JP3690918B2 - 光合分波器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば波長多重通信等に用いられる光合分波器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、異なる波長を持つ多数の光信号を同時に扱うことによって大容量の光伝送や波長ルーティングを実現する光通信技術が知られており、波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing)光通信と称されている。かかる波長多重光通信では、波長多重された光信号から所望の波長成分を抜き出す過程や、波長多重された光信号に所望の波長成分を付加する過程が必要となる。これらの過程を行うための光部品は、光合分波器と称されている。
【0003】
従来、波長多重用の光合分波器としては、回折格子や誘電体多層膜等のバルク光学部品を使用するのが一般的であった。
【0004】
また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング(FGB:Fiber Bragg Grating) やサーキュレータ等を用いて構成した光合分波器が、米国特許公報5,600,473で開示されている。この光合分波器は、通信チャネルと同数のファイバ・ブラッグ・グレーティングを備えており、各ファイバ・ブラッグ・グレーティングごとに設けられた熱的或いは機械的な調整手段で所望波長の光信号の抜き出しや付加を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バルク光学部品を用いた光合分波器には、レンズ系にファイバピグテイルを設けて使用するので、精密な組立工程が必要になってしまうという欠点があった。このため、特に、多チャンネルの光合分波器においては、量産性や再現性を向上させ難かった。
【0006】
また、米国特許公報5,600,473で開示された光合分波器には、通信チャネルごとにファイバ・ブラッグ・グレーティングおよび調整手段を設けなければならないのでモジュールサイズが大きくなってしまうという欠点があった。
【0007】
このため、モジュールサイズが小さく且つ安価な光合分波器の登場が嘱望されていた。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、波長多重光信号から所定波長の光信号のみを抜き出すとともに該所定波長の光信号を該波長多重光信号に付加する光合分波器に関する。
そして、波長多重信号を反射させる1本のチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングと、このチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングのうち、所望の光を反射させるグレーティング領域のみに外力を加えてこのグレーティング領域のグレーティング・ピッチを変化させる加圧手段とを備えることを特徴とする。
【0009】
このような構成によれば、1本のチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングのうち、所定波長に対応するグレーティング領域のみに外力を加えてグレーティングピッチを変化させることによって、当該所定波長の透過/反射を制御することができる。したがって、1本のチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングのみ使用すればよいので、モジュールサイズが小さく且つ安価な光合分波器を提供することができる
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解されたい。
【0011】
第1の実施の形態
まず、この発明の第1の実施の形態に係る光合分波器について、図1〜図3を用いて説明する。
【0012】
ここでは、4種類の波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 からなる波長多重光信号を扱う光合分波器であって、波長λ3 の光信号の抜き出しおよび付加を行うものを例に採って説明する。
【0013】
図1は、この実施の形態に係る光合分波器の構成を示す概念図である。
【0014】
同図において、チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティング101は、光ファイバにグレーティング領域を形成することによって構成されている。このグレーティング領域のピッチは、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101の一端で最も小さく、他端に近づくにしたがって連続的或いは段階的に大きくなる。周知のように、グレーティング領域では、グレーティング・ピッチに応じた波長の光のみが反射する(ピッチと反射波長との関係はブラッグの法則に従う)。この実施の形態では、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101で扱う光信号の波長をλ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 の4種類としたが、これらの波長に対応するピッチのグレーティング領域を、領域101a,101b,101c,101dとする。例えば、各波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 の間隔を1.6nmとした場合、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101全体としての帯域幅を6nm程度とすることにより、グレーティング領域の長さ方向の位置と反射波長との対応をとることが可能となる。
【0015】
セラミックスリーブ102,103は、圧電素子(PZT:Piezo Transducer)104を介して連結されている。圧電素子104は、伸縮方向が、セラミックスリーブ102,103の長さ方向と一致するように、配置される。ここで、圧電素子104の長さは、抜き出しおよび付加を行う光信号(ここでは波長λ3 の光信号)の帯域幅(例えば0.8nm)に基づいて決定される。すなわち、圧電素子104の長さは、この帯域幅に相当する長さ以上となるように決定される。
【0016】
セラミックスリーブ102,103および圧電素子104によって構成する円筒部材内には、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101が挿入され、接着剤105によって固定される。このとき、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101は、グレーティング領域101a,101b(すなわち波長λ1 ,λ2 に対応する領域)を含む領域がセラミックスリーブ102内に挿入され、グレーティング領域101c(すなわち波長λ3 に対応する領域)が圧電素子104に対向し、且つ、グレーティング領域101d(すなわち波長λ4 に対応する領域)を含む領域がセラミックスリーブ103内に挿入されるように、配置される。また、図1に示したように、接着剤105は、セラミックスリーブ102,103内にのみ注入され、圧電素子104の内側には注入されない。すなわち、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101のグレーティング領域101a,101b,101dとセラミックスリーブ102,103とは接着剤105で固定されているが、グレーティング領域101cと圧電素子104とは固定されていない。
【0017】
制御回路106は、圧電素子104に印可されるピエゾ電圧を制御する。
【0018】
サーキュレータ107は、イン・ポートから入力した光信号をファイバ・ブラッグ・グレーティング101に導入し、また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101から導出された光信号をアウト・ポートから外部に出力する。
【0019】
サーキュレータ108は、アッド・ポートから入力した光信号をファイバ・ブラッグ・グレーティング101に導入し、また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101から導出された光信号をドロップ・ポートから外部に出力する。
【0020】
次に、図1に示した光合分波器の動作について、図2および図3を用いて説明する。なお、図2は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101のスペクトル特性を示すグラフであり、横軸は光信号の波長、縦軸は透過率である。また、図3は、概念図であり、図1と同符号を付した構成部はそれぞれ図1と同じものを示している。
【0021】
まず、制御回路106が圧電素子104にピエゾ電圧を印可しない状態における、光合分波器の動作について説明する。
【0022】
サーキュレータ107のイン・ポートから波長多重された光信号(波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 )を入力すると、この光信号はサーキュレータ107によって、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101内に導かれる。
【0023】
図2(A)に示したように、圧電素子104にピエゾ電圧を印可しない状態では、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101は、帯域幅(例えば6nm)内の全波長の光信号を反射する。したがって、図3(A)に示したように、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101のグレーティング領域101aでは波長λ1 の光信号が、グレーティング領域101bでは波長λ2 の光信号が、グレーティング領域101cでは波長λ3 の光信号が、グレーティング領域101dでは波長λ4 の光信号が、それぞれ反射する。そして、反射した各光信号(波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 )が、波長多重された光信号として、サーキュレータ107のアウト・ポートから出力される。したがって、圧電素子104にピエゾ電圧を印可しない状態では、波長λ3 の光信号の抜き出しは行われない。
【0024】
このとき、サーキュレータ108のアッド・ポートから波長λ3 の光信号が入力されたとしても、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101のグレーティング領域101cで反射して、サーキュレータ108のドロップ・ポートから出力される(図3(A)参照)。したがって、圧電素子104にピエゾ電圧を印可しない状態では、波長λ3 の光信号の付加は行われない。
【0025】
次に、制御回路106が圧電素子104に所定のピエゾ電圧を印可した状態における、光合分波器の動作について説明する。
【0026】
圧電素子104にピエゾ電圧を印可すると、この圧電素子104がセラミックスリーブ102,103を押圧する。上述したようにファイバ・ブラッグ・グレーティング101のグレーティング領域101cは接着剤105で固定されていないので、圧電素子104がセラミックスリーブ102,103を押圧すると、グレーティング領域101cは長さ方向の張力を受ける。一方、グレーティング領域101a,101b,101dは接着剤105でセラミックスリーブ102,103と固定されているので、圧電素子104がセラミックスリーブ102,103を押圧しても張力を受けない。このため、圧電素子104の押圧により、グレーティング領域101cのピッチのみを増大させることができる。そして、これにより、図2(B)に示したように、各波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 のうち波長λ3 の光信号のみを透過させるように、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101を変形させることが可能となる。なお、このとき、増大したピッチに対応する波長の光が反射するようになるので、図2(B)に示したように、長波長側に新たな反射波長帯域λn が形成される。
【0027】
このような状態で、サーキュレータ107のイン・ポートから波長多重された光信号(波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 )が入力されると、波長λ1 ,λ2 ,λ4 の光信号はそれぞれグレーティング領域101a,101b,101dで反射するが、波長λ3 の光信号はグレーティング領域101cで反射せずにファイバ・ブラッグ・グレーティング101を透過する(図3(B)参照)。そして、透過した光信号(波長λ3 )は、サーキュレータ108のドロップ・ポートから出力される。これにより、波長多重された光信号から波長λ3 の光信号のみを抜き出すことができる。
【0028】
このとき、サーキュレータ108のアッド・ポートから波長λ3 の光信号が入力されると、この光信号は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101のグレーティング領域101cを透過して、波長λ1 ,λ2 ,λ4 の光信号とともにサーキュレータ107のアウト・ポートから出力される(図3(B)参照)。これにより、波長多重された光信号に波長λ3 の光信号を付加することができる。
【0029】
このように、この実施の形態に係る光合分波器によれば、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101に印可する外力のオン/オフのみで、特定波長の光信号の抜き出しおよび付加のオン/オフを行うことができる。
【0030】
このため、精密な組立工程を伴うことなく光合分波器を構成することができるので、多チャンネルの光合分波器の量産性や再現性を向上させ易くなる。
【0031】
また、通信チャネルごとの調整手段や接続手段を設ける必要がないので、モジュールサイズを小さくすることが可能となる。
【0032】
なお、この実施の形態では、圧電素子で特定のグレーティング領域に張力を加えてグレーティングピッチを増大させることとしたが、当該グレーティング領域に圧縮力を加えてグレーティングピッチを減少させることとしても、同様の効果を得ることができる。
【0033】
第2の実施の形態
次に、この発明の第2の実施の形態に係る光合分波器について、図4を用いて説明する。
【0034】
この実施の形態では、4種類の波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 からなる波長多重光信号を扱う光合分波器を例に採って説明する。
【0035】
この実施の形態に係る光合分波器は、抜き出しおよび付加を行う波長を任意に変更できる構成とした点で、上述の第1の実施の形態と異なる。
【0036】
図4は、この実施の形態に係る光合分波器の構成を示す概念図である。
【0037】
同図において、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401としては、第1の実施の形態と同様のチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングが使用される。このファイバ・ブラッグ・グレーティング401が有するグレーティング領域のうち、波長をλ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 に対応するピッチのグレーティング領域を、領域401a,401b,401c,401dとする。なお、このファイバ・ブラッグ・グレーティング401は、図示しない手段によって支持されている。
【0038】
ベース板402,403は、例えばセラミックにより形成される。ベース板402とベース板403とは、圧電素子404を介して連結されている。圧電素子404は、伸縮方向が、ベース板402,403の長さ方向と一致するように、配置される。
【0039】
クランプ405は、ベース板402に固着されている。そして、このクランプ405は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401を、側面から挟み込んで保持固定する。同様に、クランプ406は、ベース板403に固着されており、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401を両側から挟み込んで保持固定する。クランプの開閉は、例えば電磁石(図示せず)等を用いることにより、電気的に制御することができる。ここで、クランプ405とクランプ406との間隔Lは、抜き出しおよび付加を行う光信号の帯域幅(例えば0.8nm)に基づいて決定される。すなわち、この間隔は、この帯域幅に相当する長さ以上となるように決定される。
【0040】
ベース板402,403、圧電素子404およびクランプ405,406は、図示しない機械的駆動手段(例えばパルスモータ)により、一体的に移動させることができる。これにより、クランプ405,406とファイバ・ブラッグ・グレーティング401との相対的な位置関係を任意に変更することが可能となる(後述)。
【0041】
制御回路407は、圧電素子404に印可されるピエゾ電圧を制御する。
【0042】
サーキュレータ408は、イン・ポートから入力した光信号をファイバ・ブラッグ・グレーティング401に導入し、また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401から導出された光信号をアウト・ポートから外部に出力する。
【0043】
サーキュレータ409は、アッド・ポートから入力した光信号をファイバ・ブラッグ・グレーティング401に導入し、また、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401から導出された光信号をドロップ・ポートから外部に出力する。
【0044】
次に、図4に示した光合分波器の動作について説明する。
【0045】
まず、クランプ405,406を開いた状態で、図示しない機械的駆動手段を制御することにより、クランプ405,406とファイバ・ブラッグ・グレーティング401との相対的な位置関係を設定する。この設定では、抜き出しおよび付加を行う光信号に対応するグレーティング領域を、クランプ405とクランプ406との隙間に位置させる。例えば、抜き出しおよび付加を行う光信号の波長をλ3 とする場合には、グレーティング領域401cがクランプ405とクランプ406との隙間に位置するように、クランプ405,406を移動させる。
【0046】
そして、クランプ405,406を閉じて、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401を固定保持させる。
【0047】
その後の動作は、上述の第1の実施の形態の場合と同様である。すなわち、制御回路407が圧電素子404にピエゾ電圧を印可しない状態で光合分波器を使用する場合には、サーキュレータ408のイン・ポートから波長多重された光信号(波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 )を入力すると、各波長の光信号は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401のグレーティング領域401a,401b,401c,401dでそれぞれ反射してサーキュレータ408のアウト・ポートから出力されるので、特定波長(例えばλ3 )の光信号の抜き出しは行われない。また、サーキュレータ409のアッド・ポートから特定波長の光信号が入力されたとしても、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401のグレーティング領域で反射してサーキュレータ409のドロップ・ポートから出力されるので、光信号の付加は行われない。
【0048】
一方、制御回路407が圧電素子404に所定のピエゾ電圧を印可した状態で光合分波器を使用する場合には、特定波長に対応するグレーティング領域(例えば領域401c)のピッチのみが増大するので、この特定波長(例えばλ3 )の光信号のみが透過するようになる。このため、サーキュレータ408のイン・ポートから波長多重された光信号(波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 )が入力されると、例えば波長λ3 の光信号のみが、グレーティング領域401cで反射せずに、ファイバ・ブラッグ・グレーティング101を透過して、サーキュレータ409のドロップ・ポートから出力され、これにより、波長λ3 の光信号のみが抜き出される。また、サーキュレータ409のアッド・ポートから波長λ3 の光信号が入力されると、この光信号は、ファイバ・ブラッグ・グレーティング401のグレーティング領域401cを透過して、波長λ1 ,λ2 ,λ4 の光信号とともにサーキュレータ408のアウト・ポートから出力されるので、光信号の付加を行うことができる。
【0049】
このように、この実施の形態に係る光合分波器によれば、抜き出しおよび付加を行う光信号の波長を任意に選択することができる。
【0050】
なお、精密な組立工程を伴うことなく光合分波器を構成することができるので光合分波器の量産性や再現性を向上させ易くなる点、モジュールサイズを小さくできる点は、上述の第1の実施の形態と同様である。
【0051】
また、当該グレーティング領域に圧縮力を加えてグレーティングピッチを減少させてもよい点も、上述の第1の実施の形態と同様である。
【0052】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明によれば、モジュールサイズが小さく且つ安価な光合分波器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る光合分波器の構成を示す概略図である。
【図2】第1の実施の形態に係る光合分波器の動作を説明するためのグラフである。
【図3】第1の実施の形態に係る光合分波器の動作を説明するための概念図である。
【図4】第2の実施の形態に係る光合分波器の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
101,401:ファイバ・ブラッグ・グレーティング
101a〜101d,401a〜401d:グレーティング領域
102,103:セラミックスリーブ
104,404:圧電素子
105:接着剤
106,407:制御回路
107,108,408,409:サーキュレータ
402,403:ベース板
405,406:クランプ
Claims (3)
- 波長多重光信号から所定波長の信号光のみを抜き出すとともに該所定波長の光信号を該波長多重光信号に付加する光合分波器であって、
前記波長多重光信号を反射させる1本のチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングと、
このチャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングのうち、所望の光を反射させるグレーティング領域のみに外力を加えて、このグレーティング領域のグレーティング・ピッチを変化させる加圧手段とを備え、
該加圧手段によってグレーティング・ピッチを変化させた前記グレーティング領域の反射波長が、前記波長多重光信号の各光信号波長が含まれる帯域の範囲外であることを特徴とする光合分波器。 - 前記加圧手段が、
前記所定波長よりも短い波長の光信号を反射する前記グレーティング領域を固定支持する第1の支持部材と、
前記所定波長よりも長い波長の光信号を反射する前記グレーティング領域を固定支持する第2の支持部材と、
前記第1の支持部材と前記第2の支持部材との間に設けられた圧電素子と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の光合分波器。 - 前記チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングの一端に前記波長多重光信号を導入するとともに当該チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングの当該一端から当該波長多重光信号の反射光を取り出す第1のサーキュレータと、
前記チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングの他端から前記所定波長の光信号を導入し或いは当該チャープド・ファイバ・ブラッグ・グレーティングの当該他端から前記波長多重光信号の透過光を取り出す第2のサーキュレータと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光合分波器。
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