JP3587679B2

JP3587679B2 - 利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システム

Info

Publication number: JP3587679B2
Application number: JP11498298A
Authority: JP
Inventors: 俊和山形; 玲彦西木; 恭子小谷
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JPH11305050A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光増幅器による出力利得を平坦化する利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムに関し、詳細には、利得平坦化素子として長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）を用いた利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送技術を用いる光ファイバ通信において、増幅波長特性が平坦で広帯域な光増幅器は重要なデバイスである。
【０００３】
この光増幅器としてエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）が多用されている。ＥＤＦＡが利得をもつ１．５５μｍ波長領域は、光ファイバの低損失領域と一致しているため、ＥＤＦＡは長距離光通信における信号光（低損失領域の波長の光）の直接光増幅器として最適である。ＥＤＦＡは、利得波長依存性があるため増幅波長特性は大きくうねる。したがって、ＥＤＦＡの利得平坦化は最も重要な技術の一つとなっている。ＥＤＦＡの利得平坦化技術としては、例えば以下に示す参考文献（文献１、文献２）に記載された方法がある。また、温度補償に関するものとしては参考文献（文献３、文献４）がある。
【０００４】
文献１：”Ｏｐｔｉｏｎｓｆｏｒｇａｉｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ”，Ｐ．Ｆ．Ｗｙｓｏｃｋｉｅｔ．ａｌ．，ＯＦＣ’９７ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ＷＦ２
文献２：”Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｓＦｌａｔｔｅｎｅｄＢｅｙｏｎｄ４０ｎｍＵｓｉｎｇＬｏｎｇ−ＰｅｒｉｏｄＧｒａｔｉｎｇ”，Ｐ．Ｆ．Ｗｙｓｏｃｋｉｅｔ．ａｌ．，ＯＦＣ’９７ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ＰＤ２−１
文献３：特開平９−１４５９４１号公報
文献４：特公平５−５０３１７０号公報
ＥＤＦＡの利得波長依存性を平坦化する方法として、利得波長依存性と逆の特性を持つ光フィルタ（利得等価器）を挿入して利得を平坦化する利得平坦化器が検討されている。一般的にＥＤＦＡの利得波長依存性と逆の特性を持つ光フィルタを構成するのに、３つのガウス分布光フィルタを用いて構成することが上記参考文献１に記載されている。
【０００５】
また、そのガウス分布光フィルタとして長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ：ＬｏｎｇＰｅｒｉｏｄＧｒａｔｉｎｇ）を用いる手法が上記参考文献２に記載されている。
【０００６】
長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）は、上記参考文献３に記載されているように温度に敏感であるという問題を有する。つまり、長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）は、周囲の温度の変動によって、除去する光の中心波長がシフトしてしまう。よって、長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）を利得平坦化器に用いる場合は、中心波長のシフトを抑制するために温度補償を施す必要がある。この温度補償方法としては、上記参考文献４に開示されるような、ファイバの長手方向の歪みの変化に起因する中心波長の変化によって温度変化に起因する変化を実質的に補償するという方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）を用いた利得平坦化器にあっては、以下のような問題点があった。
【０００８】
すなわち、ＬＰＧは作製時の紫外線照射によるダメージの影響でＬＰＧを形成した部分のファイバが脆いという特性を持っている。したがって、上記参考文献４に開示されるようなファイバの長手方向に歪みを与えるような温度補償方法を用いても、ファイバに対して十分な歪みを与えることができないため、温度補償範囲が狭くなるという問題点があった。
【０００９】
また、ＥＤＦＡの利得特性にはＥＤＦＡに用いられるエルビウムドープ光ファイバ（ＥＤＦ：Ｅｒｂｉｕｍ−ＤｏｐｅｄＦｉｂｅｒ）の長さ依存性、ポンプ光強度依存性、信号光強度依存性があるため、ＥＤＦＡの利得特性は一定ではない。したがって、ＥＤＦＡに適用する利得平坦化器には透過特性を調整する機能を設ける必要がある。しかし、ＬＰＧを形成した部分のファイバが脆いという特性を持っているため、十分な歪みを加えることができず、ＬＰＧの中心波長の微調整も十分に行えず、透過特性の調整も十分に行えないという問題点があった。
【００１０】
本発明は、長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）の温度変化を適切に補償することができ、除去する光の中心波長のシフトを抑制することができる利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、ＬＰＧ毎に中心波長の微調整を可能にして、透過波長の調整を行うことができる利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る利得平坦化器は、直列に接続された複数の長周期ファイバグレーティングと、前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれそれの近傍に設けられた複数の熱電効果素子と、前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更する手段とを備え、前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に調整可能としたことを特徴とする。
【００１５】
上記熱電効果素子は、ペルチェ素子であってもよい。
【００１６】
本発明に係る利得平坦化器を用いた光伝送システムは、エルビウムドープ光ファイバ増幅器を用いて光信号を中継伝送する光伝送システムにおいて、光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項１又は２に記載の利得平坦化器を用いたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る利得平坦化器及び利得平坦化器を用いた光伝送システムは、ＷＤＭ伝送技術を用いる光ファイバ通信システムに用いられるＷＤＭ光導波路（ｏｐｔｉｃａｌｗａｖｅｇｕｉｄｅ）に適用することができる。
【００１８】
図１は本発明の実施形態に係る利得平坦化器のパッケージ構造を示す外観図、図２は図１のパッケージ内部の各構成要素の配置を示すＡ−Ａ’矢視断面図である。
【００１９】
図１及び図２において、１は金属あるいはセラミックからなるパッケージ、１ｂはピグテールの補強スリーブ、２は光ファイバからなるピグテールである。また、図２において、３は長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）であり、ＬＰＧ３はそれぞれ独立した３種類のＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃから構成される。
【００２０】
図３は上記３種類のＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃの透過特性を示す図である。この図に示すように、ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃは、利得波長に対する透過特性がそれぞれ異なる特性を持つ。また、図３の太実線は、これらＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃを合わせた透過特性を示す。
【００２１】
図２に戻って、４はＬＰＧ３に接続されたシングルモードファイバであり、シングルモードファイバ４は、ＬＰＧ３ａとＬＰＧ３ｂの接続用のシングルモードファイバ４ａと、ＬＰＧ３ｂとＬＰＧ３ｃの接続用のシングルモードファイバ４ｂとを備える。したがって、各ＬＰＧは、ＬＰＧ３ａ／シングルモードファイバ４ａ／ＬＰＧ３ｂ／シングルモードファイバ４ｂ／ＬＰＧ３ｃの配列で接続され、両端にピグテール２が接続された構成となっている。
【００２２】
上記ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃは、金属あるいはセラミックからなるベース板５上に固着されており、ＬＰＧ３ａはベース板５ａ上に、ＬＰＧ３ｂはべース板５ｂ上に、ＬＰＧ３ｃはベース板５ｃ上にそれぞれ設置される。
【００２３】
また、このベース板５ａ，５ｂ，５ｃには、温度補償用のペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃ（熱電効果素子）がそれぞれ設置される。ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃは、ペルチェ（Ｐｅｌｔｉｅｒ）効果により発熱または吸熱を行う素子であり、２種の金属接合部分に流す電流の向きにより発熱または吸熱を行う。ペルチェ素子６ａはベース板５ａに固定されたＬＰＧ３ａの温度補償用素子であり、同様に、ペルチェ素子６ｂはＬＰＧ３ｂ用、ペルチェ素子６ｃはＬＰＧ３ｃ用の温度補償用素子である。
【００２４】
各ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃには、電源線が接続されておりそれぞれパッケージ１の外に引き出されてそれぞれの電源７ａ，７ｂ，７ｃに接続される。
【００２５】
また、各ベース板５ａ，５ｂ，５ｃには、ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃの温度を検出するための温度検出素子（図示せず）がそれぞれ設置されている。この温度検出素子は、リード線を介してそれぞれパッケージ１の外に引き出されて温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃに接続される。
【００２６】
すなわち、電源７ａとベース板５ａの温度検出素子のリード線は温度コントローラ８ａに接続され、ベース板５ｂの温度検出素子のリード線と電源７ｂは温度コントローラ８ｂに接続され、ベース板５ｃの温度検出素子のリード線と電源７ｃは温度コントローラ８ｃに接続される。
【００２７】
温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃは、温度検出素子からの温度情報を基に電源７ａ，７ｂ，７ｃを制御してペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの温度制御を行う。温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃは、電子回路等によりハード的に構成してもよいが、本実施形態ではＣＰＵによる演算処理によりソフトウェアで実現している。また、各ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの温度を独立して制御できるものであれば温度コントローラは１つでもよい。
【００２８】
本実施形態では、ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃとして小松エレクトロニクス社製のＫＳＭＬ０１０１１Ｇを３個用いた。また、シングルモードファイバ４にはコーニング社製のＳＭＦ−２８を用いた。
【００２９】
このように本実施形態では、ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃ毎に温度補償用のペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃを設け、ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃ毎に個々に温度設定可能に構成している。
【００３０】
以下、上述のように構成された利得平坦化器の作製方法を説明する。
【００３１】
まず、各ＬＰＧをＬＰＧ３ａ／シングルモードファイバ４ａ／ＬＰＧ３ｂ／シングルモードファイバ４ｂ／ＬＰＧ３ｃの配列で融着接続する。さらに、この両端にピグテール２となる光ファイバを融着接続する。
【００３２】
次いで、上記融着接続したＬＰＧ３をはめ込む図示しない溝が形成されたベース板５にＬＰＧ３をはめ込む。この時、ＬＰＧ３ａはベース板５ａの溝に、ＬＰＧ３ｂはベース板５ｂの溝に、ＬＰＧ３ｃはベース板５ｃの溝に入るようにはめ込む。
【００３３】
次いで、ＬＰＧ３がはめ込まれたベース板５上にＵＶ接着剤を塗布し、その上からそれぞれのベース板５毎に独立した図示しないガラス板で押さえ、その状態で紫外線を照射してＵＶ接着剤を硬化させ、ＬＰＧ３をベース板５に固定する。
【００３４】
次いで、ペルチェ素子６を金属あるいはセラミックからなるパッケージ１底面に配置する。ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃは、上記ベース板５ａ，５ｂ，５ｃと同じ間隔で配置する。各ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの電源線はパッケージ１外へ引き出す。
【００３５】
次いで、上記ＬＰＧ３がはめ込まれたベース板５をペルチェ素子６上に配置して、パッケージ１に固定する。ベース板５ａ，５ｂ，５ｃは、ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃ上に配置される。この時、ペルチェ素子６はベース板５とパッケージ１に挟み込まれることにより固定される。この構成によりパッケージ１はペルチェ素子６の放熱器として機能することになる。また、各ベース板５ａ，５ｂ，５ｃから出ている温度検出素子のリード線はパッケージ１外へ引き出す。
【００３６】
次いで、ＬＰＧ３ａ，３ｃに接続した２つのピグテール２を補強スリーブ１ｂを通してパッケージ１外に引き出し、接着剤により固定する。
【００３７】
次いで、パッケージ１内を窒素パージし、ハーメチックシールによりパッケージ１に蓋をする。
【００３８】
次いで、パッケージ１外に引き出された各ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの電源線を、各電源７ａ，７ｂ，７ｃに接続する。
【００３９】
最後に、パッケージ外に引き出された各ベース板５ａ，５ｂ，５ｃの温度検出素子のリード線と各電源７ａ，７ｂ，７ｃをそれぞれの温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃに接続し利得平坦化器が完成する。
【００４０】
次に、上述のように構成された利得平坦化器の動作について説明する。
【００４１】
まず、温度補償を行うためにそれぞれのＬＰＧ３がある一定温度になるように各温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃを設定する。
【００４２】
各温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃでは、各ベース板５ａ，５ｂ，５ｃに設けられている温度検出素子のフィードバックを受けながら、各ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃに電流を供給する電源７ａ，７ｂ，７ｃを制御する。各温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃの制御により、それぞれのペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃが作動し、各ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃは一定温度に保たれる。一定温度に保たれた各ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃは前記図３に示すような透過特性を示す。
【００４３】
ここで、前記図３に示す透過特性が、ＥＤＦＡの利得特性を平坦化するために必要な特性と一致しない場合は、各ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃの透過特性がＥＤＦＡの利得特性を平坦化するために必要な特性となるように、各温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃの制御によってＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃ毎に温度設定を行う。
【００４４】
図４は透過特性調整後のＬＰＧの透過特性を示す図である。この図は、利得特性平坦化のためにＬＰＧ３ａの設定温度を上昇させ中心波長を長波長側へシフトさせた場合の透過特性を示す。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態に係る利得平坦化器は、ピグテール２及びシングルモードファイバ４に接続された３つのＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃ、ＬＰＧ３ａ，３ｂ，３ｃが固定されたベース板５ａ，５ｂ，５ｃ、ベース板５ａ，５ｂ，５ｃに固定された温度補償用のペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃ、ペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの電源７ａ，７ｂ，７ｃ、ベース板５ａ，５ｂ，５ｃに設置された温度検出素子からの温度情報を基に電源７ａ，７ｂ，７ｃを制御してペルチェ素子６ａ，６ｂ，６ｃの温度制御を行う温度コントローラ８ａ，８ｂ，８ｃを備えた構成としたので、ＬＰＧの温度変化を適切に補償することができ、除去する光の中心波長のシフトを抑制することができる。
【００４６】
特に、ＬＰＧ毎に温度設定をすることが可能となるため、ペルチェ素子を温度補償デバイスとして使用しつつ、ＬＰＧ毎に中心波長の微調整が可能となり、利得平坦化器の透過波長の調整が可能となった。
【００４７】
また、従来技術で述べたファイバの長手方向に歪みを与えるような温度補償方法（参考文献４）ではなく、周囲の温度変動によるＬＰＧの温度変化をペルチェ素子によって温度補償する方法であるため、ファイバに対して十分な歪みを与えることができ、温度補償範囲を広げることができる。
【００４８】
また、ペルチェ素子を用いた温度制御装置自体が比較的安価に構成できることや、ＬＰＧ作製時の要求精度が緩和できること等により低コストで容易に実現可能である。
【００４９】
なお、上記実施形態に係る利得平坦化器を、上述したような光伝送システム等に適用することもできるが、勿論これには限定されず、光信号を光のまま伝送するシステムを備えたものであれば全ての装置に適用可能であることは言うまでもない。
【００５０】
また、上記実施形態では、熱電効果素子としてペルチェ素子を用いているが、熱電変換機能を有する素子であればどのような構成のデバイスでもよい。
【００５１】
また、上記利得平坦化器を構成するパッケージ、光ファイバ、ベース板等の種類、数、接続方法、さらには温度制御方法などは前述した実施形態に限られないことは言うまでもない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明に係る利得平坦化器では、複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより、複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に微調整可能であり、広い温度範囲に渡って温度補償を行い、利得を平坦化することができる。
【００５４】
本発明に係る利得平坦化器を用いた光伝送システムは、光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項１又は２に記載の利得平坦化器を用いているので、装置において利得の増大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施形態に係る利得平坦化器のパッケージ構造を示す外観図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’矢視断面図である。
【図３】上記利得平坦化器のＬＰＧの透過特性を示す図である。
【図４】上記利得平坦化器の透過特性調整後のＬＰＧの透過特性を示す図である。
【符号の説明】
１パッケージ、２ピグテール、３，３ａ，３ｂ，３ｃ長周期ファイバグレーティング（ＬＰＧ）、４，４ａ，４ｂシングルモードファイバ、５，５ａ，５ｂ，５ｃベース板、６ａ，６ｂ，６ｃペルチェ素子（熱電効果素子）、７ａ，７ｂ，７ｃ電源、８ａ，８ｂ，８ｃ温度コントローラ

Claims

長周期ファイバグレーティングを利得平坦化素子として用いて利得の波長依存性を平坦化する利得平坦化器において、
直列に接続された複数の長周期ファイバグレーティングと、
前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれそれの近傍に設けられた複数の熱電効果素子と、
前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更する手段と
を備え、
前記複数の熱電効果素子の設定温度を個別に変更することにより前記複数の長周期ファイバグレーティングのそれぞれの中心波長を個別に調整可能としたことを特徴とする利得平坦化器。
前記熱電効果素子は、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１に記載の利得平坦化器。
エルビウムドープ光ファイバ増幅器を用いて光信号を中継伝送する利得平坦化器を用いた光伝送システムにおいて、
前記光ファイバ増幅器の利得平坦化を行う利得平坦化器として請求項１又は２に記載の利得平坦化器を用いたことを特徴とする利得平坦化器を用いた光伝送システム。