される信号の比を該ＣＰＵのＥＥＲＯＭに記憶することを特徴とする波長選択光スイッチの校正方法。
2. ３端子光サーキュレータとその一つの出力端に置かれたブラッグ反射波長の設計値が一定間隔の連続したＩＴＵグリッドである複数の光ファイバブラッググレーティング（以下、ＦＢＧともいう）とＣＰＵで該光ファイバブラッググレーティングの温度を個別に制御する制御装置からなる波長選択光スイッチであって、該光サーキュレータにＷＤＭ信号を入力し、該個別の光ファイバブラッググレーティングの温度を変化させながら該サーキュレータの２つの光出力をモニターし２つのポートに出力される信号の比を該ＣＰＵのＥＥＲＯＭに記憶することを特徴とする波長選択光スイッチ。
3. 請求項２に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記２つのポートの出力信号強度の比が所定の値に自動校正されることを特徴とする波長選択光スイッチ。
4. 請求項３に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記ＦＢＧがペルテイェ素子によって温度を制御された基板に貼り付けられた状態でパッケージ化されパッケージの温度がヒータで制御されることを特徴とする波長選択光スイッチ。
5. 請求項３に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択光スイッチの少なくとも１つの出力端子にゲインイコライザを設けたことを特徴とする波長選択光スイッチ。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択スイッチを多段に接続することによってＮ個（Ｎは４以上の整数）の複数ポートの出力端子に入力信号であるＷＤＭ信号をスイッチで切り替えて出力することを特徴とする波長選択光スイッチ。
7. 請求項６に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記ＷＤＭ信号を２つ以上の波長帯に分離しそれぞれの波長帯のＷＤＭ信号が前記波長選択光スイッチによってそれぞれ複数のポートに出力され、各波長帯の同一の出力ポートの出力をポート毎に合波してなることを特徴とする波長選択光スイッチ。
8. 請求項４に記載の波長選択光スイッチにおいて、前記波長選択光スイッチの前段に光ファイバアンプを設置し各ポートの出力部にチャンネル数がポート数に等しい多チャンネル可変光減衰器を設置しＦＧＢの温度、可変光減衰器の出力レベルを制御する装置を具備したことを特徴とする波長選択光スイッチ。
   

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