JP3694636B2

JP3694636B2 - Optical filter

Info

Publication number: JP3694636B2
Application number: JP2000178773A
Authority: JP
Inventors: 正夫加藤; 勝就岡本; 靖之井上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2001356226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の周波数領域における光フィルタに関する。特に、光通信の信号光や光計測の計測光などの光パルスの波形整形に用いられる光フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量光伝送システムでは、伝送容量拡大のために信号光を周波数領域で多重する波長多重（ＷＤＭ）技術や、短光パルスを光学的に時間多重する光時分割多重（光ＴＤＭ）技術が用いられている。
【０００３】
図１０は、光ＴＤＭシステムの光送信器の構成例を示す。図において、パルス光源５１は、繰り返し周波数ｆ₀の光パルス列を発生する。この光パルス列の繰り返し周波数ｆ₀を例えば10ＧHzとすると、そのパルス間隔は 100psecとなる。この光パルス列は光分岐器５２でＮ分岐され、それぞれ光変調器５３−１〜５３−Ｎに入力される。各光変調器は、ビットレートｆ₀の変調信号で駆動される。各光変調器で変調された信号光は、光遅延器５４−１〜５４−Ｎでそれぞれ異なる遅延を与えられ、光結合器５５で結合されることにより、ビットレートＮｆ₀の光ＴＤＭ信号が生成される。ｆ₀＝10ＧHz、Ｎ＝10とすると、この光ＴＤＭ信号のパルス間隔は10psecとなる。
【０００４】
この光送信器における多重度Ｎを上げるには、パルス光源５１で生成する光パルスのパルス幅を狭くする必要がある。ただし、パルス光源５１で生成可能な光パルスのパルス幅は、レーザ媒質の利得帯域幅に依存し、利得帯域幅が広いほど超短光パルスの発生が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示す従来の光送信器では、光分岐器５２の分岐比、光結合器５５の結合比、各光遅延器５４−１〜５４−Ｎの光路長差に応じた光損失の違いなどの要因により、時間多重した光ＴＤＭ信号に信号成分ではない強度変調成分が重畳されることがある。このような光強度変調成分が重畳された信号により通信を行うと、次に示す問題が生じる。信号の１，０の判定は、光から電気へ光電変換を行った後に、電圧波形における波高値の１／２に閾値を設定し、電圧の大小を識別する方法で行われる。このとき、上記の光強度変調成分が重畳した光信号では、光電変換後の電圧波形の波高値にばらつきが生じ、信号の識別閾値の設定が困難となる問題がある。
【０００６】
また、信号を周波数領域でみた場合には、上記の光強度変調成分に起因する周波数成分のノイズが信号に重畳され、通信品質が劣化する問題がある。ここで、時間多重された光ＴＤＭ信号の時間領域における強度波形と、周波数領域におけるスペクトル波形を図１１に模式的に示す。図１１(a) に示すように、ある一定の繰り返し周波数をもつ光パルス列に光強度変調成分が重畳されると、その変調成分（光パルス列における強度の包絡線）をフーリエ変換した周波数成分が、図１１(b) の破線で示すように重畳される。なお、図１１(b) の実線は光パルスの中心波長および光パルス列の繰り返し周波数に起因する周波数成分を示す。
【０００７】
さらに、超高速での時間領域の計測や現象の解析、また超短光パルスがもつ超広帯域の光周波数スペクトルを利用した周波数域での計測や分光などの分野では、超短光パルスがフーリエ変換限界パルス（ＴＬパルス）であることが要求される。このＴＬパルスとは、広義の意味において、パルス幅と周波数幅の積（時間バンド幅積）が最小となる状態のパルスである。この時間バンド幅積は概ね 0.1〜1.0 の範囲にあり、パルス波形に依存して次のような値をとる。
【０００８】
【表１】

【０００９】
しかし、通常のパルス光源からＴＬパルスを直接発生させることは容易でなく、またＴＬパルスを発生できるパルス光源はアライメントおよびコスト面において問題がある。
【００１０】
本発明は、光学的に時間多重した光ＴＤＭ信号に重畳される光強度変調成分を除去し、それに起因した通信品質の劣化を低減することができる光フィルタを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、ＴＬパルスを直接発生できないパルス光源から任意の波形のＴＬパルスを生成することができる光フィルタ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】
本発明の光フィルタは、入力光パルス列の繰り返し周波数に対応して透過周波数帯域を離散的かつ周期的に設定する。すなわち、光パルスの繰り返し周波数に起因する周波数スペクトルに内在する縦モード成分のみを透過し、ノイズとなる縦モード以外の周波数成分を除去するように設定する。これにより、光ＴＤＭ信号に重畳された光強度変調成分を除去することができる。
【００１３】
ここで、本発明の光フィルタが有する特性の利点について、光パルスの周波数スペクトラム特性に基づいて簡単に説明する。光パルスの裾がある有限幅で消滅するような搬送周波数ω_Cの単一パルスについて、時間をパラメータにして記述すると、
Ｅs(t)＝exp(jω_Ct)ｇ(t) …(1)
と表される。ｇ(t) は包絡線波形に対応する。この単一パルスのもつ周波数スペクトルは、 (1)式をフーリエ変換することにより求められる。
【００１４】
【数１】

【００１５】
ここで、Ｇ（ω）は、ｇ(t) のフーリエ変換を示す。したがって、周波数スペクトルは、光パルスの時間波形に起因したある形状の連続的なスペクトルとなる。
【００１６】
一方、光パルスが周期Ｔで表れる場合の周波数スペクトルを考える。周期Ｔは、光パルスの裾がかぶらない程度に広いとする。光パルスを１つ取り出し、(1) 式にならって
Ｅr(t)＝exp(jω_Ct)ｇ(t) …(3)
（−Ｔ／２＜ｔ＜Ｔ／２）
のように表記する。(3) 式が周期Ｔで表れる関数をexp(j(ω_C＋2nπ/T)t)を基底としてフーリエ展開すると、
【００１７】
【数２】

【００１８】
となる。
ここで、ｔ＜−Ｔ／２，ｔ＞Ｔ／２でｇ(t) ＝０と見なすことができるので、(5) 式は、
【００１９】
【数３】

【００２０】
と表すことができる。この (6)式は、ｇ(t) のフーリエ変換に他ならず、
【００２１】
【数４】

【００２２】
となる。したがって、 (4)式と (7)式から求める周波数スペクトルは、ω_Cを中心とし、間隔２π／Ｔで、大きさが（１／Ｔ）Ｇ（２ｎπ／Ｔ）の離散的な線スペクトルとなる。
【００２３】
なお、この包絡線は光パルス列を構成する単一パルスの連続的な周波数スペクトルと相似形になる。図１２(a) は単一パルスの周波数スペクトルを示し、図１２(b) は繰り返し周波数Ｔの光パルス列の周波数スペクトルを示す。これにより、光パルス列を光フィルタで波形整形する場合には、光フィルタの透過周波数帯域は、離散的かつ周期的な帯域を有することが望ましいことがわかる。一方、透過スペクトルの包絡線は、時間波形の形状と相関があるので、透過スペクトル波形を制御することにより、時間波形を制御できることがわかる。
【００２４】
したがって、光ＴＤＭ信号に重畳された光強度変調成分を周波数領域で除去することにより、時間領域での光強度変調成分を取り除くことができ、一様な強度の光パルス列の生成が可能となる。なお、本発明の光フィルタの離散的な透過周波数帯域および周期は、任意に設計することが可能であり、任意のパルス光源に適用することができる。
【００２５】
また、本発明の光フィルタは、透過周波数帯域を離散的かつ周期的に設定するとともに、各透過周波数帯域における透過率を任意に設定する。これにより、透過スペクトルの包絡線形状に対応するＴＬパルスを生成することができる。すなわち、表１に示すような波形を含む任意の時間波形を生成することができる。
【００２６】
さらに、上記の縦モード成分のみを分離することにより、透過周波数帯域内の光は複数の線スペクトル光となるので、伝搬時間の遅延はすべて位相に置き換えることができる。したがって、各透過周波数帯域ごとに位相制御部を設けることにより、各透過周波数帯域内の伝搬時間の遅延差は、０から２πまたは−πから＋πまでの制御で補償することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態：光強度変調成分除去フィルタ）
図１は、本発明の光フィルタの第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の光フィルタは、入力光パルス列の繰り返し周波数に対応して透過周波数帯域を離散的かつ周期的に設定した周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２により構成される。周波数スペクトル分離部１は、入力光のスペクトル成分を離散的かつ周期的に透過し、周波数スペクトル合波部２は分離された各スペクトル成分を合波する。
【００２８】
ここでは、周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２として、同一構造のアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を２つ組み合わせた構成を示す。アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）は、基板１０上に形成した複数の入力導波路１１、スラブ導波路１２、導波路長差を有する複数の導波路からなる導波路アレイ１３、スラブ導波路１４、複数の出力導波路１５を順次接続した構成である。
【００２９】
図２は、周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２の透過特性の一例を示す。透過周波数帯域は、多重前の光パルス列の繰り返し周波数Ｔと、多重後の光パルス列の繰り返し周波数Ｔ′を満たすように設定される。各透過周波数帯域における透過率は任意に設定可能である。
【００３０】
ここで、図３を参照して本実施形態の光強度変調成分除去フィルタとしての作用について説明する。本光フィルタに入力される光ＴＤＭ信号は、時間領域で多重化に伴う光強度変調成分を有し、周波数領域で多重前の繰り返し周波数成分、多重後の繰り返し周波数成分、光強度変調に依存した周波数成分（破線で示す）を有する。このような光ＴＤＭ信号を図２に示す透過特性を有する光フィルタに通し、光強度変調に依存した周波数成分を除去することにより、時間領域での光強度変調成分を取り除くことができ、一様な強度の光パルス列を生成することができる。
【００３１】
（第２の実施形態：光強度変調成分除去フィルタ）
図４は、本発明の光フィルタの第２の実施形態を示す。図において、本実施形態の光フィルタは、入力光パルス列の繰り返し周波数に対応して透過周波数帯域を離散的かつ周期的に設定した周波数スペクトル分離部１と、高反射率終端１６と、光サーキュレータ１７により構成される。
【００３２】
ここでは、周波数スペクトル分離部１としてアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた構成を示す。アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）の出力導波路１５の他端に高反射率終端１６を配置して折り返し構成とすることにより、１つのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）が周波数スペクトル分離部および周波数スペクトル合波部として機能する。ただし、この場合には入射光と出射光を分離するための光サーキュレータ１７を備える。高反射率終端１６には、被導波光に対して高反射率をもつコーティングまたはミラーを用いることができる。
【００３３】
また、本発明の光フィルタは、以上示したアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた構成に限らず、例えば周期的な透過特性を有するリング共振器型フィルタで構成することも可能である。
【００３４】
（第３の実施形態：光強度変調成分除去フィルタ）
図５は、本発明の光フィルタの第３の実施形態を示す。図において、本実施形態の光フィルタは、透過周波数帯域を離散的かつ周期的に設定した周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２との間に、各周波数スペクトル成分の位相を制御する周波数スペクトル位相制御部３を備えた構成である。周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２により、光ＴＤＭ信号に重畳された光強度変調成分が除去される機能については、第１の実施形態と同様である。
【００３５】
ここでは、周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２として、第１の実施形態と同様にアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた構成を示すが、その群速度分散のために透過した離散的かつ周期的な周波数スペクトル成分に位相ずれが生ずる。周波数スペクトル位相制御部３は、図６に示すように、各周波数スペクトル成分の位相を制御することにより、光フィルタがもつ分散を補償する。なお、周波数スペクトル位相制御部３に入射する光は、パルス状ではなく連続光になり、群遅延時間差はすべて位相差に置き換えることができるので、各周波数スペクトル成分の位相を制御するのみで、完全に群遅延時間差を補償することができる。
【００３６】
周波数スペクトル位相制御部３は、各周波数スペクトル成分を通す導波路ごとに例えばヒータ３１を備え、それぞれ加熱または冷却して熱光学効果により導波路の屈折率を各々変化させることにより、光路長を変化させて各周波数スペクトル成分の位相を制御する。
【００３７】
（第４の実施形態：光強度変調成分除去フィルタ）
図７は、本発明の光フィルタの第４の実施形態を示す。本実施形態の光フィルタは、第３の実施形態における周波数スペクトル位相制御部３の他端に高反射率終端１６を配置して折り返し構成としたものである。この場合には、各周波数スペクトル成分は、周波数スペクトル位相制御部３を往復することになるので、位相制御量はスルー型の構成に対して１／２でよい。
【００３８】
（第５の実施形態：ＴＬパルス生成フィルタ）
光強度変調された光パルス列を出力するパルス光源において、その光パルスがＴＬパルスにならない主な原因として、
▲１▼ 光パルスの周波数成分にチャープ（時間的な周波数のずれ）がある、
▲２▼ 周波数成分に不必要な発振モードがのっている、
などがある。
【００３９】
ここで、光パルスが周波数チャープをもたず、かつ不必要な発振モードのみを有する場合には、図１または図４に示すようなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を用いた光フィルタやリング共振器型フィルタによりＴＬパルスの生成が可能である。すなわち、不必要な発振モードに起因する周波数成分を除去し、各透過周波数帯域ごとに所定の透過率を設定することにより、透過スペクトルの包絡線形状に対応するＴＬパルスを生成することができる。
【００４０】
図８を参照し、本実施形態のＴＬパルス生成フィルタとしての作用について説明する。本光フィルタに入力される光パルス列は、時間領域でパルス光源の共振器長に依存した理論値と異なる繰り返し周波数や１パルス中に複数のピーク（パルスの重畳）を有し、周波数領域で共振器長で決まる繰り返し周波数成分や不必要な発振モードに依存した周波数成分（破線で示す）を有する。このような光パルス列を透過周波数帯域が離散的かつ周期的であり、各透過周波数帯域ごとに所定の透過率を設定した光フィルタに通すことにより、共振器長で決まる繰り返し周波数と周波数成分の強度分布で決まる時間波形を有するＴＬパルスを生成することができる。
【００４１】
（第６の実施形態：ＴＬパルス生成フィルタ）
光パルスが周波数チャープをもち、かつ不必要な発振モードを有する場合には、図５または図７に示すようなアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と周波数スペクトル位相制御部３を組み合わせた構成をとる。周波数スペクトル位相制御部３は、図９に示すように、各周波数スペクトル成分の位相をＴＬパルスが生成されるように制御する。
【００４２】
このとき、通常のパルス光源はその共振器が有する分散によりある有限の位相ずれをもつので、その補償にはダイナミックレンジが大きく、かつ詳細な位相制御を要する。これは、被補償周波数成分が時間的に局在するためである。本発明では、時間的に局在する光を離散的な周波数成分ごとに分割することにより、すべての光において位相ずれは０〜２πになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光フィルタは、光ＴＤＭ信号に重畳された強度変調成分を周波数領域で波形整形することにより、強度変調成分に起因した通信品質の劣化を低減することができ、超高速光通信の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光フィルタの第１の実施形態を示す図。
【図２】周波数スペクトル分離部１および周波数スペクトル合波部２の透過特性の一例を示す図。
【図３】第１の実施形態（光強度変調成分除去フィルタ）の作用説明の図。
【図４】本発明の光フィルタの第２の実施形態を示す図。
【図５】本発明の光フィルタの第３の実施形態を示す図。
【図６】第３の実施形態（光強度変調成分除去フィルタ）の作用説明の図。
【図７】本発明の光フィルタの第４の実施形態を示す図。
【図８】第５の実施形態（ＴＬパルス生成フィルタ）の作用説明の図。
【図９】第６の実施形態（ＴＬパルス生成フィルタ）の作用説明の図。
【図１０】光ＴＤＭシステムの光送信器の構成例を示す図。
【図１１】光ＴＤＭ信号の時間領域における強度波形および周波数領域におけるスペクトル波形を示す図。
【図１２】単一パルスの周波数スペクトルと繰り返し周波数Ｔの光パルス列の周波数スペクトルを示す図。
【符号の説明】
１周波数スペクトル分離部
２周波数スペクトル合波部
３周波数スペクトル位相制御部
１０基板
１１入力導波路
１２，１４スラブ導波路
１３導波路アレイ
１５出力導波路
１６高反射率終端
１７光サーキュレータ
３１ヒータ
５１パルス光源
５２光分岐器
５３光変調器
５４光遅延器
５５光結合器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical filter in the frequency domain of light. In particular, the present invention relates to an optical filter used for waveform shaping of an optical pulse such as signal light for optical communication or measurement light for optical measurement.
[0002]
[Prior art]
In large-capacity optical transmission systems, wavelength multiplexing (WDM) technology that multiplexes signal light in the frequency domain and optical time division multiplexing (optical TDM) technology that optically multiplexes short optical pulses are used to increase transmission capacity. It has been.
[0003]
FIG. 10 shows a configuration example of an optical transmitter of the optical TDM system. In the figure, a pulse light source 51 generates an optical pulse train having a repetition frequency f ₀ . If the repetition frequency f ₀ of this optical pulse train is 10 GHz, for example, the pulse interval is 100 psec. This optical pulse train is N-branched by the optical branching device 52 and inputted to the optical modulators 53-1 to 53-N, respectively. Each optical modulator is driven by a modulation signal having a bit rate f ₀ . The signal light modulated by the optical modulator, given a different delay in optical delay device 54-1 to 54-N, by being coupled by the optical coupler 55, an optical TDM signal bit rate Nf ₀ is Generated. If f ₀ = 10 GHz and N = 10, the pulse interval of this optical TDM signal is 10 psec.
[0004]
In order to increase the multiplicity N in this optical transmitter, it is necessary to narrow the pulse width of the optical pulse generated by the pulse light source 51. However, the pulse width of the optical pulse that can be generated by the pulsed light source 51 depends on the gain bandwidth of the laser medium, and an ultrashort optical pulse can be generated as the gain bandwidth is wider.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional optical transmitter shown in FIG. 10, the branching ratio of the optical branching device 52, the coupling ratio of the optical coupler 55, the difference in optical loss according to the optical path length difference of each of the optical delay devices 54-1 to 54-N, etc. For this reason, an intensity modulation component that is not a signal component may be superimposed on the time-multiplexed optical TDM signal. When communication is performed using a signal on which such a light intensity modulation component is superimposed, the following problem occurs. The determination of the

signal

1 or 0 is performed by a method of identifying the magnitude of the voltage by performing a photoelectric conversion from light to electricity and then setting a threshold value to ½ of the peak value in the voltage waveform. At this time, in the optical signal on which the light intensity modulation component is superimposed, there is a variation in the peak value of the voltage waveform after photoelectric conversion, which makes it difficult to set the signal identification threshold.
[0006]
Further, when the signal is viewed in the frequency domain, there is a problem that the noise of the frequency component due to the above light intensity modulation component is superimposed on the signal and the communication quality is deteriorated. Here, FIG. 11 schematically shows the intensity waveform in the time domain and the spectrum waveform in the frequency domain of the time-multiplexed optical TDM signal. As shown in FIG. 11 (a), when a light intensity modulation component is superimposed on an optical pulse train having a certain repetition frequency, a frequency component obtained by Fourier transforming the modulation component (intensity envelope in the optical pulse train) is obtained. As shown by the broken line in FIG. Note that the solid line in FIG. 11 (b) indicates the frequency component resulting from the center wavelength of the optical pulse and the repetition frequency of the optical pulse train.
[0007]
Furthermore, in the fields of ultra-fast time domain measurement and phenomenon analysis, and in the frequency domain measurement and spectroscopy using ultra-wideband optical frequency spectrum of ultra-short optical pulses, ultra-short optical pulses are Fourier transformed. It is required to be a limit pulse (TL pulse). In a broad sense, the TL pulse is a pulse in a state where the product of the pulse width and the frequency width (time bandwidth product) is minimized. This time bandwidth product is generally in the range of 0.1 to 1.0 and takes the following values depending on the pulse waveform.
[0008]
[Table 1]

[0009]
However, it is not easy to generate a TL pulse directly from a normal pulse light source, and a pulse light source capable of generating a TL pulse has problems in alignment and cost.
[0010]
An object of the present invention is to provide an optical filter capable of removing a light intensity modulation component superimposed on an optical time-multiplexed optical TDM signal and reducing deterioration in communication quality caused by the optical intensity modulation component.
[0011]
It is another object of the present invention to provide an optical filter capable of generating a TL pulse having an arbitrary waveform from a pulse light source that cannot directly generate a TL pulse.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The optical filter of the present invention sets the transmission frequency band discretely and periodically corresponding to the repetition frequency of the input optical pulse train. That is, it is set so as to transmit only the longitudinal mode component inherent in the frequency spectrum caused by the repetition frequency of the optical pulse and to remove the frequency components other than the longitudinal mode that becomes noise. Thereby, the light intensity modulation component superimposed on the optical TDM signal can be removed.
[0013]
Here, advantages of the characteristics of the optical filter of the present invention will be briefly described based on the frequency spectrum characteristics of the optical pulse. For a single pulse with a carrier frequency ω _C that disappears with a finite width with the tail of the optical pulse, using time as a parameter,
Es (t) = exp (jω _C t) g (t) (1)
It is expressed. g (t) corresponds to the envelope waveform. The frequency spectrum of this single pulse can be obtained by Fourier transform of equation (1).
[0014]
[Expression 1]

[0015]
Here, G (ω) represents the Fourier transform of g (t). Therefore, the frequency spectrum is a continuous spectrum having a certain shape due to the time waveform of the optical pulse.
[0016]
On the other hand, consider a frequency spectrum when an optical pulse appears in a period T. It is assumed that the period T is wide enough that the bottom of the optical pulse is not fogged. Take out one optical pulse, and Er (t) = exp (jω _C t) g (t) (3)
(-T / 2 <t <T / 2)
Notation is as follows. (3) When a function whose expression is represented by a period T is expanded by exp (j (ω _C + 2nπ / T) t) as a basis,
[0017]
[Expression 2]

[0018]
It becomes.
Here, since t <−T / 2, t> T / 2 and g (t) = 0 can be considered, the equation (5) is
[0019]
[Equation 3]

[0020]
It can be expressed as. This equation (6) is nothing but the Fourier transform of g (t)
[0021]
[Expression 4]

[0022]
It becomes. Therefore, the frequency spectrum obtained from Equations (4) and (7) is a discrete line spectrum centered at ω _C , with an interval of 2π / T and a size of (1 / T) G (2nπ / T). Become.
[0023]
The envelope is similar to the continuous frequency spectrum of a single pulse constituting the optical pulse train. 12A shows the frequency spectrum of a single pulse, and FIG. 12B shows the frequency spectrum of an optical pulse train having a repetition frequency T. Thus, it is understood that when the waveform of the optical pulse train is shaped by the optical filter, it is desirable that the transmission frequency band of the optical filter has a discrete and periodic band. On the other hand, since the envelope of the transmission spectrum has a correlation with the shape of the time waveform, it can be seen that the time waveform can be controlled by controlling the transmission spectrum waveform.
[0024]
Therefore, by removing the light intensity modulation component superimposed on the optical TDM signal in the frequency domain, the light intensity modulation component in the time domain can be removed, and an optical pulse train having a uniform intensity can be generated. Note that the discrete transmission frequency band and period of the optical filter of the present invention can be arbitrarily designed, and can be applied to any pulse light source.
[0025]
The optical filter of the present invention sets the transmission frequency band discretely and periodically and arbitrarily sets the transmittance in each transmission frequency band. Thereby, the TL pulse corresponding to the envelope shape of the transmission spectrum can be generated. That is, an arbitrary time waveform including the waveform shown in Table 1 can be generated.
[0026]
Furthermore, by separating only the longitudinal mode component, the light in the transmission frequency band becomes a plurality of line spectrum lights, so that all the propagation time delays can be replaced with phases. Therefore, by providing a phase control unit for each transmission frequency band, a delay difference in propagation time within each transmission frequency band can be compensated by control from 0 to 2π or from −π to + π.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment: Light Intensity Modulation Component Removal Filter
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical filter of the present invention. In the figure, the optical filter of the present embodiment is composed of a frequency spectrum separating unit 1 and a frequency spectrum combining unit 2 in which transmission frequency bands are set discretely and periodically corresponding to the repetition frequency of the input optical pulse train. The frequency spectrum separation unit 1 transmits the spectral components of the input light discretely and periodically, and the frequency spectrum multiplexing unit 2 multiplexes the separated spectral components.
[0028]
Here, a configuration in which two arrayed waveguide diffraction gratings (AWGs) having the same structure are combined as the frequency spectrum separating unit 1 and the frequency spectrum combining unit 2 is shown. The arrayed waveguide diffraction grating (AWG) includes a plurality of input waveguides 11 formed on the substrate 10, a slab waveguide 12, a waveguide array 13 composed of a plurality of waveguides having a waveguide length difference, a slab waveguide 14, A plurality of output waveguides 15 are sequentially connected.
[0029]
FIG. 2 shows an example of the transmission characteristics of the frequency spectrum separation unit 1 and the frequency spectrum multiplexing unit 2. The transmission frequency band is set so as to satisfy the repetition frequency T of the optical pulse train before multiplexing and the repetition frequency T ′ of the optical pulse train after multiplexing. The transmittance in each transmission frequency band can be arbitrarily set.
[0030]
Here, with reference to FIG. 3, the operation of the light intensity modulation component removal filter of the present embodiment will be described. The optical TDM signal input to this optical filter has a light intensity modulation component accompanying multiplexing in the time domain, and depends on the repetition frequency component before multiplexing, the repetition frequency component after multiplexing, and the light intensity modulation in the frequency domain. It has a frequency component (shown in broken lines). By passing such an optical TDM signal through the optical filter having the transmission characteristics shown in FIG. 2 and removing the frequency component depending on the light intensity modulation, the light intensity modulation component in the time domain can be removed uniformly. It is possible to generate an optical pulse train having a high intensity.
[0031]
Second Embodiment: Light Intensity Modulation Component Removal Filter
FIG. 4 shows a second embodiment of the optical filter of the present invention. In the figure, the optical filter of the present embodiment includes a frequency spectrum separation unit 1 in which transmission frequency bands are set discretely and periodically corresponding to a repetition frequency of an input optical pulse train, a high reflectance termination 16, and an optical circulator 17. Consists of.
[0032]
Here, a configuration using an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) as the frequency spectrum separation unit 1 is shown. By arranging a high-reflectance terminal 16 at the other end of the output waveguide 15 of the arrayed waveguide diffraction grating (AWG) to have a folded configuration, one arrayed waveguide diffraction grating (AWG) can have a frequency spectrum separating unit and a frequency. Functions as a spectrum combiner. However, in this case, an optical circulator 17 for separating incident light and outgoing light is provided. For the high reflectivity termination 16, a coating or mirror having a high reflectivity with respect to the guided light can be used.
[0033]
Further, the optical filter of the present invention is not limited to the configuration using the arrayed waveguide diffraction grating (AWG) described above, and may be configured by a ring resonator type filter having periodic transmission characteristics, for example.
[0034]
(Third embodiment: light intensity modulation component removal filter)
FIG. 5 shows a third embodiment of the optical filter of the present invention. In the figure, the optical filter of the present embodiment has a frequency for controlling the phase of each frequency spectrum component between the frequency spectrum separation unit 1 and the frequency spectrum multiplexing unit 2 whose transmission frequency bands are set discretely and periodically. This is a configuration including the spectral phase control unit 3. The function of removing the light intensity modulation component superimposed on the optical TDM signal by the frequency spectrum separation unit 1 and the frequency spectrum multiplexing unit 2 is the same as in the first embodiment.
[0035]
Here, as the frequency spectrum separation unit 1 and the frequency spectrum multiplexing unit 2, a configuration using an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) is shown as in the first embodiment, but the transmission is performed for the group velocity dispersion. A phase shift occurs in discrete and periodic frequency spectrum components. As shown in FIG. 6, the frequency spectrum phase control unit 3 compensates for dispersion of the optical filter by controlling the phase of each frequency spectrum component. Note that the light incident on the frequency spectrum phase control unit 3 is not pulsed but continuous light, and all the group delay time differences can be replaced by phase differences. It is possible to compensate for the group delay time difference.
[0036]
The frequency spectrum phase control unit 3 includes, for example, a heater 31 for each waveguide through which each frequency spectrum component passes, and changes the optical path length by heating or cooling each to change the refractive index of the waveguide by the thermo-optic effect. To control the phase of each frequency spectrum component.
[0037]
(Fourth embodiment: light intensity modulation component removal filter)
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the optical filter of the present invention. The optical filter of the present embodiment has a folded configuration in which a high reflectance terminal 16 is disposed at the other end of the frequency spectrum phase control unit 3 in the third embodiment. In this case, since each frequency spectrum component reciprocates in the frequency spectrum phase control unit 3, the phase control amount may be ½ that of the through type configuration.
[0038]
(Fifth embodiment: TL pulse generation filter)
In a pulse light source that outputs an optical pulse train modulated with light intensity, the main reason why the optical pulse does not become a TL pulse is as follows:
(1) There is a chirp (temporal frequency shift) in the frequency component of the optical pulse.
(2) There is an unnecessary oscillation mode in the frequency component.
and so on.
[0039]
Here, when the optical pulse has no frequency chirp and has only an unnecessary oscillation mode, an optical filter or ring using an arrayed waveguide diffraction grating (AWG) as shown in FIG. 1 or FIG. A TL pulse can be generated by a resonator type filter. That is, it is possible to generate a TL pulse corresponding to the envelope shape of the transmission spectrum by removing frequency components caused by unnecessary oscillation modes and setting a predetermined transmittance for each transmission frequency band.
[0040]
With reference to FIG. 8, the operation of the present embodiment as a TL pulse generation filter will be described. The optical pulse train input to this optical filter has a repetition frequency different from the theoretical value depending on the resonator length of the pulse light source in the time domain, and multiple peaks (pulse superposition) in one pulse, and resonates in the frequency domain. It has a repetition frequency component determined by the length and a frequency component (shown by a broken line) depending on an unnecessary oscillation mode. By passing such an optical pulse train through an optical filter whose transmission frequency band is discrete and periodic and has a predetermined transmittance for each transmission frequency band, the repetition frequency determined by the resonator length and the intensity of the frequency component A TL pulse having a time waveform determined by the distribution can be generated.
[0041]
(Sixth embodiment: TL pulse generation filter)
When the optical pulse has a frequency chirp and has an unnecessary oscillation mode, the arrayed waveguide diffraction grating (AWG) and the frequency spectrum phase control unit 3 are combined as shown in FIG. 5 or FIG. . As shown in FIG. 9, the frequency spectrum phase control unit 3 controls the phase of each frequency spectrum component so that a TL pulse is generated.
[0042]
At this time, since a normal pulse light source has a certain finite phase shift due to dispersion of the resonator, the compensation has a large dynamic range and requires detailed phase control. This is because the compensated frequency component is localized in time. In the present invention, by dividing the temporally localized light into discrete frequency components, the phase shift is 0 to 2π in all the light.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, the optical filter of the present invention can reduce deterioration of communication quality due to the intensity modulation component by shaping the intensity modulation component superimposed on the optical TDM signal in the frequency domain, Realization of ultra-high-speed optical communication becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an optical filter of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of transmission characteristics of a frequency spectrum separation unit 1 and a frequency spectrum multiplexing unit 2;
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment (light intensity modulation component removal filter).
FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment of the optical filter of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a third embodiment of the optical filter of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the third embodiment (light intensity modulation component removal filter).
FIG. 7 is a diagram showing a fourth embodiment of the optical filter of the present invention.
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the fifth embodiment (TL pulse generation filter).
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation of the sixth embodiment (TL pulse generation filter).
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of an optical transmitter of an optical TDM system.
FIG. 11 is a diagram illustrating an intensity waveform in a time domain and a spectrum waveform in a frequency domain of an optical TDM signal.
12 shows a frequency spectrum of a single pulse and a frequency spectrum of an optical pulse train having a repetition frequency T. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Frequency spectrum separation part 2 Frequency spectrum combining part 3 Frequency spectrum phase control part 10 Substrate 11

Input waveguides

12 and 14 Slab waveguide 13 Waveguide array 15 Output waveguide 16 High reflectance termination 17 Optical circulator 31 Heater 51 Pulse light source 52 Optical splitter 53 Optical modulator 54 Optical delay device 55 Optical coupler

Claims

In an optical filter that removes a light intensity modulation component superimposed on an optical TDM signal optically time-multiplexed in the frequency domain of light,
A transmission frequency band set discretely and periodically so as to correspond to the repetition frequency T of the optical pulse train before multiplexing of the optical TDM signal and the repetition frequency T ′ of the optical pulse train after multiplexing; A first array waveguide diffraction grating that receives a TDM signal , cuts out only the longitudinal mode component corresponding to the repetition frequency of the optical pulse train, and removes components other than the longitudinal mode ;
An optical filter comprising: a second arrayed waveguide diffraction grating that combines longitudinal mode components cut out by the first arrayed waveguide diffraction grating.

The optical filter according to claim 1,
A phase control unit that performs dispersion compensation of an optical filter by controlling a phase of each optical frequency component between the first arrayed waveguide diffraction grating and the second arrayed waveguide diffraction grating; A featured optical filter.

The optical filter according to claim 2.
The optical filter, wherein the phase control unit is configured to change an optical path length of a waveguide that guides the optical frequency components.