JP3607534B2 - 光波長多重装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重装置に関し、特に変調された光ＤＳＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）信号を光ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）信号に変換してから多重化する光波長多重装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号伝送、光信号処理技術の発展に伴い、波長多重技術（以下、ＷＤＭという）を用いた伝送システムの大容量化を実現することが必要になってきている。ところが、現状の光増幅器の主流であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡという）は、その利得帯域が限られているため、ＷＤＭによって大容量化を実現するためには光信号帯域の狭帯域化を行う必要がある。これには、光片側波帯（以下、ＳＳＢという）通信方式を用いることが有効であり、従来においては、光ＳＳＢ信号を作り出すために、光バンドパスフィルタによって一方の側波帯のみを切り出す方法もしくはヒルベルト変換器を用いた方法等があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は種々の問題点を有する。すなわち、前者の方法は、鋭い遮断特性を持つバンドパスフィルタを必要とするが、そのようなフィルタを作製することは困難であった。また、後者の方法は、ヒルベルト変換器を実現するために移相器を用いる必要があるが、信号波が広帯域になった場合に信号帯域全体において移相器の位相シフト量を一様にすることが困難であった。
【０００４】
一方、ＷＤＭ方式を用いる場合、上述のどちらの方法においても、多重する波長ごとに光ＳＳＢ信号発生器を用意する必要があるため、システムが高価になってしまうという問題がある。そのため、光ＳＳＢ信号をＷＤＭシステムに導入することは困難であった。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、急峻な遮断特性を持つバンドパスフィルタもしくは一様な位相シフトを有する光ヒルベルト変換器を構成可能とし、ＷＤＭシステムにおいても光ＤＳＢ信号から光ＳＳＢ信号への一括変換を可能とする光波長多重装置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】
このような目的を達成するために、本発明に係る光波長多重装置は、互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、上記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、上記各ユニットから上記第１の波長多重光信号が供給され、上記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯を抑圧して第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、上記各ユニットから供給される上記第２の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段とを備えたものである。
【０００７】
また、本発明は、その他の態様として、以下に記載するものも含む。
すなわち、互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、上記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、上記第１の波長多重光信号を２分岐して出力する分岐手段と、上記２分岐されたうちの一方の光信号の光路長差を調整する遅延手段と、上記２分岐されたうちの他方の光信号であってその片側波帯の位相が１８０度反転された光信号（以下、第２の波長多重光信号という）と上記遅延手段から出力された光信号とを合波して得られた第３の波長多重光信号を出力する合波手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、上記各ユニットから上記第１の波長多重光信号が供給され、上記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させることにより第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた上記第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、上記各ユニットから供給される上記第３の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段とを備えたものでもよい。
【０００８】
また、上記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、上記フーリエ変換された光信号の片側波帯を抑圧する空間フィルタとで構成されていてもよい。
また、上記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、上記フーリエ変換された光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させる空間フィルタとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／４波長の段差を有した状態で形成された金ミラーとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングと、上記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／２波長の段差を有した状態で形成された無反射コーティングと、上記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記光信号変換手段は、上記片側波帯の抑圧に加えて、さらに上記第１の周波数分布光信号の搬送波成分を抑圧する手段であってもよい。
さらに、上記光信号変換手段は、上記片側波帯の位相を１８０度反転させることに加えて、さらに上記第１の周波数分布光信号の搬送波成分の位相を１８０度反転させる手段であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。これは２５ＧＨｚ間隔、８波長の波長多重光ＳＳＢ光源を構成している。同図に示すように、本実施の形態は、レーザダイオードアレイ１０１と、波長多重装置１と、ファイバ伝送路１１０と、受信器２とで構成されている
【００１１】
光波長多重装置１は、波長多重回路１０２と、サーキュレータ１０３と、アレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという）光ＳＳＢ変換回路１０４と、光カプラ１０５と、ＥＤＦＡ１０６と、光バンドパスフィルタ１０７と、ＥＤＦＡ１０８と、光バンドパスフィルタ１０９とで構成されている。また、受信器２は、分散補償ファイバ１１１と、ＥＤＦＡ１１２と、光バンドパスフィルタ１１３と、波長多重信号分離回路１１４と、フォトダイオード１１５とで構成されている。
【００１２】
ここで、光波長多重装置１の詳細について述べる。
レーザダイオードアレイ１０１は、強度変調器付きのレーザダイオードを４個の並べたものであり、それぞれ独立に１０Ｇｂｉｔ／ｓの疑似ランダム信号で強度変調器を駆動する。各レーザダイオードの中心周波数は、５０ＧＨｚの周波数間隔となるように設定されている。
波長多重回路１０２は、レーザダイオードアレイ１０１によって生成された各光信号を多重化し、波長多重光信号を生成する回路である。
【００１３】
なお、レーザダイオードアレイ１０１および波長多重回路１０２は、波長多重光源を構成している。また、同図から明らかなように本実施の形態では、波長多重光源を２台用いており、一方の波長多重光源は他方の波長多重光源に対して、周波数軸上で波長を２５ＧＨｚシフトさせている。ただし、波長多重光源の台数およびシフトする波長等は、上述のものに限られない。必要に応じて適宜設定することができる。
【００１４】
サーキュレータ１０３は、３個のポートを有し、例えば第１ポートに入力した光を第２ポートに出力し、第２ポートに入力した光を第３ポートに出力する。ただし、第３ポートに入力した光を第１ポートから出力することはない。図１においては、波長多重回路１０２から供給された光信号をＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４に供給し、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４から供給された光信号を光カプラ１０５に供給する。
【００１５】
ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、２本の入出力導波路をもつ反射型のアレイ導波路格子光ＳＳＢ変換回路である。詳細については後述する。
光カプラ１０５は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４から出力された光信号を合波する。
ＥＤＦＡ１０６は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の損失を補償するためのエルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１０７は、ＥＤＦＡ１０６の自然放出光を除去する。
ＥＤＦＡ１０８は、ブースターアンプとして機能するエルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１０９は、ＥＤＦＡ１０８の自然放出光を除去する。
【００１６】
一方、光波長多重装置１の性能を確認するために設けられた受信器２の詳細は、以下のとおりである。
【００１７】
分散補償ファイバ１１１は、ファイバ伝送路１１０の分散を補償する。伝送路の分散が全く存在しないか、または、存在しても実用上問題ない場合においては、この分散補償ファイバ１１１を省略してもよい。
ＥＤＦＡ１１２は、エルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１１３は、ＥＤＦＡ１１２の自然放出光を除去する。
【００１８】
波長多重信号分離回路１１４は、波長多重された光信号を波長毎に分離する。
フォトダイオード１１５は、波長分離された光信号を受信し、電気信号に変換する。ここでは、レーザダイオードアレイ１０１の個数と対応するように、計８個のフォトダイオードが配設されている。
【００１９】
図２は、図１に係るＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の詳細を示す平面図である。同図に示すように、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、２本の導波路２０１と、スラブ導波路２０２と、アレイ導波路２０３と、スラブ導波路２０４と、空間フィルタ２０５とを備えている。
【００２０】
導波路２０１は、信号光を入射および出射させるための２本の導波路である。
スラブ導波路２０２は、導波路２０１を介して供給された光信号をアレイ導波路２０３に分配する機能、および、アレイ導波路２０３から供給された光信号を逆フーリエ変換する機能を持つ。２本の導波路２０１とスラブ導波路との接続面における間隔は１００μｍである。
アレイ導波路２０３は、入射信号光を時間−空間変換する機能を持つ。
【００２１】
スラブ導波路２０４は、アレイ導波路２０３の出力光をそれぞれフーリエ変換する機能を持つ。つまり、スラブ導波路２０４のアレイ導波路２０３に接続された端面に対して反対側の端面（焦点面）では、入力光信号の周波数成分が空間的に展開されており、空間軸と周波数軸とは線分散を通じて互いに比例関係にある。
【００２２】
空間フィルタ２０５は、その位置をマイクロメータ（図示せず）によって微動させることができる。本実施の形態では、空間フィルタ２０５はスラブ導波路２０４の焦点面にほぼ密着させているが、さらにスラブ導波路２０４の焦点面上にレンズを設けることも可能であり、その場合、結合効率の改善が期待できる。
【００２３】
なお、本実施の形態で用いたアレイ導波路は、その中心波長が１，５５２ｎｍであり、その本数が３７８本、回折次数（隣接導波路の光路長差を波長で除した値）が「３２７」である。スラブ導波路２０４の焦点面における線分散は２５０ＭＨｚ／μｍであり、周波数分解能は約２．２ＧＨｚである。
【００２４】
また、図２における導波路は、以下のようにして作られる。まず、単結晶シリコンの基板上に火炎加水分解体積法（以下、ＦＨＤ法という）によって下部クラッド層、コア層の順にガラス微粒子膜として堆積させた後、アニール炉中で高温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜を形成する。その後、導波路の形にパターニングを施し、ドライエッチングを用いて、不要なコア層を除去した後、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、高温に加熱して上部クラッド層を透明化させる。ただし、ＩｎＰ等の半導体層にコア層としてＩｎＧａＡｓＰ等のクラッドよりも屈折率の高い半導体をエピタキシャル成長させ、パターニングおよびエッチングによって作製した半導体の導波路構造やコアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造等についても同様の機能を持つことは明らかである。この場合、使用したい波長域において材料が十分透明であることが望ましい。
【００２５】
さらに、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の構成は、図２に示した反射型のものに限られるものではない。すなわち、図３に示すようにアレイ導波路格子を２個用い、透過型の空間フィルタ２０５を用いてもよい。その場合、導波路２０１の一方が波長多重回路１０２に接続され、他方が光カプラ１０５に接続される構成となるため、図１に示したサーキュレータ１０３は不要となる。
【００２６】
ここで、本実施の形態の動作原理について、図４，５を参照して説明する。
【００２７】
図４（ａ）は、波長多重光信号を示す波形図、図４（ｂ）は空間フィルタ２０５の詳細を示す断面図、図４（ｃ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図である。また、図５（ｄ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図、図５（ｅ）は片側波帯の抑圧された２種類の波長多重光信号を多重化した状態を示す波形図である。
【００２８】
図４（ｂ）に示される空間フィルタ２０５は、以下のようにして作製される。石英基板３０６上にレジストでパターニングし、金を蒸着してリフトオフした後、再度パターニングし、金ミラー３０４を形成する。そして、金が蒸着されていない、すなわち石英基板３０６が露出している部分に、無反射（以下、ＡＲという）コーティング３０３を形成する。金ミラー３０４およびＡＲコーティング３０３の幅は、それぞれ５０μｍであり、この金ミラー／ＡＲコーティング対を２００μｍ周期で４回繰り返して配置している。
【００２９】
この２００μｍの空間幅は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の焦点面における線分散の値から、５０ＧＨｚの周波数幅に相当することになる。このようにして作製したフィルタをスラブ導波路２０４の焦点面近傍に配置することで、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は光ＳＳＢ信号変換器として機能する。
【００３０】
ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の一方の入出力導波路２０１に入力した波長多重光源からの出力信号は、ＡＷＧ１０４中のスラブ導波路２０４の焦点面近傍において、その光周波数スペクトルが空間上に比例的に分布する。一般的に、光源を強度変調器によって変調した場合の光周波数スペクトルは、図４（ａ）に示すように光源の周波数であるベースバンド周波数３０１の低周波数と高周波数側にそれぞれ下側波帯３０２と上側波帯３０３を形成する。このような光スペクトルを図４（ｂ）のようなフィルタによってフィルタリングを行うと、一方の側波帯のみＡＲコーティングによって抑圧され、フィルタリング後の光スペクトルは図４（ｃ）のように光ＳＳＢ信号になる。
【００３１】
また、他方の入出力導波路から入力した波長多重光源からの出力信号は、入出力導波路のスラブ導波路２０２との接続面における間隔が１００μｍであることから、スラブ導波路２０４の焦点面近傍においてそのスペクトル分布は空間的に１００μｍシフトする。その結果、同一の空間フィルタ２０５によって他方の入出力導波路から入力した周波数を全体的に２５ＧＨｚシフトさせた他方の波長多重信号も光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号は周波数軸上では図５（ｄ）のように５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号になる。
【００３２】
これらの出力信号を光カプラ１０５によって合波することで、図５（ｅ）のように２５ＧＨｚ間隔、８波の光ＳＳＢ信号が生成される。本実施の形態では全搬送波ＳＳＢ方式になるように周波数フィルタリングを行ったが、搬送波成分も抑圧されるように空間フィルタ２０５の配置を行うことにより、抑圧搬送波ＳＳＢ方式にすることも可能である。その場合は、受信側で局所発信器とミキサーによって信号を復元することが必要になる。
【００３３】
なお、実際に１．５５μｍの光通信波長帯のレーザを用いて、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２５ＧＨｚ間隔の８チャネルのＷＤＭ信号を生成し、ＤＳＢ信号のままの場合と、ＳＳＢ信号に変換した場合について１００ｋｍのシングルモードファイバの伝送を行い、その符号誤り率特性を比較したところ、最小受信感度は測定誤差範囲内の０．１ｄＢの範囲内で一致していた。また、その時の側波帯抑圧比は、約２０ｄＢであった。さらに、分散耐力を測定したところ、最小受信感度が１ｄＢ劣化する分散幅はＤＳＢ方式の２倍と良好な値であった。本実施の形態では、空間フィルタを微動機構によって動かす構成としたが、微動機構を用いずに焦点面にフィルタを接着したり、焦点面に直接パターニングを施し、金等の金属を蒸着することで、パタンミラーを配置すれば、可変性は失われるものの、長期安定性の高い光ＳＳＢ変換器を安価に作製することができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。これも第１の実施の形態と同様に、５０ＧＨｚ間隔の波長多重光源を２個備え、一方は他方に対して、全体的に周波数が２５ＧＨｚずれるように構成されている。同図に示すように、本実施の形態は、レーザダイオードアレイ１０１と、光波長多重装置１と、ファイバ伝送路１１０と、受信器２とで構成されている。
【００３５】
光波長多重装置１は、波長多重回路１０２と、光カプラ４０１および４０２と、光遅延回路４０３と、サーキュレータ１０３と、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４と、光カプラ１０５と、ＥＤＦＡ１０６と、光バンドパスフィルタ１０７と、ＥＤＦＡ１０８と、光バンドパスフィルタ１０９とで構成されている。また、受信器２は、分散補償ファイバ１１１と、ＥＤＦＡ１１２と、光バンドパスフィルタ１１３と、波長多重信号分離回路１１４と、フォトダイオード１１５とで構成されている。
【００３６】
光波長多重装置１の詳細は以下のとおりである。
光カプラ４０１は、波長多重装置１０２の出力光を２つの光路に分岐する。
光カプラ４０２は、２つに分岐された光路を１つの光路に合波する。
光遅延回路４０３は、光カプラ４０１によって分岐された２つの光路長差を等しくする。本実施の形態において、光遅延回路４０３は、アレイ導波路格子１０４における光損失を補償するために急峻な曲率半径を持つ光導波路で構成しているが、別個に光減衰器を直列につなぐことによって損失補償を行ってもよいし、サーキュレータ１０３の直後に光アンプを直列に接続することでも損失補償が可能である。
受信器２の構成は、図１に示したものと同等であるため、説明を省略する。
【００３７】
なお、本実施の形態で用いたＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、中心波長が１，５８４ｎｍであり、その本数は３７８本、回折次数（隣接導波路の光路長差を波長で除した値）は「５３」である。スラブ導波路２０４の焦点面における線分散は１．２５ＧＨｚ／μｍであり、周波数分解能は約１２．７ＧＨｚである。また、入出力導波路２０１のスラブ導波路２０２との接続面における導波路間隔は２０μｍになっている
【００３８】
ここで、本実施の形態の動作原理について、図７，８を参照して説明する。
【００３９】
図７（ａ）は、波長多重光信号を示す波形図、図７（ｂ）は空間フィルタ２０５の詳細を示す断面図、図７（ｃ）は片側波帯が１８０度反転された波長多重光信号を示す波形図、図７（ｄ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図である。また、図８（ｅ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図、図８（ｅ）は片側波帯の抑圧された２種類の波長多重光信号を多重化した状態を示す波形図である。
【００４０】
図７（ｂ）に示す空間フィルタ２０５は、以下のようにして作られる。まず、石英基板３０６は、深さが１／４波長に相当する４本の段差が設けられている。各溝の幅は２０μｍであり、４本の溝の周期は４０μｍとなっている。溝の作製方法は以下のとおりである。まず、石英基板上にレジストで４０μｍ周期のラインアンドスペースをパターニングし、緩衝フッ酸溶液でその段差が１，５８４ｎｍの１／４になるように正確にエッチングする。そして、レジストを除去した後、全面に金を蒸着する。
【００４１】
本実施の形態では、スペクトルに位相シフトを与える溝の深さは一定としたが、波長多重される周波数帯域幅が高帯域になる場合には、位相シフトが正確に波長の１／２になるように、各溝毎に独立して石英基板３０６をエッチングすることが望ましい。
【００４２】
また、本実施の形態で用いたＡＷＧにおける４０μｍの空間幅は、５０ＧＨｚの周波数幅に相当する。このようにして作製された空間フィルタ２０５をスラブ導波路２０４の焦点面近傍に配置することにより、図６に示す光カプラ４０１、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４、光カプラ４０２および光遅延回路４０３は、光ＳＳＢ信号変換器として機能する。
【００４３】
波長多重された信号は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４中のスラブ導波路２０４の焦点面近傍において、その光周波数スペクトルが空間上に比例的に分布している。一般的に光源を強度変調器によって変調した場合の光周波数スペクトルは図７（ａ）に示すように光源の周波数であるベースバンド周波数３０１の低周波数と高周波数側にそれぞれ下側波帯３０２と上側波帯３０３を形成する。
【００４４】
このような光スペクトルを図７（ｂ）のようなフィルタによってフィルタリングすると、一方の側波帯のみ１／２波長だけ遅れ、位相が１８０度ずれることで、フィルタリング後の光スペクトルは図７（ｃ）のようになる。光カプラによって分岐された、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４を通過しない側の光スペクトルは図７（ａ）のままである。したがって、光遅延回路４０３によって、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４で生じた遅延を補償した後、合波して干渉させることにより図７（ｄ）に示す光ＳＳＢ信号が得られる。また、他方の入出力導波路から入力した波長多重光源からの出力信号は、入出力導波路のスラブ導波路２０２との接続面における間隔が２０μｍであることから、スラブ導波路２０４の焦点面近傍において、そのスペクトル分布は空間的に２０μｍシフトする。
【００４５】
その結果、同一の空間フィルタ２０５によって他方の入出力導波路から入力した信号も光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号は、周波数軸上で図８（ｅ）のように５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号を光カプラ１０５によって合波することで、図８（ｆ）に示すように２５ＧＨｚ間隔、８波の光ＳＳＢ信号が生成される。本実施の形態では、全搬送波ＳＳＢ方式になるように周波数フィルタリングを行ったが、搬送波成分も位相を反転させるように空間フィルタ２０５の配置を行うことにより、抑圧搬送波ＳＳＢ方式にすることも可能である。その場合は、受信側で局所発信器とミキサーによって信号を復元することが必要になる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、光カプラ４０１によって分けられた２つの光路における波長分散の差は検出できなかったが、例えばアレイ導波路格子１０４が過剰分散を持った場合等では、２つの光路において波長分散の差が生じる。この場合には、いずれかの光路中に分散補償器を挿入してもよいし、または光カプラの合波部において波長分散の差が消失するように、図７（ｂ）に示した位相フィルタの位相遅延量を周波数ごとに変化させることでも可能である。
【００４７】
なお、実際に１．５８μｍの光通信波長帯のレーザを用いて、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２５ＧＨｚ間隔の８チャネルＷＤＭ信号を生成し、ＤＳＢ信号のままの場合と、ＳＳＢ信号に変換した場合について１００ｋｍの分散シフトファイバの伝送を行い、その符号誤り率特性を比較した。その結果、最小受信感度は測定誤差範囲内の０．１ｄＢの範囲内で一致していた。また、その時の側波帯抑圧比は約２５ｄＢであった。分散耐力を測定したところ、第１の実施の形態と同様に最小受信感度が１ｄＢ劣化する分散幅はＤＳＢ方式の１．９倍と良好な値であった。
【００４８】
［第３，４の実施の形態］
図９（ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す断面図、図９（ｂ）は本発明の第４の実施の形態を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、図４（ｂ）に示した石英基板３０６の主表面に金ミラー３０４およびＡＲコーティング３０５を形成し、石英基板３０６の裏面にＡＲコーティング３０５を形成してもよい。本実施の形態に係る空間フィルタは、第１の実施の形態に適用することができる。
また、同図（ｂ）に示すように、図７（ｂ）に示した石英基板３０６の主表面にＡＲコーティング３０５のみを形成し、石英基板３０６の裏面にＡＲコーティング３０５を形成してもよい。この場合、基板上には４０μｍの周期毎に、深さが１／２波長の段差が設けられている。本実施の形態に係る空間フィルタは、第２の実施の形態に適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明は、アレイ導波路格子と空間フィルタとを組み合わせることで、急峻な遮断特性を持つバンドパスフィルタもしくは一様な位相シフトを有する光ヒルベルト変換器を構成可能とする。そして、ＷＤＭシステムにおいても光ＤＳＢ信号から光ＳＳＢ信号への一括変換を可能とする光波長多重装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態（波長多重装置）を示すブロック図である。
【図２】ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路の一例示す平面図である。
【図３】ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路のその他の例を示す平面図である。
【図４】（ａ）光源を強度変調回路によって変調した場合の光周波数スペクトルを示す波形図、（ｂ）空間フィルタを示す断面図、（ｃ）フィルタリング後のスペクトルを示す波形図である。
【図５】（ｄ）５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図、（ｅ）２５ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態（波長多重装置）を示すブロック図である。
【図７】（ａ）光源を強度変調回路によって変調した場合の光周波数スペクトルを示す波形図、（ｂ）空間フィルタを示す断面図、（ｃ）フィルタリング後のスペクトルを示す波形図、（ｄ）光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図８】（ｅ）５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図、（ｆ）２５ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図９】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る空間フィルタを示す断面図、（ｂ）本発明の第４の実施の形態に係る空間フィルタを示す断面図である。
【符号の説明】
１…光波長多重装置、２…受信器、１０１…レーザダイオードアレイ、１０２…波長多重回路、１０３…サーキュレータ、１０４…アレイ導波路格子（ＡＷＧ）光ＳＳＢ変換回路、１０５…光カプラ、１０６…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、１０７…光バンドパスフィルタ、１０８…ＥＤＦＡ、１０９…光バンドパスフィルタ、１１０…ファイバ伝送路、１１１…分散補償ファイバ、１１２…ＥＤＦＡ、１１３…光バンドパスフィルタ、１１４…波長多重信号分離回路、１１５…フォトダイオード、２０１…導波路、２０２…スラブ導波路、２０３…アレイ導波路、２０４…スラブ導波路、２０５…空間フィルタ、３０１…ベースバンド周波数、３０２…下側波帯、３０３…上側波帯、３０４…金ミラー、３０５…無反射（ＡＲ）コーティング、３０６…石英基板、４０１…光カプラ、４０２…光カプラ、４０３…光遅延回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波長多重装置に関し、特に変調された光ＤＳＢ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）信号を光ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）信号に変換してから多重化する光波長多重装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号伝送、光信号処理技術の発展に伴い、波長多重技術（以下、ＷＤＭという）を用いた伝送システムの大容量化を実現することが必要になってきている。ところが、現状の光増幅器の主流であるエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡという）は、その利得帯域が限られているため、ＷＤＭによって大容量化を実現するためには光信号帯域の狭帯域化を行う必要がある。これには、光片側波帯（以下、ＳＳＢという）通信方式を用いることが有効であり、従来においては、光ＳＳＢ信号を作り出すために、光バンドパスフィルタによって一方の側波帯のみを切り出す方法もしくはヒルベルト変換器を用いた方法等があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は種々の問題点を有する。すなわち、前者の方法は、鋭い遮断特性を持つバンドパスフィルタを必要とするが、そのようなフィルタを作製することは困難であった。また、後者の方法は、ヒルベルト変換器を実現するために移相器を用いる必要があるが、信号波が広帯域になった場合に信号帯域全体において移相器の位相シフト量を一様にすることが困難であった。
【０００４】
一方、ＷＤＭ方式を用いる場合、上述のどちらの方法においても、多重する波長ごとに光ＳＳＢ信号発生器を用意する必要があるため、システムが高価になってしまうという問題がある。そのため、光ＳＳＢ信号をＷＤＭシステムに導入することは困難であった。
【０００５】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、急峻な遮断特性を持つバンドパスフィルタもしくは一様な位相シフトを有する光ヒルベルト変換器を構成可能とし、ＷＤＭシステムにおいても光ＤＳＢ信号から光ＳＳＢ信号への一括変換を可能とする光波長多重装置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】
このような目的を達成するために、本発明に係る光波長多重装置は、互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、上記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、上記各ユニットから上記第１の波長多重光信号が供給され、上記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯を抑圧して第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、上記各ユニットから供給される上記第２の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段とを備えたものである。
【０００７】
また、本発明は、その他の態様として、以下に記載するものも含む。
すなわち、互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、上記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、上記第１の波長多重光信号を２分岐して出力する分岐手段と、上記２分岐されたうちの一方の光信号の光路長差を調整する遅延手段と、上記２分岐されたうちの他方の光信号であってその片側波帯の位相が１８０度反転された光信号（以下、第２の波長多重光信号という）と上記遅延手段から出力された光信号とを合波して得られた第３の波長多重光信号を出力する合波手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、上記各ユニットから上記第１の波長多重光信号が供給され、上記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させることにより第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた上記第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、上記各ユニットから供給される上記第３の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段とを備えたものでもよい。
【０００８】
また、上記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、上記フーリエ変換された光信号の片側波帯を抑圧する空間フィルタとで構成されていてもよい。
また、上記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、上記フーリエ変換された光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させる空間フィルタとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／４波長の段差を有した状態で形成された金ミラーとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングと、上記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／２波長の段差を有した状態で形成された無反射コーティングと、上記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていてもよい。
また、上記光信号変換手段は、上記片側波帯の抑圧に加えて、さらに上記第１の周波数分布光信号の搬送波成分を抑圧する手段であってもよい。
さらに、上記光信号変換手段は、上記片側波帯の位相を１８０度反転させることに加えて、さらに上記第１の周波数分布光信号の搬送波成分の位相を１８０度反転させる手段であってもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。
【００１０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。これは２５ＧＨｚ間隔、８波長の波長多重光ＳＳＢ光源を構成している。同図に示すように、本実施の形態は、レーザダイオードアレイ１０１と、波長多重装置１と、ファイバ伝送路１１０と、受信器２とで構成されている
【００１１】
光波長多重装置１は、波長多重回路１０２と、サーキュレータ１０３と、アレイ導波路格子（以下、ＡＷＧという）光ＳＳＢ変換回路１０４と、光カプラ１０５と、ＥＤＦＡ１０６と、光バンドパスフィルタ１０７と、ＥＤＦＡ１０８と、光バンドパスフィルタ１０９とで構成されている。また、受信器２は、分散補償ファイバ１１１と、ＥＤＦＡ１１２と、光バンドパスフィルタ１１３と、波長多重信号分離回路１１４と、フォトダイオード１１５とで構成されている。
【００１２】
ここで、光波長多重装置１の詳細について述べる。
レーザダイオードアレイ１０１は、強度変調器付きのレーザダイオードを４個の並べたものであり、それぞれ独立に１０Ｇｂｉｔ／ｓの疑似ランダム信号で強度変調器を駆動する。各レーザダイオードの中心周波数は、５０ＧＨｚの周波数間隔となるように設定されている。
波長多重回路１０２は、レーザダイオードアレイ１０１によって生成された各光信号を多重化し、波長多重光信号を生成する回路である。
【００１３】
なお、レーザダイオードアレイ１０１および波長多重回路１０２は、波長多重光源を構成している。また、同図から明らかなように本実施の形態では、波長多重光源を２台用いており、一方の波長多重光源は他方の波長多重光源に対して、周波数軸上で波長を２５ＧＨｚシフトさせている。ただし、波長多重光源の台数およびシフトする波長等は、上述のものに限られない。必要に応じて適宜設定することができる。
【００１４】
サーキュレータ１０３は、３個のポートを有し、例えば第１ポートに入力した光を第２ポートに出力し、第２ポートに入力した光を第３ポートに出力する。ただし、第３ポートに入力した光を第１ポートから出力することはない。図１においては、波長多重回路１０２から供給された光信号をＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４に供給し、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４から供給された光信号を光カプラ１０５に供給する。
【００１５】
ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、２本の入出力導波路をもつ反射型のアレイ導波路格子光ＳＳＢ変換回路である。詳細については後述する。
光カプラ１０５は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４から出力された光信号を合波する。
ＥＤＦＡ１０６は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の損失を補償するためのエルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１０７は、ＥＤＦＡ１０６の自然放出光を除去する。
ＥＤＦＡ１０８は、ブースターアンプとして機能するエルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１０９は、ＥＤＦＡ１０８の自然放出光を除去する。
【００１６】
一方、光波長多重装置１の性能を確認するために設けられた受信器２の詳細は、以下のとおりである。
【００１７】
分散補償ファイバ１１１は、ファイバ伝送路１１０の分散を補償する。伝送路の分散が全く存在しないか、または、存在しても実用上問題ない場合においては、この分散補償ファイバ１１１を省略してもよい。
ＥＤＦＡ１１２は、エルビウム添加光ファイバ増幅器である。
光バンドパスフィルタ１１３は、ＥＤＦＡ１１２の自然放出光を除去する。
【００１８】
波長多重信号分離回路１１４は、波長多重された光信号を波長毎に分離する。
フォトダイオード１１５は、波長分離された光信号を受信し、電気信号に変換する。ここでは、レーザダイオードアレイ１０１の個数と対応するように、計８個のフォトダイオードが配設されている。
【００１９】
図２は、図１に係るＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の詳細を示す平面図である。同図に示すように、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、２本の導波路２０１と、スラブ導波路２０２と、アレイ導波路２０３と、スラブ導波路２０４と、空間フィルタ２０５とを備えている。
【００２０】
導波路２０１は、信号光を入射および出射させるための２本の導波路である。
スラブ導波路２０２は、導波路２０１を介して供給された光信号をアレイ導波路２０３に分配する機能、および、アレイ導波路２０３から供給された光信号を逆フーリエ変換する機能を持つ。２本の導波路２０１とスラブ導波路との接続面における間隔は１００μｍである。
アレイ導波路２０３は、入射信号光を時間−空間変換する機能を持つ。
【００２１】
スラブ導波路２０４は、アレイ導波路２０３の出力光をそれぞれフーリエ変換する機能を持つ。つまり、スラブ導波路２０４のアレイ導波路２０３に接続された端面に対して反対側の端面（焦点面）では、入力光信号の周波数成分が空間的に展開されており、空間軸と周波数軸とは線分散を通じて互いに比例関係にある。
【００２２】
空間フィルタ２０５は、その位置をマイクロメータ（図示せず）によって微動させることができる。本実施の形態では、空間フィルタ２０５はスラブ導波路２０４の焦点面にほぼ密着させているが、さらにスラブ導波路２０４の焦点面上にレンズを設けることも可能であり、その場合、結合効率の改善が期待できる。
【００２３】
なお、本実施の形態で用いたアレイ導波路は、その中心波長が１，５５２ｎｍであり、その本数が３７８本、回折次数（隣接導波路の光路長差を波長で除した値）が「３２７」である。スラブ導波路２０４の焦点面における線分散は２５０ＭＨｚ／μｍであり、周波数分解能は約２．２ＧＨｚである。
【００２４】
また、図２における導波路は、以下のようにして作られる。まず、単結晶シリコンの基板上に火炎加水分解体積法（以下、ＦＨＤ法という）によって下部クラッド層、コア層の順にガラス微粒子膜として堆積させた後、アニール炉中で高温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜を形成する。その後、導波路の形にパターニングを施し、ドライエッチングを用いて、不要なコア層を除去した後、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、高温に加熱して上部クラッド層を透明化させる。ただし、ＩｎＰ等の半導体層にコア層としてＩｎＧａＡｓＰ等のクラッドよりも屈折率の高い半導体をエピタキシャル成長させ、パターニングおよびエッチングによって作製した半導体の導波路構造やコアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造等についても同様の機能を持つことは明らかである。この場合、使用したい波長域において材料が十分透明であることが望ましい。
【００２５】
さらに、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の構成は、図２に示した反射型のものに限られるものではない。すなわち、図３に示すようにアレイ導波路格子を２個用い、透過型の空間フィルタ２０５を用いてもよい。その場合、導波路２０１の一方が波長多重回路１０２に接続され、他方が光カプラ１０５に接続される構成となるため、図１に示したサーキュレータ１０３は不要となる。
【００２６】
ここで、本実施の形態の動作原理について、図４，５を参照して説明する。
【００２７】
図４（ａ）は、波長多重光信号を示す波形図、図４（ｂ）は空間フィルタ２０５の詳細を示す断面図、図４（ｃ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図である。また、図５（ｄ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図、図５（ｅ）は片側波帯の抑圧された２種類の波長多重光信号を多重化した状態を示す波形図である。
【００２８】
図４（ｂ）に示される空間フィルタ２０５は、以下のようにして作製される。石英基板３０６上にレジストでパターニングし、金を蒸着してリフトオフした後、再度パターニングし、金ミラー３０４を形成する。そして、金が蒸着されていない、すなわち石英基板３０６が露出している部分に、無反射（以下、ＡＲという）コーティング３０３を形成する。金ミラー３０４およびＡＲコーティング３０３の幅は、それぞれ５０μｍであり、この金ミラー／ＡＲコーティング対を２００μｍ周期で４回繰り返して配置している。
【００２９】
この２００μｍの空間幅は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の焦点面における線分散の値から、５０ＧＨｚの周波数幅に相当することになる。このようにして作製したフィルタをスラブ導波路２０４の焦点面近傍に配置することで、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は光ＳＳＢ信号変換器として機能する。
【００３０】
ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４の一方の入出力導波路２０１に入力した波長多重光源からの出力信号は、ＡＷＧ１０４中のスラブ導波路２０４の焦点面近傍において、その光周波数スペクトルが空間上に比例的に分布する。一般的に、光源を強度変調器によって変調した場合の光周波数スペクトルは、図４（ａ）に示すように光源の周波数であるベースバンド周波数３０１の低周波数と高周波数側にそれぞれ下側波帯３０２と上側波帯３０３を形成する。このような光スペクトルを図４（ｂ）のようなフィルタによってフィルタリングを行うと、一方の側波帯のみＡＲコーティングによって抑圧され、フィルタリング後の光スペクトルは図４（ｃ）のように光ＳＳＢ信号になる。
【００３１】
また、他方の入出力導波路から入力した波長多重光源からの出力信号は、入出力導波路のスラブ導波路２０２との接続面における間隔が１００μｍであることから、スラブ導波路２０４の焦点面近傍においてそのスペクトル分布は空間的に１００μｍシフトする。その結果、同一の空間フィルタ２０５によって他方の入出力導波路から入力した周波数を全体的に２５ＧＨｚシフトさせた他方の波長多重信号も光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号は周波数軸上では図５（ｄ）のように５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号になる。
【００３２】
これらの出力信号を光カプラ１０５によって合波することで、図５（ｅ）のように２５ＧＨｚ間隔、８波の光ＳＳＢ信号が生成される。本実施の形態では全搬送波ＳＳＢ方式になるように周波数フィルタリングを行ったが、搬送波成分も抑圧されるように空間フィルタ２０５の配置を行うことにより、抑圧搬送波ＳＳＢ方式にすることも可能である。その場合は、受信側で局所発信器とミキサーによって信号を復元することが必要になる。
【００３３】
なお、実際に１．５５μｍの光通信波長帯のレーザを用いて、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２５ＧＨｚ間隔の８チャネルのＷＤＭ信号を生成し、ＤＳＢ信号のままの場合と、ＳＳＢ信号に変換した場合について１００ｋｍのシングルモードファイバの伝送を行い、その符号誤り率特性を比較したところ、最小受信感度は測定誤差範囲内の０．１ｄＢの範囲内で一致していた。また、その時の側波帯抑圧比は、約２０ｄＢであった。さらに、分散耐力を測定したところ、最小受信感度が１ｄＢ劣化する分散幅はＤＳＢ方式の２倍と良好な値であった。本実施の形態では、空間フィルタを微動機構によって動かす構成としたが、微動機構を用いずに焦点面にフィルタを接着したり、焦点面に直接パターニングを施し、金等の金属を蒸着することで、パタンミラーを配置すれば、可変性は失われるものの、長期安定性の高い光ＳＳＢ変換器を安価に作製することができる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。これも第１の実施の形態と同様に、５０ＧＨｚ間隔の波長多重光源を２個備え、一方は他方に対して、全体的に周波数が２５ＧＨｚずれるように構成されている。同図に示すように、本実施の形態は、レーザダイオードアレイ１０１と、光波長多重装置１と、ファイバ伝送路１１０と、受信器２とで構成されている。
【００３５】
光波長多重装置１は、波長多重回路１０２と、光カプラ４０１および４０２と、光遅延回路４０３と、サーキュレータ１０３と、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４と、光カプラ１０５と、ＥＤＦＡ１０６と、光バンドパスフィルタ１０７と、ＥＤＦＡ１０８と、光バンドパスフィルタ１０９とで構成されている。また、受信器２は、分散補償ファイバ１１１と、ＥＤＦＡ１１２と、光バンドパスフィルタ１１３と、波長多重信号分離回路１１４と、フォトダイオード１１５とで構成されている。
【００３６】
光波長多重装置１の詳細は以下のとおりである。
光カプラ４０１は、波長多重装置１０２の出力光を２つの光路に分岐する。
光カプラ４０２は、２つに分岐された光路を１つの光路に合波する。
光遅延回路４０３は、光カプラ４０１によって分岐された２つの光路長差を等しくする。本実施の形態において、光遅延回路４０３は、アレイ導波路格子１０４における光損失を補償するために急峻な曲率半径を持つ光導波路で構成しているが、別個に光減衰器を直列につなぐことによって損失補償を行ってもよいし、サーキュレータ１０３の直後に光アンプを直列に接続することでも損失補償が可能である。
受信器２の構成は、図１に示したものと同等であるため、説明を省略する。
【００３７】
なお、本実施の形態で用いたＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４は、中心波長が１，５８４ｎｍであり、その本数は３７８本、回折次数（隣接導波路の光路長差を波長で除した値）は「５３」である。スラブ導波路２０４の焦点面における線分散は１．２５ＧＨｚ／μｍであり、周波数分解能は約１２．７ＧＨｚである。また、入出力導波路２０１のスラブ導波路２０２との接続面における導波路間隔は２０μｍになっている
【００３８】
ここで、本実施の形態の動作原理について、図７，８を参照して説明する。
【００３９】
図７（ａ）は、波長多重光信号を示す波形図、図７（ｂ）は空間フィルタ２０５の詳細を示す断面図、図７（ｃ）は片側波帯が１８０度反転された波長多重光信号を示す波形図、図７（ｄ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図である。また、図８（ｅ）は片側波帯の抑圧された波長多重光信号を示す波形図、図８（ｅ）は片側波帯の抑圧された２種類の波長多重光信号を多重化した状態を示す波形図である。
【００４０】
図７（ｂ）に示す空間フィルタ２０５は、以下のようにして作られる。まず、石英基板３０６は、深さが１／４波長に相当する４本の段差が設けられている。各溝の幅は２０μｍであり、４本の溝の周期は４０μｍとなっている。溝の作製方法は以下のとおりである。まず、石英基板上にレジストで４０μｍ周期のラインアンドスペースをパターニングし、緩衝フッ酸溶液でその段差が１，５８４ｎｍの１／４になるように正確にエッチングする。そして、レジストを除去した後、全面に金を蒸着する。
【００４１】
本実施の形態では、スペクトルに位相シフトを与える溝の深さは一定としたが、波長多重される周波数帯域幅が高帯域になる場合には、位相シフトが正確に波長の１／２になるように、各溝毎に独立して石英基板３０６をエッチングすることが望ましい。
【００４２】
また、本実施の形態で用いたＡＷＧにおける４０μｍの空間幅は、５０ＧＨｚの周波数幅に相当する。このようにして作製された空間フィルタ２０５をスラブ導波路２０４の焦点面近傍に配置することにより、図６に示す光カプラ４０１、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４、光カプラ４０２および光遅延回路４０３は、光ＳＳＢ信号変換器として機能する。
【００４３】
波長多重された信号は、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４中のスラブ導波路２０４の焦点面近傍において、その光周波数スペクトルが空間上に比例的に分布している。一般的に光源を強度変調器によって変調した場合の光周波数スペクトルは図７（ａ）に示すように光源の周波数であるベースバンド周波数３０１の低周波数と高周波数側にそれぞれ下側波帯３０２と上側波帯３０３を形成する。
【００４４】
このような光スペクトルを図７（ｂ）のようなフィルタによってフィルタリングすると、一方の側波帯のみ１／２波長だけ遅れ、位相が１８０度ずれることで、フィルタリング後の光スペクトルは図７（ｃ）のようになる。光カプラによって分岐された、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４を通過しない側の光スペクトルは図７（ａ）のままである。したがって、光遅延回路４０３によって、ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路１０４で生じた遅延を補償した後、合波して干渉させることにより図７（ｄ）に示す光ＳＳＢ信号が得られる。また、他方の入出力導波路から入力した波長多重光源からの出力信号は、入出力導波路のスラブ導波路２０２との接続面における間隔が２０μｍであることから、スラブ導波路２０４の焦点面近傍において、そのスペクトル分布は空間的に２０μｍシフトする。
【００４５】
その結果、同一の空間フィルタ２０５によって他方の入出力導波路から入力した信号も光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号は、周波数軸上で図８（ｅ）のように５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号になる。これらの出力信号を光カプラ１０５によって合波することで、図８（ｆ）に示すように２５ＧＨｚ間隔、８波の光ＳＳＢ信号が生成される。本実施の形態では、全搬送波ＳＳＢ方式になるように周波数フィルタリングを行ったが、搬送波成分も位相を反転させるように空間フィルタ２０５の配置を行うことにより、抑圧搬送波ＳＳＢ方式にすることも可能である。その場合は、受信側で局所発信器とミキサーによって信号を復元することが必要になる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、光カプラ４０１によって分けられた２つの光路における波長分散の差は検出できなかったが、例えばアレイ導波路格子１０４が過剰分散を持った場合等では、２つの光路において波長分散の差が生じる。この場合には、いずれかの光路中に分散補償器を挿入してもよいし、または光カプラの合波部において波長分散の差が消失するように、図７（ｂ）に示した位相フィルタの位相遅延量を周波数ごとに変化させることでも可能である。
【００４７】
なお、実際に１．５８μｍの光通信波長帯のレーザを用いて、１０Ｇｂｉｔ／ｓ、２５ＧＨｚ間隔の８チャネルＷＤＭ信号を生成し、ＤＳＢ信号のままの場合と、ＳＳＢ信号に変換した場合について１００ｋｍの分散シフトファイバの伝送を行い、その符号誤り率特性を比較した。その結果、最小受信感度は測定誤差範囲内の０．１ｄＢの範囲内で一致していた。また、その時の側波帯抑圧比は約２５ｄＢであった。分散耐力を測定したところ、第１の実施の形態と同様に最小受信感度が１ｄＢ劣化する分散幅はＤＳＢ方式の１．９倍と良好な値であった。
【００４８】
［第３，４の実施の形態］
図９（ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す断面図、図９（ｂ）は本発明の第４の実施の形態を示す断面図である。同図（ａ）に示すように、図４（ｂ）に示した石英基板３０６の主表面に金ミラー３０４およびＡＲコーティング３０５を形成し、石英基板３０６の裏面にＡＲコーティング３０５を形成してもよい。本実施の形態に係る空間フィルタは、第１の実施の形態に適用することができる。
また、同図（ｂ）に示すように、図７（ｂ）に示した石英基板３０６の主表面にＡＲコーティング３０５のみを形成し、石英基板３０６の裏面にＡＲコーティング３０５を形成してもよい。この場合、基板上には４０μｍの周期毎に、深さが１／２波長の段差が設けられている。本実施の形態に係る空間フィルタは、第２の実施の形態に適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明は、アレイ導波路格子と空間フィルタとを組み合わせることで、急峻な遮断特性を持つバンドパスフィルタもしくは一様な位相シフトを有する光ヒルベルト変換器を構成可能とする。そして、ＷＤＭシステムにおいても光ＤＳＢ信号から光ＳＳＢ信号への一括変換を可能とする光波長多重装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態（波長多重装置）を示すブロック図である。
【図２】ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路の一例示す平面図である。
【図３】ＡＷＧ光ＳＳＢ変換回路のその他の例を示す平面図である。
【図４】（ａ）光源を強度変調回路によって変調した場合の光周波数スペクトルを示す波形図、（ｂ）空間フィルタを示す断面図、（ｃ）フィルタリング後のスペクトルを示す波形図である。
【図５】（ｄ）５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図、（ｅ）２５ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態（波長多重装置）を示すブロック図である。
【図７】（ａ）光源を強度変調回路によって変調した場合の光周波数スペクトルを示す波形図、（ｂ）空間フィルタを示す断面図、（ｃ）フィルタリング後のスペクトルを示す波形図、（ｄ）光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図８】（ｅ）５０ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図、（ｆ）２５ＧＨｚ間隔の光ＳＳＢ信号を示す波形図である。
【図９】（ａ）本発明の第３の実施の形態に係る空間フィルタを示す断面図、（ｂ）本発明の第４の実施の形態に係る空間フィルタを示す断面図である。
【符号の説明】
１…光波長多重装置、２…受信器、１０１…レーザダイオードアレイ、１０２…波長多重回路、１０３…サーキュレータ、１０４…アレイ導波路格子（ＡＷＧ）光ＳＳＢ変換回路、１０５…光カプラ、１０６…エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）、１０７…光バンドパスフィルタ、１０８…ＥＤＦＡ、１０９…光バンドパスフィルタ、１１０…ファイバ伝送路、１１１…分散補償ファイバ、１１２…ＥＤＦＡ、１１３…光バンドパスフィルタ、１１４…波長多重信号分離回路、１１５…フォトダイオード、２０１…導波路、２０２…スラブ導波路、２０３…アレイ導波路、２０４…スラブ導波路、２０５…空間フィルタ、３０１…ベースバンド周波数、３０２…下側波帯、３０３…上側波帯、３０４…金ミラー、３０５…無反射（ＡＲ）コーティング、３０６…石英基板、４０１…光カプラ、４０２…光カプラ、４０３…光遅延回路。
Claims (10)
- 互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、
それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、前記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、
前記各ユニットから前記第１の波長多重光信号が供給され、前記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯を抑圧して第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、
前記各ユニットから供給される前記第２の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段と
を備えたことを特徴とする光波長多重装置。 - 互いに搬送波周波数の異なる複数の両側波帯光信号を、片側波帯光信号に変換してから、多重化して出力する光波長多重装置において、
それぞれ異なる搬送波周波数の両側波帯光信号を出力する複数の光源と、前記複数の両側波帯光信号を多重化して得られた第１の波長多重光信号を出力する波長多重手段と、前記第１の波長多重光信号を２分岐して出力する分岐手段と、前記２分岐されたうちの一方の光信号の光路長差を調整する遅延手段と、前記２分岐されたうちの他方の光信号であってその片側波帯の位相が１８０度反転された光信号（以下、第２の波長多重光信号という）と前記遅延手段から出力された光信号とを合波して得られた第３の波長多重光信号を出力する合波手段と、からなるユニットを複数備え、さらに、
前記各ユニットから前記第１の波長多重光信号が供給され、前記第１の波長多重光信号をフーリエ変換して第１の周波数分布光信号を生成するとともに、この第１の周波数分布光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させることにより第２の周波数分布光信号を生成し、この第２の周波数分布光信号を逆フーリエ変換して得られた前記第２の波長多重光信号を出力する光信号変換手段と、
前記各ユニットから供給される前記第３の波長多重光信号を合波してから出力する合波手段と
を備えたことを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項１において、
前記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、前記フーリエ変換された光信号の片側波帯を抑圧する空間フィルタとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項２において、
前記光信号変換手段は、供給された光信号のフーリエ変換および逆フーリエ変換を行うアレイ導波路格子と、前記フーリエ変換された光信号の片側波帯の位相を１８０度反転させる空間フィルタとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項３において、
前記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項４において、
前記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／４波長の段差を有した状態で形成された金ミラーとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項３において、
前記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に交互に形成された金ミラーおよび無反射コーティングと、前記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項４において、
前記空間フィルタは、石英基板と、この石英基板の主表面に所定周期毎に１／２波長の段差を有した状態で形成された無反射コーティングと、前記石英基板の裏面に形成された無反射コーティングとで構成されていることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項１において、
前記光信号変換手段は、前記片側波帯の抑圧に加えて、さらに前記第１の周波数分布光信号の搬送波成分を抑圧する手段であることを特徴とする光波長多重装置。 - 請求項２において、
前記光信号変換手段は、前記片側波帯の位相を１８０度反転させることに加えて、さらに前記第１の周波数分布光信号の搬送波成分の位相を１８０度反転させる手段であることを特徴とする光波長多重装置。
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