JP2011048078A - All-order dispersion compensation circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信ネットワークの長距離伝送装置に関し、特に光ファイバの群速度分散と偏波分散を同時に補償する回路に関する。 The present invention relates to a long-distance transmission apparatus for an optical communication network, and more particularly to a circuit for simultaneously compensating for group velocity dispersion and polarization dispersion of an optical fiber.
近年、情報の大容量化及び長距離通信の必要性などに伴って、光ファイバを利用した情報伝達システムが広く普及してきている。 2. Description of the Related Art In recent years, information transmission systems using optical fibers have become widespread with increasing information capacity and the need for long-distance communication.
従来の光通信システムは、線形の光学特性を有する光コンポーネントを用いて構築されており、シンプルではあるが、特性や機能に制限がある。最近においては、数百km〜数千kmにも及ぶ無中継システム或いは光増幅中継システムが実現されつつある。これらのシステムの伝送速度は数Gb/s〜数十Gb/sにも及ぶ高速なものである。また、極めて線形性の良好な光変調器を備えたアナログ光通信システムも実用化されつつある。 Conventional optical communication systems are constructed using optical components having linear optical characteristics, and are simple but have limited characteristics and functions. Recently, a repeaterless system or an optical amplification repeater system extending to several hundred km to several thousand km is being realized. The transmission speed of these systems is as high as several Gb / s to several tens Gb / s. In addition, an analog optical communication system including an optical modulator with extremely good linearity is being put into practical use.
しかし、システムの分散特性により、情報信号の様々なスペクトル成分が様々な群速度でシステム内を伝播する(群速度分散)。その結果、送信機で生成されたスペクトル成分の位相関係とは異なる位相関係になって受信機に到達し、受信機において複数のスペクトル成分が相互に干渉する。 However, due to the dispersion characteristics of the system, various spectral components of the information signal propagate through the system at various group velocities (group velocity dispersion). As a result, a phase relationship different from the phase relationship of the spectral components generated by the transmitter arrives at the receiver, and a plurality of spectral components interfere with each other at the receiver.
また、超高速光伝送及び長距離光伝送では、光伝送路における光信号の群速度が2つの直交する偏波主軸により異なるという偏波モード分散(PMD:Polarization Mode Dispersion)による伝送品質の劣化が大きな問題となる。PMD特性は光ファイバの製造工程や敷設状況に依存し、光ファイバに加わる応力や環境温度の変化により経時変化を示す。 Also, in ultrahigh-speed optical transmission and long-distance optical transmission, transmission quality degradation due to polarization mode dispersion (PMD) in which the group speed of optical signals in an optical transmission line differs depending on two orthogonal polarization main axes. It becomes a big problem. PMD characteristics depend on optical fiber manufacturing processes and installation conditions, and show changes with time due to changes in stress and environmental temperature applied to the optical fiber.
このため、群速度分散及びPMDによる伝送品質劣化は適応的に補償する必要がある。 For this reason, it is necessary to adaptively compensate for transmission quality degradation due to group velocity dispersion and PMD.
従来技術に、空間光学系において分光用回折格子、位相制御用空間光変調器を用いた全分散補償回路の構成がある。全分散とは、群速度分散と偏波分散を意味する。例えば、特許文献1及び非特許文献1には、空間光変調器(Spatial Light Modulator。以下、SLMと略す。)として液晶を用いた位相変調素子アレイを利用することが開示されている。 The prior art has a configuration of a total dispersion compensation circuit using a spectral diffraction grating and a phase control spatial light modulator in a spatial optical system. Total dispersion means group velocity dispersion and polarization dispersion. For example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 disclose using a phase modulation element array using liquid crystal as a spatial light modulator (hereinafter abbreviated as SLM).
添付図面を参照して従来技術を説明する。図1は、従来技術に係る全分散補償回路を説明するための概略図である。全分散補償回路は、センサ102a、102b、分光モジュール103a、103b、コントローラ104、SLM105から構成される。PMDを有する光学システム101は、その分散補償が必要な光学システムである。PMDを有する光学システム101から出てくる光は、特許文献1に係る全分散補償回路に対する入射光111となる。入射光111はまず分光モジュール103aにて波長ごとの成分が空間へと展開・分離される。この光は次段のSLM105に入射して、波長ごとに位相や偏波の成分がそれぞれ所望の位相や偏波になるように補償される。空間に展開・分離され、補償された光は次いで、改めて分光モジュール103bによって1本の光ビーム、すなわち出射光112となり、出力される。ここで、センサ102aは入射光111の一部分を検出し、センサ102bは出射光112の強度の一部分を検出する。検出された信号を基にして、コントローラ104はSLM105に対して必要な電圧制御を行う。
The prior art will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a total dispersion compensation circuit according to the prior art. The total dispersion compensation circuit includes
従来技術は、非特許文献1により詳細に説明されている。図2は、従来技術に係る全分散補償回路の実験の配置である。この配置は、フェムト秒ファイバレーザ201、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier。以下、EDFAと略す。)202、偏波モード分散エミュレータ203、サーキュレータ204a、204b、偏波スペクトル・パルスシェーパ205、広帯域偏波計206b、位相専用パルスシェーパ212、超短パルス測定器213、及びパーソナルコンピュータ214から構成される。ここで、偏波スペクトル・パルスシェーパ205は、広帯域偏波計206a、ミラー207a、液晶変調器アレイ(Liquid Crystal Modulatorアレイ。以下、LCMアレイと略す)208a、レンズ209a、及び回折格子210aから構成され、位相専用パルスシェーパ212は、ミラー207b、LCMアレイ208b、レンズ209b、及び回折格子210bから構成される。
The prior art is described in more detail in Non-Patent Document 1. FIG. 2 shows the experimental arrangement of the total dispersion compensation circuit according to the prior art. This arrangement includes a
フェムト秒ファイバレーザ201、EDFA202、偏波モード分散エミュレータ203の一式は、図1(a)におけるPMDを有する光学システム101を模擬的に代行させる光学系である。偏波モード分散エミュレータ203からの光はサーキュレータ204aによって、偏波スペクトル・パルスシェーパ205へと送られ、そこで偏波分散補償がなされ、再びサーキュレータ204aを経て、次のサーキュレータ204bへと進行する。サーキュレータ204bによって、位相専用パルスシェーパ212へと送られ、そこで位相分散補償がなされ、再びサーキュレータ204bを経て、超短パルス測定器213へと入射する。パーソナルコンピュータ214は、広帯域偏波計206a、206b及び超短パルス測定器213と連動して、LCMアレイ208a、208bへと適当な電圧を印加して、系全体を制御する。
A set of the
次に、偏波スペクトル・パルスシェーパ205の構成と概要を説明する。入射光は回折格子210aとレンズ209aの作用によって、波長ごとの成分が空間へと展開・分離される。この光は次段のLCMアレイ208aに入射して、波長ごとに位相や偏波の成分がそれぞれ所望の位相や偏波になるように補償される。なお、偏波スペクトル・パルスシェーパ205の中でどの波長成分の光もミラー207aにて反射され同じ経路を再び辿って出射されるので、LCMアレイ208aによる補償は往復で適正量になるようにされている。LCMアレイ208aに右から入射し、半分量の補償を受け、ミラー207aで反射され、次に右向きに進行し、LCMアレイ208aによって残りの半分量の補償を受ける。空間に展開・分離され、補償された光は、回折格子210aによって1本の光ビームに多重化され、出射される。位相専用パルスシェーパ212は偏波スペクトル・パルスシェーパ205と同じ構成であるので、説明を省略する。位相専用パルスシェーパ212の中では位相のみの補償がなされる。
Next, the configuration and outline of the polarization spectrum /
上記の先行技術を用いて、全分散を補償できる。しかしながら、従来の全分散補償回路は、空間系で光学定盤上に構成されているため、小型化することが困難である。また、液晶の応答が遅いため、高速に分散補償を行うことも困難である。従来技術では、アレイ導波路回折格子の利用についても言及されているが、現実的構成方法、導波路型の位相制御素子との集積については言及されていない。 Using the above prior art, total dispersion can be compensated. However, since the conventional total dispersion compensation circuit is configured on the optical surface plate in a spatial system, it is difficult to reduce the size. In addition, since the response of the liquid crystal is slow, it is difficult to perform dispersion compensation at high speed. The prior art mentions the use of an arrayed waveguide diffraction grating, but does not mention a practical construction method and integration with a waveguide type phase control element.
以上を鑑みて、本発明の目的は、全導波路型で集積化された、全分散補償回路を構成することである。 In view of the above, an object of the present invention is to configure an all-dispersion compensation circuit integrated in an all-waveguide type.
本発明の一実施形態は、基板上に作成される全分散補償回路であって、この全分散補償回路は、基板の回路素子が形成された面上の光軸方向をz軸、基板の回路素子が形成された面の法線方向をy軸、基板の回路素子が形成された面上の光軸に垂直な方向をx軸としたとき、入射された光信号に対して分光処理を行い、各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、第1のアレイ導波路回折格子に接続され、位相変調用電極が設けられた、第1のアレイ導波路回折格子から各導波路に出力される複数の光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の導波路アレイと、第1の導波路アレイに接続され、第1の導波路アレイから出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板と、第1の1/2波長板に接続され、位相変調用電極が設けられた、第1の1/2波長板から出力される複数の光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の導波路アレイと、第2の導波路アレイに接続され、第2の導波路アレイから出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板と、第2の1/2波長板に接続され、位相変調用電極が設けられた、第2の1/2波長板から出力される複数の光信号の位相を全て同相にする第3の導波路アレイと、第3の導波路アレイに接続され、第3の導波路アレイから出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子とを備える。 One embodiment of the present invention is a total dispersion compensation circuit formed on a substrate, and this total dispersion compensation circuit has a z-axis as the optical axis direction on the surface on which the circuit elements of the substrate are formed, and the circuit on the substrate. When the normal direction of the surface on which the element is formed is the y-axis and the direction perpendicular to the optical axis on the surface on which the circuit element is formed is the x-axis, spectral processing is performed on the incident optical signal. A first array waveguide diffraction grating that outputs an optical signal for each wavelength component to each waveguide, and a first array waveguide connected to the first array waveguide diffraction grating and provided with a phase modulation electrode. A plurality of optical signals output from the waveguide diffraction grating to each waveguide are connected to a first waveguide array for converting the optical signal into an elliptically polarized wave whose principal axis is parallel to the x-axis or y-axis, and the first waveguide array; A first half-wave plate that rotates the main axis of elliptically polarized light of an optical signal output from the first waveguide array by 45 degrees in the xy plane. , Elliptic polarizations of a plurality of optical signals output from the first half-wave plate connected to the first half-wave plate and provided with phase modulation electrodes, the principal axis is the x-axis, and A second waveguide array that converts to linearly polarized waves inclined by 45 degrees with respect to the y-axis, and a main axis of linearly polarized light of an optical signal connected to the second waveguide array and output from the second waveguide array Is output from the second half-wave plate, which is connected to the second half-wave plate and the second half-wave plate and is provided with the phase modulation electrode. A third waveguide array in which the phases of the plurality of optical signals are all in phase, and a second waveguide array connected to the third waveguide array and multiplexing the plurality of optical signals output from the third waveguide array An arrayed waveguide diffraction grating.
また、本発明の一実施形態において、第1の導波路アレイ、第2の導波路アレイ、及び第3の導波路アレイは、ニオブ酸リチウム導波路アレイである。 In one embodiment of the present invention, the first waveguide array, the second waveguide array, and the third waveguide array are lithium niobate waveguide arrays.
また、本発明の一実施形態において、第1の導波路アレイ、第2の導波路アレイ、及び第3の導波路アレイは、タンタル酸リチウム導波路アレイである。 In one embodiment of the present invention, the first waveguide array, the second waveguide array, and the third waveguide array are lithium tantalate waveguide arrays.
本発明の他の実施形態は、基板上に作成される全分散補償回路であって、基板の回路素子が形成された面上の光軸方向をz軸、基板の回路素子が形成された面の法線方向をy軸、基板の回路素子が形成された面上の光軸に垂直な方向をx軸としたとき、入射された光信号に対して分光処理を行い、各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、第1のアレイ導波路回折格子に接続され、第1のアレイ導波路回折格子から各導波路に出力される光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の偏光遅延制御回路と、第1の偏光遅延制御回路に接続され、第1の偏光遅延制御回路から出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板と、第1の1/2波長板に接続され、第1の1/2波長板から出力される光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の偏光遅延制御回路と、第2の偏光遅延制御回路に接続され、第2の偏光遅延制御回路から出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板と、第2の1/2波長板に接続され、第2の1/2波長板から出力される光信号の位相を全て同相にする位相制御回路と、位相制御回路に接続され、位相制御回路から出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子とを備える全分散補償回路であって、第1及び第2の偏光遅延制御回路はそれぞれ、光信号をTEモード光及びTMモード光に分離する第1の偏光合分波回路と、第1の偏光合分波回路に接続され、TEモード光とTMモード光との間の位相差を90度とする位相制御回路と、第1の偏光合分波回路と位相制御回路とに接続され、第1の偏光合分波回路及び位相制御回路から入力されるTEモード光とTMモード光とを結合する第2の偏光合分波回路とから構成される。 Another embodiment of the present invention is a total dispersion compensation circuit formed on a substrate, wherein the optical axis direction on the surface on which the circuit elements of the substrate are formed is the z axis, and the surface on which the circuit elements of the substrate are formed Where the normal direction is the y-axis and the direction perpendicular to the optical axis on the surface on which the circuit elements of the substrate are formed is the x-axis, spectral processing is performed on the incident optical signal, and wavelength is applied to each waveguide. A first array waveguide diffraction grating that outputs an optical signal for each component, and an optical signal that is connected to the first array waveguide diffraction grating and is output from the first array waveguide diffraction grating to each waveguide. Is connected to the first polarization delay control circuit and the ellipse of the optical signal output from the first polarization delay control circuit. A first half-wave plate whose main axis of polarization is rotated by 45 degrees in the xy plane and a first half-wave plate connected to the first half-wave plate Connected to the second polarization delay control circuit and the second polarization delay control circuit for converting the elliptically polarized light of the optical signal output from the light into a linearly polarized light whose main axis is inclined by 45 degrees with respect to the x-axis and the y-axis Connected to a second half-wave plate and a second half-wave plate that rotate the main axis of linear polarization of the optical signal output from the second polarization delay control circuit by 45 degrees in the xy plane. A phase control circuit that makes all the phases of the optical signals output from the second half-wave plate in phase, and a second that is connected to the phase control circuit and multiplexes a plurality of optical signals output from the phase control circuit And a first polarization multiplexing / demultiplexing circuit for separating the optical signal into TE mode light and TM mode light, respectively. Circuit and a first polarization multiplexing / demultiplexing circuit, and the phase difference between the TE mode light and the TM mode light is 90 degrees. A second polarization coupling circuit that is connected to the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit and the phase control circuit, and that couples the TE mode light and the TM mode light input from the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit and the phase control circuit. And a polarization multiplexing / demultiplexing circuit.
また、本発明の一実施形態において、第1の偏光合分波回路は、分波回路、分波回路に接続された波長板、及び分波回路と波長板とに接続された2×2方向性結合器から構成される。 In one embodiment of the present invention, the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit includes: a demultiplexing circuit; a wave plate connected to the demultiplexing circuit; and a 2 × 2 direction connected to the demultiplexing circuit and the wave plate. It consists of a sex coupler.
また、本発明の一実施形態において、第2の偏光合分波回路は、2×2方向性結合器、2×2方向性結合器に接続された波長板、及び2×2方向性結合器と波長板とに接続された合波回路から構成される。 In one embodiment of the present invention, the second polarization multiplexing / demultiplexing circuit includes a 2 × 2 directional coupler, a wave plate connected to the 2 × 2 directional coupler, and a 2 × 2 directional coupler. And a multiplexing circuit connected to the wave plate.
さらに、本発明の一実施形態において、分波回路は、Y分岐回路、多モード干渉導波路、又は方向性結合回路のいずれかである。 Furthermore, in one embodiment of the present invention, the branching circuit is either a Y-branch circuit, a multimode interference waveguide, or a directional coupling circuit.
本発明に係る全分散補償回路は、全導波路型構成であり集積化されているので、小型化が可能であり、かつ、信頼性も高い。 Since the total dispersion compensation circuit according to the present invention has an all-waveguide structure and is integrated, it can be miniaturized and has high reliability.
ある実施形態では、高速に位相制御可能であるので、分散補償も高速に行うことができる。 In an embodiment, phase control can be performed at high speed, so that dispersion compensation can also be performed at high speed.
さらなる実施形態では、異種基板接続が無く、同じ石英基板上に集積できるので、低損失になる。また、より小型に構成可能であり、信頼性を高めることができる。 In a further embodiment, there is no heterogeneous substrate connection and it can be integrated on the same quartz substrate, resulting in low loss. Further, it can be configured more compactly, and the reliability can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図3(a)は、本発明に係る全分散補償回路の実施例1の構成を示す図であって、回路素子が形成された基板310の上面図である。ここで、以後の説明のため、基板310の回路素子が形成された面上の光軸方向をz軸、基板310の回路素子が形成された面の法線方向をy軸、基板310の回路素子が形成された面上の光軸に垂直な方向をx軸と定義する。
FIG. 3A is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the total dispersion compensating circuit according to the present invention, and is a top view of the
この全分散補償回路は、入射された光信号に対して分光処理を行い、第1の導波路アレイ302の各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子301と、第1のアレイ導波路回折格子301に接続され、位相変調用電極が設けられた、第1のアレイ導波路回折格子301から各導波路に出力される複数の光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の導波路アレイ302と、第1の導波路アレイ302に接続され、第1の導波路アレイ302から出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板303と、第1の1/2波長板303に接続され、位相変調用電極が設けられた、第1の1/2波長板303から出力される複数の光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の導波路アレイ304と、第2の導波路アレイ304に接続され、第2の導波路アレイ304から出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板305と、第2の1/2波長板305に接続され、位相変調用電極が設けられた、第2の1/2波長板305から出力される複数の光信号の位相を全て同相にする第3の導波路アレイ306と、第3の導波路アレイ306に接続され、第3の導波路アレイ306から出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子307とから構成される。
This total dispersion compensation circuit performs spectral processing on the incident optical signal and outputs an optical signal for each wavelength component to each waveguide of the
アレイ導波路回折格子301及び307は、中心周波数、チャネル間隔等同じ特性を有している。導波路アレイ302、304、306の各々には位相変調用電極が設けられている。電極に電界を印加すると、導波路伝搬定数が変化し、伝搬光の位相が制御される。導波路アレイ302、304、306として、ニオブ酸リチウム導波路アレイを使用することができる。ニオブ酸リチウム導波路には異方性があるので、TEモード及びTMモードの伝搬光に対して異なった位相変化を与える。第1の1/2波長板303及び第2の1/2波長板305は各導波路に設けられているが、その光学軸は基板310の回路素子が形成された面に対して22.5度あるいは67.5度傾けてある。
The arrayed
群速度分散及び偏波分散のある伝送路を伝搬した光信号を、本実施例に係る全分散補償回路に入射する。入射光信号は、第1のアレイ導波路回折格子301によって周波数成分に分解され、複数の出力導波路に分配される。例えば典型的な値として、アレイ導波路回折格子の中心周波数は193.1THz、チャネル間隔は5GHz、チャネル数は20、波長分割多重で割り当てられている100GHzの周波数帯域をカバーする。
An optical signal propagated through a transmission line having group velocity dispersion and polarization dispersion is incident on the total dispersion compensation circuit according to this embodiment. The incident optical signal is decomposed into frequency components by the first arrayed
図4は、図3(a)で示されたA乃至Eの箇所における偏光状態を示す。アレイ導波路回折格子によって周波数成分に分解されているが、各々のチャネルの偏光状態は伝送路の偏波分散により異なっている。また、各周波数成分の位相は、伝送路の群速度分散により差が生じている。 FIG. 4 shows the polarization state at points A to E shown in FIG. Although it is decomposed into frequency components by the arrayed waveguide diffraction grating, the polarization state of each channel differs depending on the polarization dispersion of the transmission path. Further, the phase of each frequency component has a difference due to group velocity dispersion of the transmission path.
図4のAに示すように、一般に入射光信号は主軸(高速軸及び低速軸の一方)が傾いた楕円偏光であり、TEモード及びTMモードの両方が励振される。 As shown in FIG. 4A, in general, the incident optical signal is elliptically polarized light whose principal axis (one of the fast axis and the slow axis) is inclined, and both the TE mode and the TM mode are excited.
アレイ導波路回折格子301は一般に石英導波路で構成されているので、導波路アレイがニオブ酸リチウム導波路アレイである場合、ニオブ酸リチウムで構成される第1の導波路アレイ302との間で異種基板の接続が必要である。この接続技術は、公知の技術である。
Since the arrayed
第1の導波路アレイ302の役割は、電圧印加により各モードの伝搬定数を変化させ、各モード相互の位相差を90度にすることによって楕円偏光の主軸を回転させ、x軸又はy軸に一致させることである。これを、図4のBに示す。ニオブ酸リチウムの導波路では、電極の配置と結晶軸を選ぶことにより、主としてTEモード光の位相を変化させるか、TMモード光の位相を変化させるか決めることができる。また、電気光学効果を利用するため制御に要する時間は非常に短い。
The role of the
次に、石英導波路に接続され、石英導波路中に配置された第1の1/2波長板303によって楕円偏光主軸をxy平面で45度回転させる。これを、図4のCに示す。
Next, the elliptical polarization main axis is rotated 45 degrees in the xy plane by the first half-
次に各導波路は、第2の導波路アレイ304に接続される。第2の導波路アレイ304は、電圧印加により各モードの伝搬定数を変化させ、相互の位相差を0度にすることによって楕円偏光を主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏光に変換する。これを、図4のDに示す。ここで、直線偏光とは、TEモードとTMモードが同位相であり、電界振幅が等しいことを意味する。
Each waveguide is then connected to a
次に各導波路は、石英導波路に接続され、石英導波路中に配置された第2の1/2波長板305によって直線偏光の主軸を、x軸又はy軸に一致させる。これを、図4のE又はE’に示す。この時点で各周波数成分は、TEモード光のみ、あるいは、TMモード光のみとなっている。
Next, each waveguide is connected to the quartz waveguide, and the principal axis of the linearly polarized light is made to coincide with the x-axis or the y-axis by the second half-
次に各導波路は、第3の導波路アレイ306に接続され、各周波数成分間の位相を同相にして、アレイ導波路回折格子307によって光信号を多重する際に群速度分散を補償する。導波路アレイがニオブ酸リチウム導波路アレイである場合、ニオブ酸リチウム導波路は位相制御しない場合も複屈折を有しているので、導波路アレイ302及び304を伝搬する際にTEモード光及びTMモード光に波長の整数倍の位相差が生じる可能性がある。これを補償するためには、導波路アレイ302及び304の後段に1/2波長板311を挿入し偏波面を90度回転させて別のニオブ酸リチウム導波路312を伝搬させる(図3(b)を参照)、又はn波長板313(波長のn倍のリターディションを有する)を挿入する方法(図3(c)を参照)などを利用することができる。
Next, each waveguide is connected to the
本実施例に係る全分散補償回路は、高速に位相制御可能であるので、分散補償も高速に行うことができる。位相制御時間は、液晶と比較して1/1000から1/100000程度である。 Since the total dispersion compensation circuit according to this embodiment can perform phase control at high speed, dispersion compensation can also be performed at high speed. The phase control time is about 1/1000 to 1/100000 compared with the liquid crystal.
以上、本構成によって全分散を補償できることを示した。なお、本発明には、導波路アレイ302、304、306での位相制御量を決定するための信号の偏光状態/群速度分散による位相歪みを測定する手法が含まれていないが、公知の技術を利用することができる。
As mentioned above, it was shown that the total dispersion can be compensated by this configuration. The present invention does not include a technique for measuring the phase distortion due to the polarization state / group velocity dispersion of a signal for determining the phase control amount in the
実施例1の全分散補償回路において、ニオブ酸リチウム導波路の代わりにタンタル酸リチウム導波路を利用することができる。他の構成要素は実施例1と同じである。ニオブ酸リチウム導波路と比較してタンタル酸リチウム導波路の方が電気光学定数が大きい場合に、低電圧での信号増幅が可能となり、駆動電圧の低減、電源部の小型化に伴う装置の小型化に有効となる。 In the total dispersion compensation circuit of the first embodiment, a lithium tantalate waveguide can be used instead of the lithium niobate waveguide. Other components are the same as those in the first embodiment. When the lithium tantalate waveguide has a larger electro-optic constant than the lithium niobate waveguide, signal amplification at a low voltage is possible, reducing the drive voltage and downsizing the power supply. It becomes effective for conversion.
本実施例に係る全分散補償回路は、高速に位相制御可能であるので、分散補償も高速に行うことができる。位相制御時間は、液晶に比較して1/1000から1/100000程度である。 Since the total dispersion compensation circuit according to this embodiment can perform phase control at high speed, dispersion compensation can also be performed at high speed. The phase control time is about 1/1000 to 1/100000 as compared with the liquid crystal.
図5は、本発明に係る全分散補償回路の実施例3の構成を示す図であって、回路素子が形成された基板510の上面図である。ここで、以後の説明のため、基板510の回路素子が形成された面上の光軸方向をz軸、基板510の回路素子が形成された面の法線方向をy軸、基板510の回路素子が形成された面上の光軸に垂直な方向をx軸と定義する。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a third embodiment of the total dispersion compensating circuit according to the present invention, and is a top view of a
この全分散補償回路は、入射された光信号に対して分光処理を行い、各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子501と、第1のアレイ導波路回折格子501に接続され、第1のアレイ導波路回折格子501から出力される光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の偏光遅延制御回路502と、第1の偏光遅延制御回路502に接続され、第1の偏光遅延制御回路502から出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板503と、第1の1/2波長板503に接続され、第1の1/2波長板503から出力される光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の偏光遅延制御回路504と、第2の偏光遅延制御回路504に接続され、第2の偏光遅延制御回路504から出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板505と、第2の1/2波長板505に接続され、第2の1/2波長板505から出力される光信号の位相を全て同相にする位相制御回路506と、位相制御回路506に接続され、位相制御回路506から出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子507とから構成される。ここで、第1の偏光遅延制御回路502及び第2の偏光遅延制御回路504はそれぞれ、光信号をTEモード光及びTMモード光に分離する第1の偏光合分波回路と、第1の偏光合分波回路に接続され、TEモード光とTMモード光との間の位相差を90度とする位相制御回路と、第1の偏光合分波回路と位相制御回路とに接続され、第1の偏光合分波回路及び位相制御回路から入力されるTEモード光とTMモード光とを結合する第2の偏光合分波回路とから構成される。
The total dispersion compensation circuit performs spectral processing on an incident optical signal and outputs an optical signal for each wavelength component to each waveguide, and a first array waveguide. A first polarization
この全分散補償回路は、全部の導波路が石英で構成される。そのため、異種基板接合箇所が無くなるので低損失な全分散補償回路を構成することが可能である。A乃至Eの各箇所における偏光状態は実施例1と同様である(図4を参照)。 In this total dispersion compensation circuit, all waveguides are made of quartz. For this reason, since there are no dissimilar substrate joints, a low-loss total dispersion compensation circuit can be configured. The polarization state at each of A to E is the same as in Example 1 (see FIG. 4).
ここで、実施例1に係る全分散補償回路には存在しない第1の偏光遅延制御回路502について図6を参照しながら説明する。偏光遅延制御回路502は、入射信号を分波する分波回路601、分波回路601に接続された第1の波長板602、分波回路601と第1の波長板602とに接続された第1の2×2方向性結合器603、第1の2×2方向性結合器603に接続された位相制御回路604、第1の2×2方向性結合器603と位相制御回路604とに接続された第2の2×2方向性結合器605、第2の2×2方向性結合器605に接続された第2の波長板606、及び第2の2×2方向性結合器605と第2の波長板606とに接続された合波回路607から構成される。第2の偏光遅延制御回路504も第1の偏光遅延制御回路502と同様の構成である。第1の偏光遅延制御回路502では先ず、入射信号は分波回路601によって分岐される。分波回路601には、Y分岐回路、多モード干渉導波路、方向性結合回路などを利用することができる。分岐後の片方の光導波路には、第1の波長板602が挿入されているが、その軸はx軸又はy軸に平行である。ここで、両導波路を伝搬するTMモード光間、TEモード光間の位相差が適切になるようにすれば、第1の2×2方向性結合器603の出力側でTMモード光とTEモード光を分離することができる。なお、分波回路601、第1の波長板602、第1の2×2方向性結合器603からなる回路は、導波路型偏光合分波回路であり、公知の技術である。次に位相制御回路604では、分離されたTEモード又はTMモードのいずれかの位相が制御される。位相制御回路604では、位相制御を行うために導波路をヒータによって加熱することで、熱光学効果による屈折率変化を利用する。位相制御回路604で、両モード光の位相差を90度にすることができる。次に、第2の2×2方向性結合器605、第2の波長板606、及び合波回路607から構成される導波路型偏光合分波回路によってTEモード光とTMモード光が合成される。このとき、両モード光の位相差は90度であるから、楕円偏光の主軸を、x軸又はy軸に一致させることができる。
Here, the first polarization
上述のように楕円偏光主軸をx軸又はy軸に一致させた後で、石英導波路中に配置された第1の1/2波長板503によって楕円偏光主軸を45度回転させる。
As described above, after the elliptical polarization main axis is aligned with the x-axis or y-axis, the elliptical polarization main axis is rotated 45 degrees by the first half-
次に、第2の偏光遅延制御回路504によって、偏光遅延制御回路502と同様に、TEモード光とTMモード光に分離し、一方のモードの位相のみを制御して、両モード間の位相差を制御し、再びTEモード光とTMモード光を結合し、主軸が45度傾いた直線偏光を得ることができる。
Next, similarly to the polarization
次に、石英導波路中に配置された第2の1/2波長板505によって、直線偏光の主軸を、x軸又はy軸に一致させる。この時点で各周波数成分は、TEモード光のみ、あるいは、TMモード光のみとなっている。
Next, the principal axis of linearly polarized light is made to coincide with the x axis or the y axis by the second half-
次に、位相制御回路506により各周波数成分間の位相を同相にして、第2のアレイ導波路回折格子507によって光信号を多重する際に群速度分散を補償する。位相制御回路506も位相制御回路604と同様に熱光学効果を利用する。なお、石英導波路は一般に偏光依存性が小さいので、第2の1/2波長板505を除いてもほぼ同様の効果が得られる。
Next, the
101 PMDを有する光学システム
102 センサ
103 分光モジュール
104 コントローラ
105 SLM
111 入射光
112 出射光
201 フェムト秒ファイバレーザ
202 エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器(EDFA)
203 偏波モード分散エミュレータ
204 サーキュレータ
205 偏波スペクトル・パルスシェーパ
206 広帯域偏波計
207 ミラー
208 LCMアレイ
209 レンズ
210 回折格子
212 位相専用パルスシェーパ
213 超短パルス測定器
214 パーソナルコンピュータ
301 第1のアレイ導波路回折格子
302 第1の導波路アレイ
303 第1の1/2波長板
304 第2の導波路アレイ
305 第2の1/2波長板
306 第3の導波路アレイ
307 第2のアレイ導波路回折格子
308 石英導波路
310 基板
311 1/2波長板
312 ニオブ酸リチウム導波路
313 n波長板
501 第1のアレイ導波路回折格子
502 第1の偏光遅延制御回路
503 第1の1/2波長板
504 第2の偏光遅延制御回路
505 第2の1/2波長板
506 位相制御回路
507 第2のアレイ導波路回折格子
510 基板
601 分波回路
602 第1の波長板
603 第1の2対2方向性結合器
604 位相制御回路
605 第2の2対2方向性結合器
606 第2の波長板
607 合波回路
101 Optical System with PMD 102 Sensor 103
111 incident light 112
203 Polarization Mode Dispersion Emulator 204
Claims (7)
入射された光信号に対して分光処理を行い、各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、
前記第1のアレイ導波路回折格子に接続され、位相変調用電極が設けられた、前記第1のアレイ導波路回折格子から前記各導波路に出力される複数の光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の導波路アレイと、
前記第1の導波路アレイに接続され、前記第1の導波路アレイから出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板と、
前記第1の1/2波長板に接続され、位相変調用電極が設けられた、前記第1の1/2波長板から出力される複数の光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の導波路アレイと、
前記第2の導波路アレイに接続され、前記第2の導波路アレイから出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板と、
前記第2の1/2波長板に接続され、位相変調用電極が設けられた、前記第2の1/2波長板から出力される複数の光信号の位相を全て同相にする第3の導波路アレイと、
前記第3の導波路アレイに接続され、前記第3の導波路アレイから出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子と
を備えることを特徴とする全分散補償回路。 A total dispersion compensation circuit created on a substrate, wherein the optical axis direction on the surface of the substrate on which the circuit elements are formed is the z axis, and the normal direction of the surface on which the circuit elements of the substrate are formed is the y axis When the x-axis is the direction perpendicular to the optical axis on the surface of the substrate on which the circuit elements are formed,
A first arrayed waveguide grating that performs spectral processing on the incident optical signal and outputs an optical signal for each wavelength component to each waveguide;
A plurality of optical signals output from the first arrayed waveguide diffraction grating connected to the first arrayed waveguide diffraction grating and provided with a phase modulation electrode to the respective waveguides are principal axes x-axis or a first waveguide array that converts to elliptically polarized waves parallel to the y-axis;
A first half-wave plate connected to the first waveguide array and rotating the main axis of elliptically polarized light of an optical signal output from the first waveguide array by 45 degrees in the xy plane;
Elliptical polarization of a plurality of optical signals output from the first half-wave plate connected to the first half-wave plate and provided with a phase modulation electrode, the principal axis is the x-axis, And a second waveguide array for converting to linearly polarized waves inclined 45 degrees with respect to the y-axis,
A second half-wave plate connected to the second waveguide array and rotating the principal axis of linear polarization of an optical signal output from the second waveguide array by 45 degrees in the xy plane;
A third waveguide that is connected to the second half-wave plate and is provided with a phase modulation electrode and that makes the phases of a plurality of optical signals output from the second half-wave plate all in phase. A waveguide array;
A total dispersion compensation circuit, comprising: a second arrayed waveguide diffraction grating connected to the third waveguide array and multiplexing a plurality of optical signals output from the third waveguide array.
入射された光信号に対して分光処理を行い、各導波路に波長成分ごとに光信号を出力する第1のアレイ導波路回折格子と、
前記第1のアレイ導波路回折格子に接続され、前記第1のアレイ導波路回折格子から前記各導波路に出力される光信号を主軸がx軸又はy軸に平行な楕円偏波に変換する第1の偏光遅延制御回路と、
前記第1の偏光遅延制御回路に接続され、前記第1の偏光遅延制御回路から出力される光信号の楕円偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第1の1/2波長板と、
前記第1の1/2波長板に接続され、前記第1の1/2波長板から出力される光信号の楕円偏波を、主軸がx軸、及びy軸に対し45度傾いた直線偏波に変換する第2の偏光遅延制御回路と、
前記第2の偏光遅延制御回路に接続され、前記第2の偏光遅延制御回路から出力される光信号の直線偏波の主軸をxy平面で45度回転させる第2の1/2波長板と、
前記第2の1/2波長板に接続され、前記第2の1/2波長板から出力される光信号の位相を全て同相にする位相制御回路と、
前記位相制御回路に接続され、前記位相制御回路から出力される複数の光信号を多重する第2のアレイ導波路回折格子と
を備える全分散補償回路であって、前記第1及び第2の偏光遅延制御回路はそれぞれ、
光信号をTEモード光及びTMモード光に分離する第1の偏光合分波回路と、
前記第1の偏光合分波回路に接続され、前記TEモード光と前記TMモード光との間の位相差を90度とする位相制御回路と、
前記第1の偏光合分波回路と該位相制御回路とに接続され、前記第1の偏光合分波回路及び該位相制御回路から入力される前記TEモード光と前記TMモード光とを結合する第2の偏光合分波回路と
から構成されることを特徴とする全分散補償回路。 A total dispersion compensation circuit created on a substrate, wherein the optical axis direction on the surface of the substrate on which the circuit elements are formed is the z axis, and the normal direction of the surface on which the circuit elements of the substrate are formed is the y axis When the x-axis is the direction perpendicular to the optical axis on the surface of the substrate on which the circuit elements are formed,
A first arrayed waveguide grating that performs spectral processing on the incident optical signal and outputs an optical signal for each wavelength component to each waveguide;
An optical signal connected to the first arrayed waveguide diffraction grating and output from the first arrayed waveguide diffraction grating to each of the waveguides is converted into an elliptically polarized wave whose principal axis is parallel to the x axis or the y axis. A first polarization delay control circuit;
A first half-wave plate connected to the first polarization delay control circuit and rotating the principal axis of elliptically polarized light of an optical signal output from the first polarization delay control circuit by 45 degrees in the xy plane;
An elliptically polarized wave of an optical signal connected to the first half-wave plate and output from the first half-wave plate is linearly polarized with the main axis inclined 45 degrees with respect to the x-axis and the y-axis. A second polarization delay control circuit for converting to a wave;
A second half-wave plate connected to the second polarization delay control circuit and rotating the principal axis of linear polarization of the optical signal output from the second polarization delay control circuit by 45 degrees in the xy plane;
A phase control circuit connected to the second half-wave plate and configured to make all phases of optical signals output from the second half-wave plate in phase;
A total dispersion compensation circuit connected to the phase control circuit and comprising a second arrayed waveguide grating that multiplexes a plurality of optical signals output from the phase control circuit, wherein the first and second polarizations Each delay control circuit
A first polarization multiplexing / demultiplexing circuit for separating an optical signal into TE mode light and TM mode light;
A phase control circuit connected to the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit, wherein the phase difference between the TE mode light and the TM mode light is 90 degrees;
The TE mode light and the TM mode light input from the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit and the phase control circuit are connected to the first polarization multiplexing / demultiplexing circuit and the phase control circuit. A total dispersion compensation circuit comprising: a second polarization multiplexing / demultiplexing circuit.
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