JP3887552B2

JP3887552B2 - 波長管理装置及び光変調器の管理方法

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Publication number: JP3887552B2
Application number: JP2001293755A
Authority: JP
Inventors: 徳隆原; 潤一郎市川; 均小栗; ともみ柳町
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2007-02-28
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003098496A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長管理装置に関し、さらに詳しくは、波長多重伝送（ＷＤＭ）システムなどの高速・大容量光ファイバ通信システムに用いられる光変調器中を導波させる光波の波長管理に対して好適に用いることのできる波長管理装置、及びこの波長管理装置を用いた光変調器の管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、波長多重伝送（ＷＤＭ）システムなどに代表される高速・大容量光ファイバ通信システムの進歩に伴い、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ_３を基板に用いた光導波路素子からなる高速光変調器が実用化され、広く用いられるようになってきている。このようなＷＤＭシステムにおいては、複数の情報（信号）を異なる波長の光波に重畳させて同時に伝送するため、伝送密度が向上するにつれて必然的に波長の互いに近接した複数の光波を用いなければならなくなる。
【０００３】
したがって、前記光波を発生させるレーザダイオードなどの経時変化や環境温度変化などによって、前記光波の波長が当初の設定値からずれてしまう場合がある。すると、波長が隣接する光波同士が干渉してしまう場合があり、クロストークなどを生じさせる原因となっていた。このため、上述のようなＷＤＭシステムを安定的に動作させるためには、レーザダイオードの経時変化などに起因する光波の波長変化を抑制するとともに、前記光波の波長変化を管理することが急務とされていた。かかる点に鑑みて、光波の波長変化を管理するための波長管理装置が開発され、用いられている。
【０００４】
図１は、従来の波長管理装置を含む伝送システムの一部を示す構成図である。レーザダイオード１から出射されたレーザ光はカプラ２に至り、入力光と参照光とに分岐させられる。前記入力光は、光変調器３に入射して伝送に供せられる。一方、前記参照光は、波長管理装置４内に入射してレーザダイオード１から出射された前記レーザ光の波長管理に供せられる。
【０００５】
波長管理装置４内においては、入射した参照光はハーフミラー４−１でさらに分岐され、分岐された一方の光は波長フィルタ４−２を透過して光電変換素子４−３に至り、強度Ａの光に相当する電気信号Ａとして取り出される。一方、分岐された他方の光は、反射ミラー４−４で反射され、光電変換素子４−５を介してそのまま強度Ｂの光に相当する電気信号Ｂとして取り出される。
【０００６】
電気信号Ａ及びＢは、光変調器３の動作点などが変化して変調の度合い（消光比）が変化したりすると、それぞれ同じ割合だけ変化する。しかしながら、電気信号Ａは、強度Ａの光は、波長フィルタ４−２を介して得たものであるため、前記レーザ光の波長が変化することによっても変化する。したがって、電気信号Ａ／Ｂの値をモニタリングすることによって、前記レーザ光の波長変化を管理することができる。
【０００７】
実際には、制御回路５において電気信号Ａ／Ｂの値が計算され、この計算値に基づいてレーザダイオード１に対して動作点を変化させるためのバイアス電圧などが印加され、前記レーザ光の波長変化を抑制して一定となるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の波長管理装置を含む伝送システムにおいては、伝送に用いる光の一部を波長管理のために使用するため、実際の伝送に供する光の強度が減少してしまうという問題があった。また、光変調器３の外部において、カプラ２及び波長管理装置４などを設ける必要があるため、システム全体が大型化するとともに複雑になるという問題があった。
【０００９】
本発明は、伝送に供する光の強度を減少させず、さらに伝送システムの全体を簡易かつ小型に構成することのできる新規な波長管理装置、及びこの波長管理装置を用いた光変調器の管理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、
電気光学効果を有する材料からなり、相対向する一対の主面を有する基板と、この基板の一方の主面側に形成された、マッハツエンダー型の光導波路とを具える光変調器に内蔵され、前記光導波路の結合部から放射され、前記基板中を伝播する放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝播する光波の波長を管理するとともに、
前記放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝搬する光波の強度を管理するようにした出力管理手段を具えることを特徴とする、波長管理装置に関する。
【００１１】
また、本発明は、
電気光学効果を有する材料からなり、相対向する一対の主面を有する基板と、この基板の一方の主面側に形成された、マッハツエンダー型の光導波路とを具える光変調器に内蔵され、前記光導波路の結合部から放射され、前記基板中を伝播する放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝播する光波の波長を管理する工程と、
前記放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝搬する光波の強度を管理する工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の管理方法に関する。
【００１２】
本発明の波長管理装置は光変調器に内蔵されているため、伝送システムの全体の構成を簡易かつ小型化することができる。また、光変調器がオフの状態において、マッハツエンダー型の光導波路の結合部から放射される放射モード光を用いて波長管理を行なうため、伝送に供する光の強度を減少させることもない。
【００１３】
なお、安定した伝送システムを実現するためには、前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持し、前記光変調器内を伝搬する前記光波の波長が一定となるように管理する。
【００１４】
また、本発明の波長管理装置では、前記放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝搬する光波の強度を管理するようにした出力管理手段を具える。これによって、前記光変調器内を伝搬する光波の波長管理と強度管理とを同時に行なうことができる。
【００１５】
さらに、安定した伝送システムを実現するためには、前記出力管理手段は、前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持することにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の強度が一定となるように構成する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照しながら、発明の実施の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図２は、本発明の波長管理装置を含む光変調器の要部を示す平面図である。図２に示す光変調器１０は、電気光学効果を有する、例えばＬｉＮｂＯ_３などから構成される基板１１と、この基板１１の主面に形成されたマッハツエンダー型の光導波路１２とを具える。そして、基板１１の端面１１Ａにおいて、基板１１と一体的にガラスなどの透明部材から構成されるキャピラリー１３を具えている。さらに、光変調器１０内を伝搬する光波の進行方向と垂直な方向において波長フィルタ１４、並びにフォトダイオードなどから構成される光電変換素子１５及び１６を具えている。
【００１８】
光変調器１０がオンの状態においては、分岐した光導波路１２中を導波してきた光は、結合部１２Ａにおいて互いに打ち消し会うことなく重畳され、所定の光信号として、キャピラリー１３内に設けられた貫通孔１８を貫通する、光変調器１０に接続された光ファイバ１７を通じて取り出される。
【００１９】
光変調器１０がオフの状態においては、分岐した光導波路１２中を導波してきた光は、図示しない電極によって位相変調を受け、結合部１２Ａにおいて互いの位相差に起因して互い打ち消される。この時、結合部１２Ａからは外方に向けて放射モード光Ｘ及びＹが放射される。これらの放射モード光は、基板１１内を伝播するととともに、基板１１と連続的に設けられているキャピラリー１３内を伝搬する。
【００２０】
キャピラリー１３は、上記放射モード光の進行方向に対して傾斜した反射面１３Ａ及び１３Ｂを有するため、これら反射面に到達した放射モード光Ｘ及びＹは、正反射方向に反射される。
【００２１】
前記進行方向に対して下方に反射された放射モード光Ｘは、波長フィルタ１４を透過して、光電変換素子１５に至る。波長フィルタ１４を透過した放射モード光Ｘは、波長フィルタ１４の波長選択性に依存して図３に示すような光強度分布を示す。したがって、放射モード光Ｘの波長が変化すると、その透過光強度も変化する。また、光変調器１０を伝搬する光波、すなわち光導波路１２中を導波する光波の波長が変化すると、放射モード光Ｘの波長も変化する。したがって、図３に示すような光強度分布における透過光強度を管理することによって、光変調器１０を伝搬する光波の波長の管理を行なうことができる。
【００２２】
具体的には、光変調器１０を伝搬する光波の当初の波長λ_０に対する透過光強度Ｅ_０を予め計測しておき、この透過光強度Ｅ_０からの変化を監視することにより、実行することができる。光変調器１０を安定して動作させるためには、透過光強度が常にＥ_０であるように制御する。
【００２３】
一方、前記進行方向に対して上方に反射された放射モード光Ｙは、そのまま光電変換素子１６に至る。光変調器１０を伝搬する光波、すなわち光導波路１２中を導波する光波の強度が変化すると、光電変換素子１６で受光される放射モード光Ｙの強度も変化する。したがって、この放射モード光Ｙの強度を監視することにより、光変調器１０を伝搬する光波の強度を管理することができる。光変調器１０を安定して動作させるためには、光電変換素子１６で受光する放射モード光Ｙの強度が常に一定となるようにする。
【００２４】
キャピラリー１３は、放射モード光を減衰させることなく伝播させる必要があることから、ホウケイ酸ガラスなどの透明部材から構成することが必要である。
【００２５】
なお、キャピラリー１３の反射面１３Ａ及び１３Ｂは、基板１１内を伝播してきた放射モード光の光路を、例えば、図２に示すように基板１１内の進行方向から略垂直な方向に反射させて変更すべく、前記放射モード光の進行方向に対して傾斜していることが必要である。また、反射面１３Ａ及び１３Ｂの反射率を向上させるべく、その表面上に金、クロム、又はアルミニウムなどからなる金属膜や、例えばＴｉＯ_２膜とＳｉＯ_２膜とが交互に積層された誘電体多層膜を設けることもできる。
【００２６】
図４は、図２に示す光変調器１０を含む伝送システムの一部を示す構成図である。レーザダイオード３０から発せられた所定のレーザ光は、光変調器１０内に入射し、光導波路１２内に導入される。そして、光変調器１０がオンの状態においては何ら変調を受けることなく、所定の光信号として光ファイバ１７より取り出される。
【００２７】
一方、光変調器１０がオフの状態においては、上述したように放射モード光が発生するため、前記レーザ光の波長管理及び強度管理が行なわれる。具体的には、波長フィルタ１４を透過した放射モード光Ｘは、光電変換素子１５を介し、強度Ａの光に相当する電気信号Ａとして出力端子１９から取り出される。一方、放射モード光Ｙは、光電変換素子１６を介し、強度Ｂの光に相当する電気信号Ｂとして出力端子２０から取り出される。
【００２８】
電気信号Ａ及びＢはそれぞれ補正回路４０に送られ、例えばＡ／Ｂの演算処理がなされる。上述したように、光変調器１０の動作点などが変化して変調の度合い（消光比）が変化したりすると、電気信号Ａ及びＢは同じ割合だけ変化するが、電気信号Ａは前記レーザ光の波長が変化することによっても変化する。したがって、Ａ／Ｂ値が常に一定となるように補正回路４０によって制御を行ない、前記Ａ／Ｂ値が変動した場合においては、適当な制御信号をレーザダイオードドライバ５０に伝送する。
【００２９】
そして、このレーザダイオードドライバ５０から、レーザダイオード３０に対してその動作点などを制御するために適当なバイアス電圧などが印加され、出射させる前記レーザ光の波長変動を相殺し、常に一定の波長のレーザ光が出射されるようにする。
【００３０】
また、電気信号Ｂは、上述したように光変調器１０を伝搬する光波の強度変化の影響のみを受け、波長変化の影響を受けないため、前記光波の強度管理信号としてバイアス補正回路６０に伝送される。そして、適当な制御信号がＤＣ印加回路７０に送られ、そこから光変調器１０の動作点を制御するための、ＤＣバイアス電圧が光変調器１０に印加される。これによって、光変調器１０の環境温度変化などに対応した新たな動作点が設定されることになるため、良好な消光比の下に光変調を行なうことができるようになる。
【００３１】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に則して本発明を具体的に説明し
てきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱し
ない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能である。
【００３２】
例えば、図２においては、放射モード光Ｘを光変調器１０を伝搬する光波の波長管理、すなわちレーザ光の波長管理に用い、放射モード光Ｙを光変調器１０を伝搬する光波の強度管理、すなわち光変調器１０の変調特性の管理に用いた。しかしながら、本発明においては、前記光波の波長管理を行なえば良く、従って、放射モード光Ｘ及びＹの両方を波長管理のために用いることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、波長管理装置は光変調器に内蔵されているため、伝送システムの全体の構成を簡易かつ小型化することができる。また、光変調器がオフの状態において、マッハツエンダー型の光導波路の結合部から放射される放射モード光を用いて波長管理を行なうため、伝送に供する光の強度を減少させることもない。したがって、伝送に供する光の強度を減少させず、さらに伝送システムの全体を簡易かつ小型に構成することのできる新規な波長管理装置、及びこの波長管理装置を用いた光変調器の管理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の波長管理装置を含む伝送システムの一部を示す構成図である。
【図２】本発明の波長管理装置を含む光変調器の要部を示す平面図である。
【図３】波長フィルタに対する透過光強度分布を示す図である。
【図４】図２に示す光変調器を含む伝送システムの一部を示す構成図である。
【符号の説明】
１、３０レーザダイオード
２カプラ
３、１０光変調器
４波長管理装置
４−１ハーフミラー
４−２、１４波長フィルタ
４−３、４−５、１５、１６光電変換素子
４−４反射ミラー
５制御回路
１１基板
１１Ａ基板の端面
１２（マッハツエンダー型の）光導波路
１２Ａ光導波路の結合部
１３キャピラリー
１３Ａキャピラリーの反射面
１３Ｂキャピラリーの反射面
１３Ｃキャピラリーの端面
１７光ファイバ
１８貫通孔
１９、２０出力端子
４０補正回路
５０レーザダイオードドライバ
６０バイアス補正回路
７０ＤＣ印加回路
Ｘ、Ｙ放射モード光

Claims

電気光学効果を有する材料からなり、相対向する一対の主面を有する基板と、この基板の一方の主面側に形成された、マッハツエンダー型の光導波路とを具える光変調器に内蔵され、前記光導波路の結合部から放射され、前記基板中を伝播する放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝播する光波の波長を管理するとともに、
前記放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝搬する光波の強度を管理するようにした出力管理手段を具えることを特徴とする、波長管理装置。
前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持することにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の波長が一定となるように管理し、
前記出力管理手段は、前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持することにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の強度が一定となるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の波長管理装置。
前記マッハツエンダー型の光導波路を具える光変調器に内蔵された、波長選別手段と、受光手段とを具えることにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の波長が一定となるように管理することを特徴とする、請求項１又は２に記載の波長管理装置。
前記波長選別手段は、波長フィルタであることを特徴とする、請求項３に記載の波長管理装置。
前記光変調器を構成する前記基板に対して一体的に設けられた、放射モード光の光路変更手段を具えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載の波長管理装置。
前記光路変更手段は、前記基板内の、前記放射モード光の伝播方向に対して傾斜した反射面を有する透明部材から構成されることを特徴とする、請求項５に記載の波長管理装置。
追加の受光手段を含む出力管理手段を具えることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一に記載の波長管理装置。
前記出力管理手段は、前記光変調器を構成する前記基板に対して一体的に設けられた、放射モード光の追加の光路変更手段を含むことを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一に記載の波長管理装置。
前記追加の光路変更手段は、前記基板内の、前記放射モード光の伝播方向に対して傾斜した反射面を有する追加の透明部材から構成されることを特徴とする、請求項８に記載の波長管理装置。
前記追加の光路変更手段を構成する前記追加の透明部材と、前記光路変更手段を構成する前記透明部材とは、同一のキャピラリーから構成されることを特徴とする、請求項９に記載の波長管理装置。
電気光学効果を有する材料からなり、相対向する一対の主面を有する基板と、この基板の一方の主面側に形成された、マッハツエンダー型の光導波路とを具える光変調器と、この光変調器に内蔵された波長選別手段及び受光手段とを具え、
前記光導波路の結合部から放射され、前記基板中を伝播する放射モード光の少なくとも一部を、前記波長選別手段を介して前記受光手段で受光することにより、前記光変調器内を伝播する光波の波長を管理するとともに、前記放射モード光の少なくとも他の一部の強度変化を管理し、
前記放射モード光の、前記波長管理に寄与する強度に関連した電気信号Ａと、前記放射モード光の、前記強度管理に寄与する強度に関連した電気信号Ｂとの比Ａ／Ｂを管理することを特徴とする、波長管理装置。
前記光変調器を構成する前記基板に対して一体的に設けられた、放射モード光の光路変更手段を具えることを特徴とする、請求項１１に記載の波長管理装置。
前記光路変更手段は、前記基板内の、前記放射モード光の伝播方向に対して傾斜した反射面を有する透明部材から構成されることを特徴とする、請求項１２に記載の波長管理装置。
前記比Ａ／Ｂを一定に保持するような制御手段を具えることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載の波長管理装置。
電気光学効果を有する材料からなり、相対向する一対の主面を有する基板と、この基板の一方の主面側に形成された、マッハツエンダー型の光導波路とを具える光変調器に内蔵され、前記光導波路の結合部から放射され、前記基板中を伝播する放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝播する光波の波長を管理する工程と、
前記放射モード光の少なくとも一部の強度変化を管理することにより、前記光変調器内を伝搬する光波の強度を管理する工程と、
を具えることを特徴とする、光変調器の管理方法。
前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持することにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の波長が一定となるように管理することを特徴とする、請求項１５に記載の光変調器の管理方法。
前記放射モード光の、前記少なくとも一部の強度を一定に保持することにより、前記光変調器内を伝搬する前記光波の強度が一定となるように管理することを特徴とする、請求項１５又は１６に記載の光変調器の管理方法。