JP3683445B2

JP3683445B2 - 光分波器

Info

Publication number: JP3683445B2
Application number: JP28776499A
Authority: JP
Inventors: 高志田上; 健一仲間
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: JP2001108524A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重された光のスペクトルをモニタする光分波器、および光分波器の検出器に用いられる受光素子アレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の連続スペクトルを測定するための計測装置（スペクトルモニタ）として、集光レンズで集光された光を折り返しミラーで反射し、回折格子で連続スペクトルを形成し、検出器で光の連続スペクトルを計測する装置が知られている（島津製作所ポリクロメータ測光システム、型番ＰＳＳ−１００）。この計測装置の検出器は、フォトダイオードアレイよりなる受光素子アレイであり、波長のスペクトルモニタとして用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の計測装置では、連続スペクトルを受光素子アレイで測定しているので、受光素子アレイのピッチによって測定できる波長分解能が決まる。
【０００４】
他方、例えば波長多重伝送方式の光通信システムにおいて、人為的に間隔をあけた狭いスペクトル幅の光が多重化された光を監視する場合、従来のように単に受光素子を配列したのでは各チャンネルの信号とノイズとを明確に分離できない。なお、この明細書において“ノイズ”とは、主として光をファイバ増幅器で発生する各チャンネルのスペクトル幅の広がりや波長ずれなどを言うものとする。
【０００５】
本発明の目的は、波長多重化された光の各チャンネルの信号とノイズとを明確に分離できる光分波器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
光分波器は、前述したように例えば波長多重伝送方式の光通信システムにおいて、受信側で多重伝送されてきた光を各波長毎に分離しスペクトルを計測するデバイスとして用いられる。この波長毎の集光点と受光素子アレイの各受光素子とがそれぞれ対応するように配置されると、各波長毎の検出が行える。
【０００８】
各波長の信号強度を各波長に対応する１個の受光素子でモニタすると同時に、光通信システムのファイバ増幅器で発生したノイズも、この信号モニタ用受光素子に隣接する受光素子で検出する。このようにすると、Ｎチャンネルの信号強度とノイズとが、直線状に配列された約２Ｎ個の受光素子で測定できる。
【０００９】
このように、信号モニタ用の受光素子とノイズモニタ用の受光素子とを交互に配列し、隣接する受光素子で各波長の信号とノイズを検出することにより、分波光のモニタを行う。これによれば、信号モニタ用の受光素子からの出力が低下し、ノイズモニタ用の受光素子からの出力が増えれば、分波光のスペクトルに何らかの異常が発生したことが分かる。この異常として、ピーク位置が低波長側あるいは高波長側へシフトしたこと、スペクトルのピークが緩やかになりスペクトル自体がブロードになったことなどが推定できる。また、信号モニタ用の受光素子からの出力が変化せず、ノイズモニタ用の受光素子からの出力が増えれば、対応するチャンネルのノイズが増加したことがモニタできる。このように、信号モニタ用とノイズモニタ用の受光素子を交互に配置することにより、ピーク位置のシフトやノイズの変化が容易にモニタできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光分波器を示す。この光分波器は、少なくとも、一本の入力ファイバ１０，コリメータレンズ１２，回折格子１４，検出器１６を構成要素としている。このような構成の光分波器では、入力ファイバ１０からの光をコリメータレンズ１２を介して回折格子１４で分波してから、再度コリメータレンズ１２を介して収束された光を、検出器１６で検出している。
【００１１】
なお、以下の説明では、図２に示すようにＮチャンネルの光が多重化された信号光をモニタする例について示す。図２では、Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，…，Ｌ_N は、１チャンネル目からＮチャンネル目までの各分波光を示している。
【００１２】
検出器１６には、受光素子アレイが用いられている。受光素子アレイの一実施例を、図３に示す。図３には、受光素子アレイチップ２０が示されている。Ｎチャンネルの分波光をモニタするため、奇数番目の信号モニタ用受光素子１，３，…，（２Ｎ−１）と、偶数番目のノイズモニタ用受光素子２，４，…，２Ｎとを交互に配列しており、分波光の２倍（２Ｎ個）の受光素子を有している。この受光素子アレイでは、信号モニタ用の受光素子で信号強度のモニタを用い、ノイズモニタ用の受光素子でノイズ強度のモニタを行う。
【００１３】
１チャンネル目の分波光は、受光素子１で信号が、受光素子２でノイズがモニタされる。２チャンネル目の分波光は、受光素子３で信号を、受光素子２，４でノイズをモニタされる。最後のＮチャンネル目の分波光は、受光素子（２Ｎ−１）で信号を、受光素子（２Ｎ−２），２Ｎでノイズをモニタされる。
【００１４】
このような受光素子アレイは、一例として、拡散によりｐｉｎ構造を形成することにより作製できる。図４は、このようにして作製された受光素子アレイの断面の一部を示す。
【００１５】
ｎ−ＩｎＰ基板２２上に、ｎ−ＩｎＰ層２４，ｉ−ＩｎＧａＡｓ層２６，ｎ−ＩｎＰ層２８が積層され、ｎ−ＩｎＰ層２８内にＺｎが拡散され、ｐ型領域３０が形成され、ｐｉｎフォトダイオードが作られる。この場合、横方向にもＺｎ拡散が進むため、素子間隔を一定以上に狭くすることができない。また、隣接する受光素子への漏れ信号が発生するため、素子間隔に制限があり、５０μｍ以上のピッチに対して使用される。
【００１６】
図５は、拡散によるｐｉｎフォトダイオードにより形成された受光素子アレイ・チップの平面図である。各受光素子３２は、配線３４により、対応するボンディングパッド３６に接続されている。前述したように、受光素子の間隔ｐ₁ は、５０μｍ以上必要となる。
【００１７】
受光素子アレイを作製する他の例を説明する。図６は、受光素子を分離エッチングしたメサ型構造の受光素子アレイの断面図である。
【００１８】
ｎ−ＩｎＰ基板２２上に、ｎ−ＩｎＰ層２４，ｉ−ＩｎＧａＡｓ層２６，ｐ−ＩｎＰ層３８が積層され、ＩｎＧａＡｓ層２６とＩｎＰ層３８とをエッチングして素子間を分離して、ｐｉｎフォトダイオードを形成している。これによれば、図４の構造で問題となる、横方向への拡散による受光素子間の間隔の制限を回避でき、高精細の受光素子アレイ、例えば、２５μｍピッチ，１０μｍピッチの受光素子アレイを実現できる。また、この構造では、隣接素子への漏れ信号を抑制できる。
【００１９】
図７は、メサ型構造の受光素子アレイ・チップの平面図である。前述したように素子の間隔ｐ₂ を、１０μｍというように小さくすることができる。
【００２０】
図８は、Ｎチャンネルの信号とノイズを分離して検出する回路を示す。この検出回路は、各信号モニタ用受光素子１，３，…，（２Ｎ−１）に一方の入力端子が接続された信号モニタ用差動増幅器Ｄ₁ ，Ｄ₃ ，…，Ｄ_2N-1と、各ノイズモニタ用受光素子２，４，…，２Ｎに一方の入力端子が接続されたノイズモニタ用差動増幅器Ｄ₂ ，Ｄ₄ ，…，Ｄ_2Nと、これら差動増幅器の出力が入力される信号・ノイズモニタ出力部４０とから構成されている。なお、信号モニタ用差動増幅器Ｄ₁ ，Ｄ₃ ，…，Ｄ_2N-1の他方の入力端子には、基準レベルＩ_ref が、ノイズモニタ用差動増幅器Ｄ₂ ，Ｄ₄ ，…，Ｄ_2Nの他方の入力端子には、基準レベルＮ_ref が入力される。これら基準レベルを基に信号およびノイズのモニタを行う。
【００２１】
次に、本発明に係る光分波器の動作を説明する。入力ファイバ１０からの波長多重信号光を、コリメータレンズ１２を介して回折格子１４で分波し、再度コリメータレンズ１２を介して検出器１６上に収束させる。図９は、全ての分波光が、スペクトル幅の広がりや波長ずれを起こすことなく信号モニタ用の受光素子に入射している状態を示している。この場合、図８の検出回路の各差動増幅器からは信号が出力されず、信号・ノイズモニタ出力部４０では、スペクトル幅の広がりや信号ずれを検出しない。
【００２２】
これに対し、図１０は、分波光Ｌ₁ のピーク波長が正常値からシフトしたことを示している。ピーク位置がシフトすると、図示の分波光Ｌ₁ のシフト状態から分かるように、信号モニタ用の受光素子１の検出出力が減少し、それとは逆に、ノイズモニタ用の受光素子２の検出出力が増加する。
【００２３】
差動増幅器Ｄ₁ は、受光素子１の信号出力から基準レベルＩ_ref を減算し、その値を信号として出力する。また、差動増幅器Ｄ₂ は、受光素子２のノイズ出力から基準レベルＮ_ref を減算し、その値をノイズとして出力する。信号・ノイズモニタ出力部４０では、差動増幅器Ｄ₁ ，Ｄ₂ の出力から、分波光Ｌ₁ のピーク位置がシフトしている、すなわち信号ずれを検出する。
【００２４】
以上の実施例で説明した図３の受光素子アレイチップでは、奇数番目の受光素子を信号モニタ用、偶数番目の受光素子をノイズモニタ用としたが、逆にしてもよい。
【００２５】
また、図３では、簡単のために、２Ｎ個の受光素子で説明したが、２Ｎ個以上を有する受光素子アレイを用いて、この中の２Ｎ個を用いてもよい。
【００２６】
また、（２Ｎ＋１）個の受光素子を用いて、受光素子アレイの両端に必ずノイズモニタ用の受光素子が入るよう配列すれば、１チャンネル目と最終チャンネル目のノイズモニタを更に良好に行える。図３で説明すると、１番目の受光素子１の左にも受光素子を設け、この受光素子と２番目の受光素子２で１チャンネル目の分波光Ｌ₁ のノイズモニタを行ってもよい。
【００２７】
また、各チャンネル間のノイズを主にモニタしたい場合は、Ｎ個の信号モニタ用の受光素子で信号をモニタし、Ｎ−１個のノイズモニタ用の受光素子でチャンネル間のノイズをモニタできるので、２Ｎ−１個の受光素子を用いればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光分波器の構成を示す図である。
【図２】Ｎチャンネルの光が多重化された信号光を示す図である。
【図３】受光素子アレイの一実施例を示す図である。
【図４】Ｚｎ拡散により形成された受光素子アレイの断面図である。
【図５】図４の受光素子アレイの平面図である。
【図６】受光素子を分離エッチングしたメサ型構造の受光素子アレイの断面図である。
【図７】メサ型構造の受光素子アレイの平面図である。
【図８】Ｎチャンネルの信号とノイズを分離して検出する回路を示す図である。
【図９】全ての分波光が、スペクトル幅の広がりや波長ずれを起こすことなく信号モニタ用の受光素子に入射している状態を示す図である。
【図１０】分波光Ｌ₁ のピーク波長が正常値からシフトしたことを示す図である。
【符号の説明】
１０入力ファイバ
１２コリメータレンズ
１４回折格子
１６検出器
２０受光素子アレイチップ
２２ｎ−ＩｎＰ基板
２４ｎ−ＩｎＰ層
２６ｉ−ＩｎＧａＡｓ層
２８ｎ−ＩｎＰ層
３０ｐ型領域
３２受光素子
３４配線
３６ボンディングパッド
３８ｐ−ＩｎＰ層
４０信号・ノイズモニタ出力部

Claims

波長多重された光のスペクトルをモニタする光分波器において、
多重された波長の光を分波する回析格子と、分波された光を分波光ごとに受光する受光素子を直線状に配列した受光素子アレイと、
各受光素子に接続され、分波光の信号とノイズとを分離して検出する検出回路とを備え、
前記受光素子アレイは、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の信号モニタ用の受光素子と、（Ｎ＋１）個のノイズモニタ用の受光素子からなり、ノイズモニタ用の受光素子の間に、１つずつ信号モニタ用の受光素子が配置されており、
前記検出回路は、前記信号モニタ用の受光素子に接続され、この受光素子の出力信号から信号用基準レベルを減算する信号用差動増幅器と、前記ノイズモニタ用の受光素子に接続され、この受光素子の出力信号からノイズ用基準レベルを減算するノイズ用差動増幅器とを有する、ことを特徴とする光分波器。
波長多重された光のスペクトルをモニタする光分波器において、
多重された波長の光を分波する回折格子と、分波された光を、分波光ごとに受光する受光素子を直線状に配列した受光素子アレイと、
各受光素子に接続され、分波光の信号とノイズとを分離して検出する検出回路とを備え、
前記受光素子アレイは、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の信号モニタ用の受光素子と、（Ｎ−１）個のノイズもモニタ用の受光素子からなり、信号モニタ用の受光素子の間に、１つずつノイズモニタ用の受光素子が配置されており、前記検出回路は、前記信号モニタ用の受光素子に接続され、この受光素子の出力信号から信号用基準レベルを減算する信号用差動増幅器と、前記ノイズモニタ用の受光素子に接続され、この受光素子の出力信号からノイズ用基準レベルを減算するノイズ差動増幅器とを有するノイズ用差動増幅器とを有する、ことを特徴とする光分波器。
前記信号モニタ用の受光素子および前記ノイズモニタ用の受光素子は、ｐｉｎフォトダイオードよりなることを特徴とする請求項１または２記載の受分波器。