JP3206796B2 - 光等化器 - Google Patents
光等化器Info
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Description
によって光信号に生じた歪みを波形整形する光等化器に
関する。
で零分散となり、波長1.55μmで損失が最低になる特性
を有している。この光ファイバに波長1.55μmの光信号
を入射すると、光ファイバの分散によって光信号周波数
νが高くなるにつれて伝搬遅延時間τが小さくなる(伝
搬速度が速くなる)。したがって、この光ファイバを伝
搬する光信号は、その波長スペクトルの広がりに応じて
波形が歪む。この歪みが大きくなると、光ファイバの伝
送容量あるいは伝送距離が制限されることになる。
補償して光信号を波形整形するものである。従来の等化
器としては、光信号を電気信号に変換して使用するマイ
クロストリップ線路が知られている。その構造は図4に
示すように、誘電体51とその両面に接合される金属導
体52,53である。伝搬遅延時間τは、図5に示すよ
うに信号周波数νが高くなるにつれて大きくなる(伝搬
速度が遅くなる)。また、マイクロストリップ線路の長
さLに応じてその割合が大きくなる。このように、伝搬
遅延特性はマイクロストリップ線路と光ファイバとでは
逆になる。したがって、分散を有する光ファイバを伝搬
した光信号は、電気信号に変換した後に、所定の長さL
のマイクロストリップ線路を通すことにより、光ファイ
バにおける分散の影響を相殺することができる。
導波路回折格子について説明する。図6は、従来のアレ
イ導波路回折格子の構成を示す。従来のアレイ導波路回
折格子は、入力用チャネル導波路61、所定の導波路長
差ΔLで順次長くなるように構成されたチャネル導波路
アレイ62、出力用チャネル導波路63、入力用チャネ
ル導波路61とチャネル導波路アレイ62とを接続する
第1の扇形スラブ導波路64、チャネル導波路アレイ6
2と出力用チャネル導波路63とを接続する第2の扇形
スラブ導波路65を基板60上に形成した構成である。
した光は、第1の扇形スラブ導波路64で回折により広
がり、その回折面と垂直に配置されたチャネル導波路ア
レイ62に導かれる。チャネル導波路アレイ62は、各
導波路が導波路長差ΔLで順次長くなっているので、各
導波路を伝搬して第2の扇形スラブ導波路65に到達し
た光には導波路長差ΔLに対応する位相差が生じてい
る。この位相差は光周波数により異なるので、第2の扇
形スラブ導波路65のレンズ効果で出力用チャネル導波
路63の入力端に集光する際に、光周波数ごとに異なる
位置に集光する。
用チャネル導波路61から入射された光の周波数に対応
して、出力用チャネル導波路63の導波路が選択される
光分波器として動作する。従来のアレイ導波路回折格子
では、図7に示すように、出力用チャネル導波路63の
各導波路対応にその中心周波数(ここでは 200GHz(1.
6nm)間隔)の近傍で放物線状の通過帯域特性とな
る。
ップ線路による等化器では、波形整形するために光信号
を一旦電気信号に変換する必要があり、全光中継システ
ムに用いることができなかった。さらに、信号周波数ν
が高くなるとマイクロストリップ線路の導体損失が増加
するので、光信号の波形整形を行っても光ファイバの伝
送容量と伝送距離を共に高めることは困難であった。
7に示すように放物線状の通過帯域特性を有する。した
がって、入力用チャネル導波路61に入射された光の波
長がその中心波長から変動した場合には、出力用チャネ
ル導波路63の所定のチャネルへ出射される光の損失が
大幅に増加し、またクロストークを劣化させる問題があ
った。
容量・長距離光通信および波長分割ルーティングに適し
た光等化器を提供することを目的とする。
つのアレイ導波路回折格子を光の振幅および位相を線対
称軸方向の位置xに応じてを変化させる空間フィルタを
介して線対称に配置し、所定の伝搬遅延特性を実現す
る。
形態を示す。本発明の光等化器は、入力用チャネル導波
路1、所定の導波路長差ΔLで順次長くなるように構成
されたチャネル導波路アレイ2、入力用チャネル導波路
1とチャネル導波路アレイ2とを接続する第1の扇形ス
ラブ導波路3、チャネル導波路アレイ2の他端に接続さ
れた第2の扇形スラブ導波路4から構成されるアレイ導
波路回折格子を一対備え、各々の第2の扇形スラブ導波
路4のチャネル導波路アレイが接続されていない端部中
点(以下「線対称中心5」という)を通る線対称軸8に
対して2つのアレイ導波路回折格子が基板6上に線対称
に配置される。
の実施形態を示す。本発明の光信号処理回路は、入力用
チャネル導波路1、所定の導波路長差ΔLで順次長くな
るように構成されたチャネル導波路アレイ2、入力用チ
ャネル導波路1とチャネル導波路アレイ2とを接続する
第1の扇形スラブ導波路3、チャネル導波路アレイ2の
他端に接続された第2の扇形スラブ導波路4から構成さ
れるアレイ導波路回折格子を一対備え、各々の第2の扇
形スラブ導波路4のチャネル導波路アレイが接続されて
いない端部中点(以下「線対称中心5」という)を通る
線対称軸8に対して2つのアレイ導波路回折格子が基板
6上に線対称に配置される。
に対応する出力用チャネル導波路であり、22はチャネ
ル導波路アレイ2に対応して所定の導波路長差ΔLで順
次長くなるように構成されたチャネル導波路アレイであ
り、33は扇形スラブ導波路3に対応して出力用チャネ
ル導波路11とチャネル導波路アレイ22を接続する扇
形スラブ導波路であり、44は扇形スラブ導波路4に対
応してチャネル導波路アレイ22の他端に接続された扇
形スラブ導波路である。この扇形スラブ導波路4と扇形
スラブ導波路44が線対称中心5を介して対向する。
波路4,44中の光の伝搬方向に垂直な向きに、光の振
幅および位相を変化させる空間フィルタ7が配置され
る。いま、入力用チャネル導波路1および出力用チャネ
ル導波路11の導波路本数を各々8本とする。また、入
力用チャネル導波路1の入力ポート番号を図1の上から
順に♯1〜♯8とし、出力用チャネル導波路11の出力
ポート番号を図1の上から順に♯1〜♯8とする。この
とき、各入力ポートから入射された光の中で、線対称中
心5を通る光の波長は各々表1のようになる。
ネル波長間隔であり、cを光速としてチャネル周波数間
隔はΔν=cΔλ/λ0 2で与えられる。また、線対称中
心5を通る表1に記した各波長の光は、表2に示す番号
の出力ポートに出射される。
幅および位相を変化させる空間フィルタ7を配置するこ
とにより、各入力ポートから入射された光に対して各波
長ごとに所定の透過特性を与えることができる。線対称
中心5を通り扇形スラブ導波路4,44中の光の伝搬方
向に垂直な向きに対する光ビームスポットの移動量δx
と、光の周波数変化量δν(波長変化量δλ)との関係
は、 δx/δν= f・δL/(d・ν0 ) …(1-1) δx/δλ=−f・δL/(d・λ0 ) …(1-2) で与えられる。ここで、d(=25μm)はチャネル導波
路アレイ2と扇形スラブ導波路4、および扇形スラブ導
波路44とチャネル導波路アレイ22との境界における
チャネル導波路アレイ2,22の導波路間隔である。ま
た、ν0 (=c/λ0 )は光の中心周波数である。
導波路アレイ2,22、出力用チャネル導波路11のコ
ア幅を2a=7μm、コア厚を2t=7μm、比屈折率
差をΔ=0.75%とし、扇形スラブ導波路3,4,33,
44の曲率半径をf=11.52nmとし、チャネル導波路
アレイ2,22の導波路長差をΔL=63μmとする。こ
のパラメータの場合には、 δx/δν= 0.15 〔μm/GHz 〕 …(2-1) δx/δλ=20/3〔GHz /μm〕 …(2-2) となる。表1,2に示すように、線対称中心5を通る各
光の中心波長(周波数)間隔はΔλ(Δν)であるの
で、空間フィルタ7の光通過帯域波長(周波数)幅は、
他チャネルへのクロストークを避けるために±Δλ/2
(±Δν/2)でなければならない。このためには、式
(1) より空間フィルタ7の光通過スリット幅が線対称中
心5を中心として
上記のパラメータの場合には、式(2),(3) より空間フィ
ルタ7の光通過スリット幅は線対称中心5を中心として −15〔μm〕≦ x ≦ 15 〔μm〕 …(4) の範囲となる。以上は、本発明の光等化器としての一般
的な説明である。
て説明する。既設の多くの光ファイバの周波数応答H
(ω)は、 H(ω)=H0 exp{-j(β″L/2)(ω−ω0)2 } …(5) で与えられる。ただし、βは光ファイバ中の光の伝搬定
数、β″=d2β/dω2、ω0 (=2πν0 )は光の中
心角周波数、ω(=2πν)は角周波数、Lはファイバ
長、H0 は定数である。光ファイバの分散σとβ″との
間には、 β″=(λ0 2/2πc)σ …(6) の関係が成り立つ。
の分散σの単位をps/km・nm、ファイバ長Lの単
位をkmとしたとき、 p=π・10-5・λ0 2σL/3 …(7) とおくと、光ファイバの周波数応答H(ν)は、 H(ν)=H0 exp{-jp(ν−ν0)2 } …(8) と表される。ただし、光周波数νおよびν0 の単位はG
Hzである。これより、光ファイバの信号遅延時間t
f は、
心として−15μmから+15μmの範囲に配置された空間
フィルタ7の複素(振幅・位相)透過率s(x) がs0 ,
qを定数として s(x) =s0 exp(+jqx2) …(10) で与えられる場合には、例えば入力ポート♯4から出力
ポート♯5への光に対しては、式(1) および表1,2に
より x=(f・ΔL/(d・ν0))(ν−ν0) …(11) である。したがって、この空間フィルタ7を通過した光
の位相特性G(ν)はG0を定数として、 G(ν)=G0 exp{+jP(ν−ν0)2 } …(12) P=q(f・ΔL/(d・ν0))2 …(13) となる。式(10),(13) において、 q=p(d・ν0/(f・ΔL))2 …(14) の場合にはP=pとなり、空間フィルタ7を通過した光
の位相特性G(ν)は、 G(ν)=G0 exp{+jp(ν−ν0)2 } …(15) となる。これより、本実施例の光等化器の信号遅延時間
teqは、
間tf と比較すると、式(16)の光等化器の信号遅延時間
teqは逆特性になっており、これから本実施例の光等化
器によって光ファイバの分散を補償(等化)できること
がわかる。本実施例の光等化器は、石英系光導波路を用
いて作製することができる。以下その作製手順を示す。
てSiO2下部クラッド層を堆積し、次にGeO2をドーパ
ントとして添加したSiO2ガラスのコア層を堆積した後
に、電気炉で透明ガラス化する。次に、前記設計に基づ
く図1に示すパターンを用いてコア層をエッチングして
光導波路部分を作製する。最後に、再びSiO2上部クラ
ッド層を堆積する。次に、空間フィルタ7を挿入するた
めの間隙をエッチングによって作製し、式(10),(14) で
与えられる複素透過率を有する空間フィルタ7をその間
隙部に挿入する。
性の測定結果を図2に示す。実線は作製した光等化器の
位相特性を示す。破線は、分散σ=−10〔ps/km・nm〕で
長さL=10〔km〕の光ファイバの位相特性(式(8) にお
いてp=−0.0252 (GHz)-2)の逆符号の特性を示す。す
なわち、等化器に要求される理想的な位相特性である。
本測定結果は、ν=ν0−60〜ν0+60〔GHz〕の 120
〔GHz〕の範囲で光ファイバの分散を精度よく等化でき
ることがわかる。
イ導波路回折格子) 次に、通過帯域特性がフラットなアレイ導波路回折格子
として用いる場合の参考例について説明する。基本的な
構成は、光等化器として用いる場合と同様である。ここ
では、空間フィルタ7の複素透過率s(x) は
1,2より、入力ポート♯i(i=1〜8)に入射さ
れ、線対称中心5を通って出力ポート♯(9−i)に出
射される光の透過率は、各チャネルの中心波長λ0+(i
−4)|Δλ| を中心として Δν=±(20/3)×12=±80 〔GHz 〕 …(18) の範囲でほぼフラットな通過帯域特性を有するアレイ導
波路回折格子型合分波器が得られる。
実施例の光等化器の場合と同様にして作製することがで
きる。ただし、式(17)で与えられる複素透過率を有する
空間フィルタ7を挿入する。このようにして作製したア
レイ導波路回折格子の通過帯域特性の測定結果を図3に
示す。図に示すように、通過帯域特性がフラット化され
ており、従来のアレイ導波路回折格子では 113GHz(図
7)であった3dB帯域幅が、隣接するチャネルへのクロ
ストークを劣化させることなく約 200GHzにまで拡大さ
れる。
は、アレイ導波路回折格子の導波路パラメータおよび空
間フィルタの光通過スリット幅を適当に選ぶことによ
り、任意の伝搬遅延特性を実現することができる。これ
により、光信号を電気信号に変換することなく、光ファ
イバの分散を補償する波形整形が可能となり、大容量・
長距離光通信を容易に実現することができる。
メータおよび空間フィルタの光通過スリット幅を適当に
選ぶことにより、隣接する信号チャネルへのクロストー
クを劣化させることなく、3dB帯域幅を大幅に増大させ
ることができる。したがって、例えばレーザ光源の波長
が温度変化によって各信号チャネルの中心波長から変動
した場合でも、通過損失を増加させることなく所定の分
波特性を維持することができる。これにより、波長分割
ルーティングシステム等の設計の許容度を増すことがで
きる。
果を示す図。
成を示す図。
測定結果を示す図。
Claims (2)
- 【請求項1】 光ファイバを介して伝送された光信号を
入力し、前記光ファイバの分散によって生じた光信号の
歪みを整形する光等化器において、 前記光ファイバに接続される 入力用チャネル導波路と、
導波路の長さが所定の導波路長差で順次長くなるように
構成されたチャネル導波路アレイと、入力用チャネル導
波路とチャネル導波路アレイとを接続する第1の扇形ス
ラブ導波路と、チャネル導波路アレイの他端に接続され
た第2の扇形スラブ導波路とを有するアレイ導波路回折
格子を一対備え、各々の第2の扇形スラブ導波路のチャ
ネル導波路アレイが接続されていない端部中点を通る線
対称軸に対して2つのアレイ導波路回折格子を基板上に
線対称に配置し、 さらに、前記端部中点を通り前記第2の扇形スラブ導波
路中の光の伝搬方向に垂直な向きにフィルタを配置し、 前記フィルタは、前記線対称軸と平行にx軸を設定した
ときに、前記光ファイバの分散によって生じた光信号の
歪みを整形するように、前記フィルタに入射した 光の振
幅および位相を位置xに応じて変化させる空間フィルタ
であることを特徴とする光等化器。 - 【請求項2】 請求項1に記載の光等化器において、 前記空間フィルタの光通過スリット幅が、線対称中心
(x=0)を中心として 【数5】 (ただし、fは扇形スラブ導波路の曲率半径、ΔLは導
波路アレイの導波路長差、Δνはチャネル周波数間隔、
dはチャネル導波路アレイと扇形スラブ導波路と の境界
におけるチャネル導波路アレイの導波路間隔、ν 0 (c
/ν 0 )はアレイ導波路回折格子の中心周波数(中心波
長(単位はμm))、s 0 は定数、jは虚数単位、σは
光ファイバの分散(単位はps/km・nm)、Lは光
ファイバの長さ(単位はkm)) で与えられることを特
徴とする光等化器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28849495A JP3206796B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光等化器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28849495A JP3206796B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光等化器 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH09133826A JPH09133826A (ja) | 1997-05-20 |
JP3206796B2 true JP3206796B2 (ja) | 2001-09-10 |
Family
ID=17730948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28849495A Expired - Fee Related JP3206796B2 (ja) | 1995-11-07 | 1995-11-07 | 光等化器 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3206796B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9369701B2 (en) | 2001-03-20 | 2016-06-14 | Thomson Licensing | Method and system for remote diagnostics |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AUPP208398A0 (en) | 1998-03-02 | 1998-03-26 | University Of Melbourne, The | An optical device for dispersion compensation |
-
1995
- 1995-11-07 JP JP28849495A patent/JP3206796B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9369701B2 (en) | 2001-03-20 | 2016-06-14 | Thomson Licensing | Method and system for remote diagnostics |
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---|---|
JPH09133826A (ja) | 1997-05-20 |
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