JP3747241B2

JP3747241B2 - 可変光遅延装置

Info

Publication number: JP3747241B2
Application number: JP2002008670A
Authority: JP
Inventors: 哲也川西; 雅之井筒
Original assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2022-01-17
Also published as: US20030190119A1; US6987904B2; JP2003207812A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力する光信号に応じて決められた遅延時間に従って光信号を遅延することのできる、可変光遅延装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号を遅延する時間を制御する方法としては、以下の方法が知られている。
１）長さの異なる複数の光路を用意しておき、求められる遅延時間に応じて光路を選択する方法。
２）光信号の周波数をシフトし、これを周波数分散特性のある光路を伝播させることにより遅延時間を制御する方法。
３）光信号の周波数をシフトし、これを濾波器などの周波数分散特性のある反射器により光路を反射させて遅延時間を制御する方法。
４）光信号を電気信号に変換し、電気信号として遅延時間を与えた後、再び光信号とする方法。
５）巡回型光パケットバッファと呼ばれるものに使われる方法で、光入力部と光出力部との間に空間スイッチを配置し、空間スイッチの切り換えにより光増幅器を含むループ状の光ファイバ遅延装置を挿入接続する方法。
【０００３】
また、本願発明に類似のものとして、特開２００１−２０９０８２号公報に開示された図９に示す光パケットバッファがあるが、これは、小型化および集積化を容易にし、発振による不安定性を解消するとともに、パケット長に制限のない非等長パケットにも対応できることを目的としたものである。この光パケットバッファにおいて、可変波長変換回路は、入力用光導波路から入力された光信号の波長を所定の波長に変換し、光カプラを介して遅延ループ光導波路に入力する。また、遅延ループ光導波路に入力された光信号は周回しながら、波長シフタで周回ごとに一定の波長だけシフトする。また、特定波長抽出回路は、波長シフタで順次波長がシフトしながら周回する光信号の中から非特定波長の光信号を通過（周回）させ、特定波長の光信号を分離して出力用光導波路に出力するものである。
【０００４】
上記の光パケットバッファは、例えば、入力用光導波路から入力された光パケットは、可変波長変換回路で所定の波長に変換され、光カプラを介して遅延ループ光導波路に入力され、また、遅延ループ光導波路には、通過する光パケットの波長をシフトする波長シフタと、特定波長以外の光パケットをポートａからポートｂに通過させ、特定波長の光パケットをポートａからポートｃに分離する特定波長抽出回路が挿入され、また、特定波長抽出回路から分離された光パケットは出力用光導波路から出力されるという構成をもったものである。ここで、入力用光導波路から入力された光パケットの波長を可変波長変換回路で設定することにより、特定波長抽出回路から分離される波長にシフトするまでの周回数（波長シフタの通過回数）が決まり、光パケットの遅延時間が決まる。
【０００５】
以上のことから、上記の光パケットバッファにおける遅延時間は、入力された光パケットの波長を遅延ループ光導波路に入る前に可変波長変換回路で設定するものであり、従って、光パケットの波長を変えるものとしては、可変波長変換回路と波長シフタとを用いている事が分かる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記で説明した様に、従来のループ状光路と波長シフタを用いた光信号の遅延装置では、複数の波長変換器を用いて、遅延時間を管理している。
【０００７】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、単一の波長変換器とループ状光路とを用いて、入力する光信号に応じて遅延量を調整することのできる可変光遅延装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、可変光遅延装置に関しており、光の入力部と出力部とを備え、光フィルタと、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタとが、該入力部から出力部に至る光路上に設けられており、力された光信号は、入力する光信号に応じて決められた回数波長シフタを通過してから上記の出力部に至る構成を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、上記の発明に加え、入力された光信号が、入力する光信号に応じて決められた回数にわたり波長シフタを通過してから上記の出力部に至る構成は、光変調器を挟みこむように配置した複数の濾波器を含む構成であることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は、上記の発明に加え、入力された光信号が、入力する光信号に応じて決められた回数波長シフタを通過してから上記の出力部に至る構成は、光変調器を挟みこむように配置した濾波器と反射器とを含む構成であることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は、上記の発明に加え、入力された光信号が、入力する光信号に応じて決められた回数波長シフタを通過してから上記の出力部に至る構成は、上記の入力部から出力部に至る光路の一部がループ光路であり、前記ループ光路上に設けられた光変調器と、上記の入力部から前記ループ光路に至る光路上に第１の濾波器が設けられた構成と、前記ループ光路から上記の出力部に至る光路上に第１の濾波器あるいはそれとは異なる第２の濾波器が設けられた構成とを備えることを特徴としている。
【００１２】
また、本発明は、上記の発明に加え、上記の第１の濾波器の両端の少なくともいずれか一方の光路上にサーキュレータが設けられており、前記サーキュレータにより光路を転向する構成となっていることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、上記の発明の構成に加えて、上記の光変調器は、共振型の光変調器であることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明は、上記の発明の構成に加えて、上記の光変調器は、光ＳＳＢ変調器であることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明は、例えば１０進法それぞれの桁に応じた設定ができるようにするために、連続した光路上に上記の発明のいずれかに記載の可変光遅延装置を複数設けた装置で、お互いの遅延時間が異なることを特徴としている。
【００１６】
また、本発明は、連続した光路上に上記のいずれかに記載の可変光遅延装置を複数設けた装置で、入信号と出力信号の周波数が同じになるようにするために、それぞれの波長シフタのシフト量の和が零であることを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお以下の説明においては、特別に区別する必要のある場合を除き、同様の機能をもつものについては、同じ符号を用いるものとする。
【００１８】
【実施例】
［実施例１］
図１は、ループ光路（周囲長＝２０ｍ）を用いて構成した可変光遅延装置の第１の実施例を示す図である。入力した光信号（波長＝１５４９．８ｎｍ）は光路１を通ってサーキュレータ２−１に至り、サーキュレータ２−１により、光路３に振り向けられる。光路３には濾波器としてＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング、反射帯域幅＝１５５０〜１５５１ｎｍの２ｎｍ＝２５０ＧＨｚ）４を設置してある。ここで、入力する光信号については、ＦＢＧ４で反射される周波数より僅かに低い（高い）周波数にしておくことが必要である。ＦＢＧ４を通過した光信号は、サーキュレータ２−２により、ループ光路５に振り向けられる。ループ光路５上には、光変調器として光ＳＳＢ変調器６が設けられている。
【００１９】
因みに、光ＳＳＢ変調器については、文献１（下津他３名、“集積型ＬＮ変調器を用いた光ＳＳＢ変調”、信学技報、OEIC. OPE2000-37, LQE2000-31(2000-07),29-34,2000）に詳しく報告されている。
【００２０】
この光ＳＳＢ変調器６には、高周波発振器９から高周波電気信号が供給される。この高周波電気信号の周波数は、光信号に応じた電気信号が配線２０を通じて高周波発振器９に供給されることにより決められる。この変調器により、入力された光信号は、図８に示す様に、高周波発振器９の発振周波数（５０ＧＨｚ＝０．４０ｎｍ）だけ周波数が増加（あるいは減少）する。波長シフトを受けた光信号は、光増幅器としてのＥＤＦＡ（エルビウムをドープしたファイバー型の増幅器）７により増幅され、サーキュレータ２−２に戻る。このサーキュレータ２−２により、ＦＢＧ４に振り向けられるが、ＦＢＧ４で反射される周波数帯にシフトされた光信号は、再びループ光路５に戻り、さらに周波数シフトを受ける。この周波数シフトは、光信号がＦＢＧ４を透過できる様になるまで６回おこなわれる。ＦＢＧ４を透過した光信号は、サーキュレータ２−１により、光路１に戻り、出力される。これにより１２００ｎｓの遅延が実現できる。ここで、高周波発振器９の発振周波数を４０ＧＨｚにすることにより、光信号は、ループ光路を７回周回するので、１４００ｎｓの遅延を実現できる。この例から分かる様に、実現できる遅延値には、それぞれの装置に固有の刻みが有る。
【００２１】
［実施例２］
図２は、図１のループ光路にさらに遅延用のループ光路をつけて構成した可変光遅延装置２００と、図１のループ光路をもった可変光遅延装置１００を光路１について直列に配置して構成した第２の実施例を示す図である。ここで、可変光遅延装置２００における光遅延の刻みは、可変光遅延装置１００における光遅延の刻みの整数倍にしておくことが望ましい。例えば１０倍にしておき、これらの刻みを選択することにより、容易に２桁の数値で表現される任意の遅延を実現できる。
【００２２】
［実施例３］
上記の実施例１で出力される光信号の周波数は、入力した光信号のそれとは異なっている。このような違いを無くして、入力した光信号と同じ周波数で光信号を出力することもできる。このための構成を図３に示す。図３は、図１のループ光路と同じループ光路をもち、光ＳＳＢ変調器６−１が光信号の周波数を増加させる可変光遅延装置１００と、図１のループ光路と同じループ光路をもっているが光ＳＳＢ変調器６−２が光信号の周波数を減少させる可変光遅延装置３００とが光路１について直列に配置された構成を持つ構成を示している。変調周波数は同じなので、可変光遅延装置１００で増加した光周波数は、可変光遅延装置３００で同じ周波数分低減され、入力した光信号の周波数と同じ周波数の光信号が出力される。
【００２３】
［実施例４］
上記の実施例では、ループ光路を用いた例を示したが、ループ光路を用いなくても光遅延装置を実現できる。図４は、濾波器である２つのＦＢＧとそれに挟まれた光ＳＳＢ変調器により構成した可変光遅延装置のブロック図である。この図において、入力した光信号（波長＝１５４９．８ｎｍ）は、光路１により濾波器であるＦＢＧ（反射帯域幅＝１５５０〜１５５１ｎｍの２ｎｍ＝２５０ＧＨｚ）４−１を透過する。ここで、入力する光信号については、ＦＢＧ４−１で反射される周波数より僅かに低い（高い）周波数にしておくことが必要である。ＦＢＧ４−１を通過した光信号は、光変調器として光ＳＳＢ変調器６により波長シフトを受け、ＦＢＧ４−１と同じ特性のＦＢＧ４−２に入射するが、反射帯域幅内にあるので、反射され、再び波長シフトを受けてＦＢＧ４−１に入射する。ここで、反射帯域幅内にあれば、再び反射される。同様な動作を繰り返して、光信号の波長が、反射帯域幅外になった時にＦＢＧ４−１あるいはＦＢＧ４−２を透過する。ここで、光の波長を高くシフトする設定のときには、反射帯域幅について、ＦＢＧ４−１をＦＢＧ４−２よりも１回の波長シフト分以上、短波長側にずらしておくことが望ましい。また、逆に、光の波長を低くシフトする設定のときには、１回の波長シフト分以上長波長側にずらしておくことが望ましい。
【００２４】
［実施例５］
出力される光信号の周波数を、入力した光信号のそれと同じになるように構成した可変光遅延装置の第５の実施例を示す図である。図５における光ＳＳＢ変調器６−１が光信号の周波数を増加させ、光ＳＳＢ変調器６−２が光信号の周波数を減少させる構成をもっている。変調周波数は同じなので、入力した光信号の周波数と同じ周波数の光信号が出力される。
【００２５】
［実施例６］
施例２と同じ意図のもとで構成された可変光遅延装置で、操作により光強度が減少することを防止するために、ＳＯＡ（半導体光増幅器）を用いて増幅することもおこなっている。図６は。ＦＢＧ４−１、ＳＯＡ１０−１、光ＳＳＢ変調器６−１、およびＦＢＧ４−２で構成された第１の可変光遅延器部分と、ＦＢＧ４−２、光ＳＳＢ変調器６−２、ＳＯＡ１０−２、およびＦＢＧ４−３で構成された第２の可変光遅延器部分における光遅延の刻みを異なるものとした可変光遅延装置を示している。実施例２と同様に、例えば第１の可変光遅延器部分における光遅延の刻みを第２の可変光遅延器部分における光遅延の刻みの整数倍にしておくことが望ましい。例えば３倍にしておくことにより、容易に３進法での２桁の数値で表現される任意の遅延を実現できる。
【００２６】
［実施例７］
上記の実施例の他に、ループ光路を用いずに光遅延装置を構成することができる。図７Ｒ＞７は、濾波器であるＦＢＧと反射器１１とに挟まれた光ＳＳＢ変調器により構成した可変光遅延装置のブロック図である。この図において、入力した光信号（波長＝１５４９．８ｎｍ）は、光路１を通ってサーキュレータ２に至り、サーキュレータ２により、光路３に振り向けられる。光路３には濾波器としてＦＢＧ（反射帯域幅＝１５５０〜１５５１ｎｍの２ｎｍ＝２５０ＧＨｚ）４を設置してある。ＦＢＧ４を通過した光信号は、光ＳＳＢ変調器６により波長シフトを受け、反射して戻る際に再び波長シフトを受ける。再びＦＢＧ４に入射するが、反射帯域幅内にあるので、反射され、再び波長シフトを受けてＦＢＧ４に入射する。ここで、反射帯域幅内にあれば、再び反射される。同様な動作を繰り返して、光信号の波長が、反射帯域幅外になった時にＦＢＧ４を透過し、サーキュレータ２に至って光路１に戻り出力される。
【００２７】
上記の説明においては、波長シフタとして光ＳＳＢ変調器を用いたが、これに限定されるべき理由はなく、音響光学素子も波長シフタとして用いることができることは明らかである。
【００２８】
次に、図１０に示す構成で行った遅延量の制御を確認するための基礎実験について説明する。入力光の一部がループ入り口のＦＢＧで反射されるので、測定系（ＰＤ（光検出器）または光スペクトラムアナライザ）の前にＦＢＧを挿入して、その影響を抑えた。入力光を２５０ｋＨｚでデューティ比＝２０％のパルスで強度変調し、その時間波形からループでの遅延量の変化を確認した。
【００２９】
その結果を、図１１あるいは図１２に、２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈチャネル出力光のスペクトル、時間波形をそれぞれ示す。ここで、２ｎｄとは、ループを２周して出力した信号を意味し、以下同様である。光ＳＳＢ変調器に供給するＲＦ信号の周波数ｆｍが１８．００ＧＨｚ、１１．００ＧＨｚ、８．００ＧＨｚ、６．４０ＧＨｚ、５．２５ＧＨｚ、４．４５ＧＨｚのときにそれぞれ２ｎｄ、３ｒｄ、４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈチャネル出力が得られた。入力光の波長は１５５１．４３ｎｍである。図１１に示すように、ｆｍ＝１８．００ＧＨｚの場合、１５５１．１５ｎｍに最大のピークがあり、これが２ｎｄチャネルに相当する。同様に、ｆｍ＝１１．００ＧＨｚの場合に１５５１．１７ｎｍに３ｒｄチャネルに相当するピークが見られる。ｆｍ＝８．００ＧＨｚ、６．４０ＧＨｚ、４．２５ＧＨｚ、４．４５ＧＨｚの場合にはそれぞれ１５５１．２ｎｍ付近に４ｔｈ、５ｔｈ、６ｔｈ、７ｔｈチャネルに相当するピークが見られる。図１２に示した時間波形では各チャネルで遅延量が３５０ｎｓずつ異なっていて、ＲＦ信号周波数ｆｍにより遅延量が制御できることが確認できた。遅延量より光ループの光路長は７０ｍ程度であることがわかる。ループ１周の遅延時間よりも長いパルスが扱えるのは、光ＳＳＢ変調器で光周波数がシフトし異なるチャネルに移行するので、衝突が避けられることによる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００３１】
本発明では、光の入力部と出力部とを備え、濾波器と、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタとが、該入力部から出力部に至る光路上に設けられており、入力された光信号は、入力する光信号に応じて決められた回数にわたり波長シフタを通過してから上記の出力部に至る構成としたので、光信号ごとに遅延時間を管理することができる。
【００３２】
同様に本発明では、簡単な構成で、入力する光信号に応じて遅延量を調整することができる。
【００３３】
また、本発明では、波長シフタに光変調器を用いたので、装置をコンパクトに構成することができる。
【００３４】
また、本発明は、サーキュレータを用いて光回路を実現した。
【００３５】
また、本発明では、変調器として光ＳＳＢ変調器を用いたので、効率的な変調ができる。
【００３６】
また、本発明では、遅延時間の刻みを、Ｎ進法表現できるように設けた可変光遅延装置を直列に接続した構成にしたので、多様な遅延時間の設定が可能である。
【００３７】
また、本発明では、波長シフタのシフト量の和が零である様にすることにより、入力光と同じ周波数の光を出力できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ループ光路を用いて構成した可変光遅延装置の第１の実施例を示すブロック図である。
【図２】可変光遅延装置を直列に配置して構成した第２の実施例を示すブロック図である。
【図３】入力した光信号と同じ周波数で光信号を出力することもできる第３の実施例を示すブロック図である。
【図４】濾波器である２つのＦＢＧとそれに挟まれた光ＳＳＢ変調器により構成した第４の実施例を示すブロック図である。
【図５】入力と出力の光信号の周波数が同じになるように構成した第５の実施例を示すブロック図である。
【図６】可変光遅延装置を直列に配置して構成し、光強度が減少することを防止するために、ＳＯＡ（半導体光増幅器）を用いた第６の実施例を示すブロック図である。
【図７】濾波器であるＦＢＧと反射器とに挟まれた変調器により構成した第７の実施例を示すブロック図である。
【図８】光ＳＳＢ変調器の動作を示す図である。
【図９】従来例である光パケットバッファを示すブロック図である。
【図１０】基礎実験の配置を示すブロック図である。
【図１１】基礎実験で得られた出力光スペクトルを示す図である。
【図１２】基礎実験で得られた出力光の時間波形を示す図である。
【符号の説明】
１光路
２、２−１、２−２サーキュレータ
３光路
４、４−１、４−２，４−３ＦＢＧ（ファイバーブラッググレーティング）
５ループ光路
６、６−１、６−２光ＳＳＢ変調器
７ＥＤＦＡ（エルビウムをドープしたファイバー型の増幅器）
８バイアス電源
９高周波発振器
１０、１０−１、１０−２ＳＯＡ（半導体光増幅器）
１１反射器
２０配線
１００、２００、３００可変光遅延装置

Claims

光の入力部と出力部とを備え、
濾波器と、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタと、該波長シフタを含むループ状の光路が、入力部から出力部に至る光路上に設けられており、
上記の波長シフタは、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタであり、
上記のループ状の光路は、上記の濾波器で反射した光を上記の波長シフタに入力し、該波長シフタの出力を上記の濾波器に入力することで形成される光路であり、
入力された光信号は、濾波器を通じて波長シフタを含むループ状の光路に入り、該ループ状の光路を巡回した後、上記の濾波器を、あるいは他の濾波器を通じて上記の出力部に至る構成を備えることを特徴とする可変光遅延装置。
光の入力部と出力部とを備え、
濾波器と、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタと、該波長シフタを含む往復型の光路が、入力部から出力部に至る光路上に設けられており、
上記の波長シフタは、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタであり、
上記の往復型の光路は、入力された光信号を、波長シフタを挟みこむように配置した複数の濾波器間で反射させて往復させることにより、入力する光信号に応じて決められた回数にわたり上記の波長シフタを通過させることで形成される光路であり、
入力された光信号が、上記の往復型の光路を往復してから上記の出力部に至る構成であることを特徴とする可変光遅延装置。
光の入力部と出力部とを備え、
濾波器と、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタと、該波長シフタを含む往復型の光路が、入力部から出力部に至る光路上に設けられており、
上記の波長シフタは、入力する光信号に応じてシフト量を調整することのできる波長シフタであり、
上記の往復型の光路は、入力された光信号を、波長シフタを挟みこむように配置した濾波器と反射器とでそれぞれ反射されることにより、前記の濾波器と反射器と間を往復させて、入力する光信号に応じて決められた回数にわたり波長シフタを通過させることで形成される光路であり、
入力された光信号が上記の往復型の光路を往復してから上記の出力部に至る構成であることを特徴とする可変光遅延装置。
上記の波長シフタは光変調器であることを特徴とする請求項１、２あるいは３に記載の可変光遅延装置。
入力された光信号は、第１のサーキュレータ、濾波器、第２のサーキュレータを通じて上記のループ状の光路に導かれ、
前記のループ状の光路から出力する際には、第２のサーキュレータ、濾波器、第１のサーキュレータを通じて出力されることを特徴とする請求項１に記載の可変光遅延装置。
上記の光シフタは、光ＳＳＢ変調器であることを特徴とする請求項１、２、３、５のいずれかに記載の可変光遅延装置。
連続した光路上に請求項１ないし６のいずれかに記載の可変光遅延装置を複数設けた装置で、それぞれの最小遅延時間が、Ｎを２以上の整数として、Ｎ進法の異なる桁に相当するように構成したことを特徴とする可変光遅延装置。
連続した光路上に請求項１ないし６のいずれかに記載の可変光遅延装置を複数設けた装置で、それぞれの波長シフタのシフト量の和が零であることを特徴とする可変光遅延装置。