JP3556187B2

JP3556187B2 - 波長可変分波器及び波長可変合波器

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Publication number: JP3556187B2
Application number: JP2001240711A
Authority: JP
Inventors: 昌鎬鄭
Original assignee: Santec Corp
Current assignee: Santec Corp
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2004-08-18
Anticipated expiration: 2021-08-08
Also published as: JP2003057565A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ネットワークシステムのアドドロップに用いられ、光信号から任意の波長の光を分波する波長可変分波器及び任意の波長の光を合波する波長可変分波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて光多重分割，伝送技術の進展に伴い多様で柔軟で光伝送システムが要求されている。光伝送システムにおいては、任意のノードで波長多重された光信号から所望の波長の光を取り出し、又は所望の波長の光を加えて波長多重光として伝送することが求められる。
【０００３】
図１０は従来の４チャンネルの光アドドロップ装置の構成を示している。本図において波長多重光は光分波器１０１に加えられ、多重化された波長λ_１〜λ_ｎから所望の波長、例えばλ_１，λ_２，λ_３，λ_４が分波される。分波された波長の光は光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄに夫々入射される。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄには新たに変調された波長λ_１〜λ_４の信号も同時に入射される。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄは２つの入力、２つの出力端を有しており、外部からの制御信号に基づいて光分波器で分波された信号と新たに変調されたλ_１〜λ_４の信号とを選択して、２つの出力端より出力する。光スイッチ１０２ａ〜１０２ｄの夫々の出力は光可変アッテネータ１０３ａ〜１０３ｄ及び分波器１０４ａ〜１０４ｄを介して合波器１０５に与えられる。分波器１０４ａ〜１０４ｄは光可変アッテネータ１０３ａ〜１０３ｄの出力の一部を抽出してモニタ１０６に出力する。そしてモニタ１０６にて光可変アッテネータからの出力を調整することにより、波長強度を夫々同一となるように設定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の光分波器では、選択される波長はあらかじめλ_１〜λ_４に固定されている。従ってチャンネル数が数十又は数百と増加していき、その中で任意の波長を選択するためには、それだけのチャンネル数の光を合波又は分波する必要がある。従って任意のチャンネルを選択したい場合には、一旦全てのチャンネルを分解し、その中から必要なチャンネルを選択する必要があった。そのため伝送システムの規模が増大し、伝送損失が増加するといったデメリットを生じる。大規模なマトリックスでの光クロスコネクト以外の通常の伝送ノードでは、ルーティングやアドドロップするために数チャンネル分の光信号を選択できれば十分であり、従来のように固定された波長でなく、多数のチャンネルから任意の波長を選択できることが望まれている。
【０００５】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであって、波長多重分割光伝送システムにおいて、伝送ノード等で用いられ、任意の波長を選択することができる波長可変分波器及び波長可変合波器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、前記光フィルタに対して所定の方向から波長多重光を入射させる投光手段と、前記投光手段と同一の光軸上に配置され、前記光フィルタを透過した透過光を受光する第１の受光手段と、前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、選択すべき波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記フィルタの同一波長特性の位置に該反射光と平行に入射させる第１の折り返し反射手段と、前記第１の折り返し反射手段により反射され、再び前記光フィルタで反射された反射光を受光する第２の受光手段と、を具備することを特徴とするものである。
【０００９】
本願の請求項２の発明は、請求項１の波長可変分波器において、反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記投光手段からの光を該反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第２の折り返し反射手段と、を具備し、前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって前記所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動することを特徴とするものである。
【００１０】
本願の請求項３の発明は、請求項１又は２の波長可変分波器において、前記光フィルタは、透過波長λに対してλ／４の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項４の発明は、所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、前記光フィルタに対して所定の方向から所定の波長の光を入射させる第１の投光手段と、前記第１の投光手段より前記光フィルタに入射される光と同一の波長特性を有する位置に向けて前記所定の波長を除く波長多重光を入光する第２の投光手段と、前記第２の投光手段より照射され、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記第１の投光手段より前記フィルタに入射した光の透過光を出射する位置に該反射光と平行に入射させる第１の折り返し反射手段と、前記第１の投光手段と同一の光軸上に配置され、前記第１の投光手段から出射されて前記光フィルタを透過した透過光及び前記第１の折り返し反射手段から出射されて前記光フィルタで反射された反射光を受光する受光手段と、前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、前記第１の投光手段より出射する波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項５の発明は、請求項４の波長可変合波器において、反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記第２の投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記第２の投光手段からの光を反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第２の折り返し反射手段と、を具備し、前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって光フィルタを所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動することを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項６の発明は、請求項４又は５の波長可変合波器において、前記光フィルタは、透過波長λに対してλ／４の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態による波長合分波器の概略構成を示す図である。本図において波長多重された信号光の入射用の光ファイバ１１がコリメータレンズ１２に接続される。コリメータレンズ１２は入射光を所定幅の平行光ビームに変換するものであって、その光軸上に受光用のコリメータレンズ１３が設けられ、それにコリメータレンズ１３で集光した光を入射する光ファイバ１４が接続されている。コリメータレンズ１２，１３の間には入射光がその面に対して垂直からわずかに傾くように、波長可変型の干渉光フィルタ１５が配置される。
【００１６】
本実施の形態で用いられる波長可変型の干渉光フィルタ１５は、例えば長方形状の基板の面にその長手方向に沿って波長の透過特性が連続的に変化するようにした波長可変型の干渉光フィルタである。この干渉光フィルタは基板面上に光学膜厚が連続的に変化するように高屈折率誘電体薄膜、例えばＴａ_２Ｏ_５（屈折率ｎ_Ｈ＝２．１）と低屈折率誘電体薄膜、例えばＳｉＯ_２（屈折率ｎ_Ｌ＝１．４５）を交互に積層してなる誘電体多層膜を形成したものである。誘電体多層膜はイオンビームスパッタ法、イオンアシスト蒸着法、イオンプレーティング法等により、ガラス基板上に交互に形成する。ここで高屈折率誘電体薄膜及び低屈折率誘電体薄膜の膜厚ｄ_Ｈ，ｄ_Ｌは夫々ｄ_Ｈ＝λ／４ｎ_Ｈ及びｄ_Ｌ＝λ／４ｎ_Ｌとする。λはバンドパスフィルタの透過波長である。そして光学膜厚４ｎ_Ｈ・ｄ_Ｈ，４ｎ_Ｌ・ｄ_Ｌを基板の長手方向に沿って連続的に変化させるようにすれば、透過波長を連続的に変化させることができる。図２はこの干渉光フィルタ１５の長手方向の位置に対する波長の選択特性を示している。
【００１７】
この干渉光フィルタ１５から反射した光を受光する位置にコリメータレンズ１６を配置し、このコリメータレンズ１６に光ファイバ１７を接続する。光フィルタ１５はその面に沿って波長が変化する方向（Ｘ軸）に自在に移動できるようにリニアスライダ１８上に配置される。リニアスライダ１８はモータを含む移動手段１９に接続され、図中Ｘ軸方向に移動自在に構成される。制御手段２０Ａは移動手段１９を介して光フィルタ１５を所定の位置に移動させることによって、光フィルタ１５への入射位置を変化させ、入射光からの波長を選択するものである。
【００１８】
さて図３（ａ）に示すように、入射用の光ファイバ１１に多重されている波長多重光の波長をλ_１〜λ_ｎとする。そして図１（ａ）に示す光フィルタ１５の所定の位置Ｓ１ではこの波長多重光のうちλ_１のみを選択できる特性とする。この位置では図３（ｂ），（ｃ）に示すように、出射用光ファイバ１４からはλ_１のみが得られ、反射用光ファイバ１７にはλ_１を除くλ_２〜λ_ｎの波長多重光が得られることとなる。図３（ｂ），（ｃ）に示す破線は位置Ｓ１での干渉光フィルタ１５の透過特性及び反射特性を示している。従ってその透過のピークを波長λ_１となるように設定すれば、波長多重光から波長λ_１の光信号のみが選択的に取り出せる。
【００１９】
他の波長λ_ｊの光信号を選択する場合には、制御手段２０Ａを介して移動手段１９を動作させ、光フィルタ１５を位置Ｓ２に移動させる。こうすれば図３（ｄ），（ｅ）に示すように、出射用の光ファイバ１４からはそれに対応した波長λ_ｊの光が得られ、反射用光ファイバ１７からはλ_ｊを除く波長多重光が得られることとなる。このように制御手段２０Ａを介して光フィルタ１５を移動させることで、任意の波長の光信号をドロップさせることができる。
【００２０】
尚光フィルタ１５は基板に誘電体多層膜が積層されているため、その膜厚が変化すればその入射位置に応じて反射光が得られる位置がわずかに変化する。これによって反射光の受光効率が光フィルタの位置によってわずかに変動する。従ってこれを避けるためには、波長可変型光フィルタの膜厚でなく、屈折率ｎ_Ｈ，ｎ_Ｌを連続的に変化させることによって波長特性を変化させることが考えられる。
【００２１】
次に本発明の第２の実施の形態について図４，図５を用いて説明する。第２の実施の形態において第１の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では図４に示すように、干渉光フィルタ１５より得られる反射光の光軸Ｌ３をわずかに位置をずらせて光軸Ｌ４によって再び干渉光フィルタ１５の同一の波長特性を有する位置に反射させる第１の折り返し用の反射手段、例えばプリズム２１を設ける。図４（ｂ）は光フィルタ１５上の入射光の光軸Ｌ１、反射光の光軸Ｌ４を示している。光フィルタ１５の波長特性は図中Ｘ軸方向にのみ変化し、Ｙ軸方向には変化しないので、２つの光軸の光に対し同一波長特性を有する。
【００２２】
この実施の形態においても投光用光ファイバ１１からの光はコリメータレンズ１２，光軸Ｌ１を介して光フィルタ１５を通過し、光軸Ｌ２から出射用光ファイバ１４に入射する。又選択されていない波長の光は光軸Ｌ３を介してプリズム２１に反射され、光軸Ｌ４によって再び光フィルタ１５に入射し、光軸Ｌ５を介して出射用光ファイバ１７で出射される。このプリズム２１を設けることによって波長多重光を光フィルタ１５で２回反射させるため、図５に示すように反射特性を曲線Ａから曲線Ｂとすることができ、不要な信号成分をより確実に阻止することができる。このため主信号線路に残ってしまう信号の阻止量を２倍とすることができる。従って主信号線路に新たな信号を加えたときに残留光が残っていることに伴う信号のクロストークを抑制することができ、波長多重光伝送システムの誤り率を低減することができる。
【００２３】
この実施の形態では第１の実施の形態と同様に１つの干渉光フィルタ１５を用いているが、同一の特性を有する２枚の光フィルタ１５をリニアスライダ１８上に並列に配置し、その波長選択特性を一致させるように配置してもよい。こうすれば透過光も２枚の干渉フィルタを透過するため、透過光の波長選択特性も向上させることができる。
【００２４】
次に本発明の第３の実施の形態について図６〜図８を用いて説明する。この実施の形態においても第１，第２の実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。この実施の形態では図６に示すように、同一の特性を有する光フィルタ１５ａ，１５ｂを図示のようにリニアスライダ１８上に並列に配置し、その光学特性を一致させるように配置している。この実施の形態では図７に示すように光スイッチ２２を設ける。光スイッチ２２はアクチュエータ等の駆動部２２ａと反射部であるプリズム２２ｂによって構成されている。そして駆動部２２ａを駆動することによって入射光の光軸Ｌ１を遮光できる位置と遮光しない位置とに移動自在とする。この光スイッチ２２で入射光を遮光したときには、入射光はプリズム２２ｂによって反射され、反射した光は光軸Ｌ６に沿ってＸ軸方向に反射される。光軸Ｌ６上にはわずかに位置をずらせて再び反射し、このプリズム２２ｂに入射させるための第２の折り返し用反射手段、例えばプリズム２３が設けられる。第２の折り返し用反射手段であるプリズム２３は光をずらせて反射することにより、入射光Ｌ６と平行な反射光Ｌ７を光スイッチ２２に導くものである。又この実施の形態においては、リニアスライダ１８にその位置を正確に検出するための位置検出手段２５、例えばリニアエンコーダやポテンショメータ等を設ける。その出力信号は制御手段２０Ｂに入力され、この信号に基づいてリニアスライダ１８の位置が制御される。制御手段２０Ｂは波長を変化させるときにあらかじめ光スイッチ２２を駆動すると共に、リニアスライダ１８を駆動してフィルタを所定の波長特性の位置になるように移動し、移動が完了した後、光スイッチ２２を元の位置に復帰させるものである。その他の構成は第２の実施の形態と同一である。尚光スイッチ２２のプリズム２２ｂは全反射型のミラーであってもよい。
【００２５】
さてこの実施の形態の動作について図８を用いて説明する。図８では光フィルタ１５ａ，１５ｂをまとめて１５として示している。図８（ａ）は第１のチャンネルλ_ｉを選択している状態の概略を示す斜視図である。この状態では、第２の実施の形態と同様に、入射光が光ファイバ１１，コリメータレンズ１２を介して光フィルタ１５ａ，１５ｂに入射する。そして選択された波長λ_ｉの光が光軸Ｌ２を介してコリメータレンズ１３を介して光ファイバ１４より出射される。又光フィルタ１５ａで反射した光は光軸Ｌ３を通って折り返し反射用のプリズム２１で反射し、光軸Ｌ４を通って図４（ｂ）と同様に反射光を光フィルタ１５ａの波長特性と同一特性を有する異なった位置に入射させる。この反射光がコリメータレンズ１６を介して出射用の光ファイバ１７より出射される。
【００２６】
さて波長をλ_ｉからλ_ｊに変化させるときには、制御手段２０Ｂに選択波長を設定する。制御手段２０Ｂはその入力があれば図８（ｂ）に示すように光スイッチ２２を動作させ、光軸Ｌ１、即ちコリメータレンズ１２と光フィルタ１５ａの光軸を遮る位置に移動させる。このため入射光は光スイッチ２２のプリズム２２ｂにて反射され、光軸Ｌ６より第２の折り返し反射用のプリズム２３に導かれる。プリズム２３は反射光をわずかに位置をずらせて光軸Ｌ７より反射光を光スイッチ２２に戻す。光スイッチ２２のプリズム２２ｂで再び反射された光が光軸Ｌ５及びコリメータレンズ１６を介して光ファイバ１７より出射される。従って全ての波長λ_１〜λ_ｎはそのまま反射されることとなる。
【００２７】
その後図８（ｃ）に示すように、光フィルタ１５ａ，１５ｂをその波長変化方向に沿って移動させる。制御手段２０Ｂは移動位置を検出することによって、所望の波長λ_ｊを選択する特性が得られる位置Ｓ２にまで移動させる。この位置に達すると図８（ｄ）に示すように、光スイッチ２２のプリズムミラー２２ｂを元の位置に復帰させる。こうすれば最初の状態と同様にして波長λ_ｊの光信号が透過し、その他の光が反射されることとなる。
【００２８】
この実施の形態では光フィルタを移動させる間には光を遮光して光フィルタに入射しないようにしているため、移動中にλ_ｉからλ_ｊまでの間の不要な波長の光が順次出射用光ファイバ１４に得られることがなくなる。従って光多重伝送システムにおいて波長を切り換える際に選択波長の移動に伴う不要な妨害を防止することができる。
【００２９】
尚ここで用いられる光スイッチは図９に示すように、光をその内部に導くプリズム型の光スイッチ２４であってもよい。又第１，第２の折り返し反射手段のいずれで反射される場合も、その光学的な距離を等しくするようにしておけば、スイッチの透過と反射に伴う光行路の変動を防止することができる。
【００３０】
さてここで入射用光ファイバ１１と出射用の光ファイバ１４，１７とを逆転させ、光ファイバ１４を波長λ_ｉの入射用として用い、光ファイバ１７を波長λ_ｉを除く波長多重光を入射する入射用として用いた場合には、同一の光学系で波長多重光に所望の波長を加える波長合波を実現することができる。この場合には光ファイバ１１に波長λ_ｉを含む全ての波長が多重された信号が得られることとなる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１〜３の発明によれば、任意の波長の光を波長多重光から分波することができる。このため使用の用途に応じて柔軟な波長多重伝送システムを構成することが可能となる。又請求項２の発明によれば、波長を移動させている間にその間を連続して透過する波長がなくなるため、波長の移動に伴う不要な干渉を防止することができる。又本願の請求項４〜６の発明によれば、波長多重光に更に他の波長を多重するように合波することができる。従って使用の用途に応じて柔軟な波長多重伝送システムを構成することができる。又請求項５の発明によれば、波長を変化させている間にはその間を連続して透過する波長がなくなるため、波長の変化に伴う不要な干渉を防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す概略図である。
【図２】この実施の形態による光の入射位置と透過波長との関係を示す斜視図である。
【図３】この実施の形態による入射光の波長スペクトルとその透過、反射特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による波長可変分波器の波長選択特性を示す図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す側面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態による波長可変分波器の構成を示す上面図である。
【図８】本実施の形態による波長変更時の動作を示す斜視図である。
【図９】第３の実施の形態による光スイッチの他の例を示す概略図である。
【図１０】従来の波長可変合分波器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１，１４，１７光ファイバ
１２，１３，１６コリメータレンズ
１５，１５ａ，１５ｂ光フィルタ
１８リニアスライダ
１９，２２ａ駆動部
２０Ａ，２０Ｂ制御手段
２１，２２ｂプリズム
２２光スイッチ
２３プリズム

Claims

所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、
前記光フィルタに対して所定の方向から波長多重光を入射させる投光手段と、
前記投光手段と同一の光軸上に配置され、前記光フィルタを透過した透過光を受光する第１の受光手段と、
前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、
選択すべき波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、
前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記フィルタの同一波長特性の位置に該反射光と平行に入射させる第１の折り返し反射手段と、
前記第１の折り返し反射手段により反射され、再び前記光フィルタで反射された反射光を受光する第２受光手段と、を具備することを特徴とする波長可変分波器。
反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記投光手段からの光を該反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第２の折り返し反射手段と、を具備し、
前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって前記所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動するものであることを特徴とする請求項１記載の波長可変分波器。
前記光フィルタは、透過波長λに対してλ／４の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とする請求項１又は２記載の波長可変分波器。
所定の方向に沿って入射位置に応じて透過波長成分を連続的に変化する光フィルタと、
前記光フィルタに対して所定の方向から所定の波長の光を入射させる第１の投光手段と、
前記第１の投光手段より前記光フィルタに入射される光と同一の波長特性を有する位置に向けて前記所定の波長を除く波長多重光を入光する第２の投光手段と、
前記第２の投光手段より照射され、前記光フィルタからの反射光を再び反射し、前記第１の投光手段より前記フィルタに入射した光の透過光を出射する位置に該反射光と平行に入射させる第１の折り返し反射手段と、
前記第１の投光手段と同一の光軸上に配置され、前記第１の投光手段から出射されて前記光フィルタを透過した透過光及び前記第１の折り返し反射手段から出射されて前記光フィルタで反射された反射光を受光する受光手段と、
前記光フィルタを透過波長の分布方向に移動させる移動手段と、
前記第１の投光手段より出射する波長に応じて前記移動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする波長可変合波器。
反射部と該反射部を移動させる駆動部を含んで構成され、該反射部の位置を可変することによって前記第２の投光手段から前記光フィルタへの入射位置と前記第２の投光手段からの光を反射部に入射させる位置とを切換える可動型のスイッチ手段と、
前記スイッチ手段によって反射された光を再び反射し、該反射光と平行に前記スイッチ手段の反射部に入射させる第２の折り返し反射手段と、を具備し、
前記制御手段は、選択波長の変更時に前記スイッチ手段を入射光の遮光位置に移動し、前記移動手段によって光フィルタを所定の波長特性位置に前記光フィルタを移動し、所定の波長が選択された後に前記スイッチ手段を入射位置に移動するものであることを特徴とする請求項４記載の波長可変合波器。
前記光フィルタは、透過波長λに対してλ／４の光学厚さを有する低屈折率膜及び高屈折率膜を交互に多重に積層して構成され、透過波長λが基板の所定方向に対して変化するように夫々の層の光学膜厚を変化させた波長可変型の干渉光フィルタであることを特徴とする請求項４又は５記載の波長可変合波器。