JP4629471B2 - 可変帯域チューナブルフィルタ - Google Patents

Description

本発明は、光通信に関し、特に、光通信に使用される可変波長光フィルタに関する。

波長分割多重（wavelength division multiplexing；ＷＤＭ）またはその変形である高密度ＷＤＭ(Dense-WDM)は、次世代高速通信ネットワークで使用される先端技術の１つである。ここにその内容が参照として組み込まれている、例えば、M. S. Borella, J. P. Jue, D.Banerjee等の“Optical Components for WDM Lightwave Networks（ＷＤＭ光ネットワーク用光学素子）”，IEEE Proceedings, Vol. 85, No. 8, pp. 1274-1307, 1997年8月（非特許文献１）を参照されたい。ＷＤＭ方式では、複数の信号源が異なる波長で発光して同一の光媒体上に多重化されており、各波長は、個別のチャネルを表わしている。トラヒックパターンの動的変化とインテリジェントスイッチングに対する要求とのために、光ネットワークによって搬送された多数の波長帯域から特定のチャネルまたは特定のチャネル範囲を選択する能力を備えていることが、有効である。したがって、可変同調性(tunability)は、ＷＤＭ光ネットワークにおける、最も重要な課題の１つであった。

従来のチューナブルフィルタ（波長可変フィルタ）は、ファブリ−ペロー(Fabri-Perot)干渉、マッハ−ツェンダ(Mach-Zehnder)干渉、薄膜干渉などの種々の技術を使用していた。ここにその内容が参照として組み込まれている、例えば、J. M. H. Elmirghani, H. T. Mouftah，“Technologies and Architectures for Scalable Dynamic Dense WDM Networks（スケーラブルなダイナミック高密度ＷＤＭネットワークのための技術およびアーキテクチャ）”，IEEE Communications Magazine, pp. 58-66, 2000年2月（非特許文献２）、およびD. Sadot, E. Boimovich，“Tunable Optical Filters for Dense WDM Networks（高密度ＷＤＭネットワーク用チューナブル光フィルタ）”，IEEE Communications Magazine, pp. 50-55, 1998年12月（非特許文献３）を参照されたい。

残念なことに、従来のチューナブルフィルタは、通過する入力光信号の通過帯域（単一チャネルまたは単一周波数帯域）を自由に選択できることは証明されているが、その通過帯域幅（チャネル数）は一般に固定されている。近年、一般に「波長選択性スイッチ(wavelength selective switch)」（ＷＳＳ）と呼ばれるような、さらに複雑な解決方法が提案、実施されている。本明細書にその内容が参照として組み込まれている、例えば米国特許出願公開第2002/0186434号（米国特許出願第10/140,116号）（特許文献１）を参照されたい。波長選択性スイッチは、スイッチング能力および同調能力の点で高い柔軟性を備えているが、一般に高価であるとともに、しばしば、スケーラビリティ（拡張性）に制限がある。
米国特許出願公開第２００２／０１８６４３４号 M. S. Borella, J. P. Jue, D.Banerjee, et al. "Optical Components for WDM Lightwave Networks," IEEE Proceedings, Vol. 85, No. 8, pp. 1274-1307, August 1997 J. M. H. Elmirghani, H. T. Mouftah, "Technologies and Architectures for Scalable Dynamic Dense WDM Networks," IEEE Communications Magazine, pp. 58-66, February 2000 D. Sadot and E. Boimovich, "Tunable Optical Filters for Dense WDM Networks," IEEE Communications Magazine, pp. 50-55, December 1998 H. J. R. Dutton, "Understanding Optical Communications," pp. 149-56, 205-61 (September 1998)

したがって、既存のチューナブルフィルタよりも柔軟性が高いだけでなく、既存の波長選択性スイッチアーキテクチャよりも安価でスケーラブルな手法が求められている。

本発明は、チューナブル（同調可能）な通過帯域幅を有する、すなわち通過帯域幅とスペクトルの両面でチューナブルな通過帯域を好都合にも備える、光通信ネットワーク用の新規な装置を提供することを目的としている。

本発明の実施態様によれば、本発明の装置は、発明者らがチューナブル「エッジ(edge)」フィルタと呼ぶ２つの素子によって、部分的に構成されている。エッジフィルタは、動作スペクトル中の１つのチャネル範囲をドロップするように働き、それぞれ、高域通過（ハイパス）フィルタおよび低域通過（ローパス）フィルタとして動作する。エッジフィルタは、従来のフィルタ技術を使用して実現でき、例えば、動作スペクトルの外側に立上りエッジおよび立下りエッジを有する広い通過帯域の単純なバンドパスフィルタであってもよい。第１のチューナブルエッジフィルタは、入力信号を受け取り、この入力信号中の第１のチャネル範囲をドロップする。次に、第２のチューナブルエッジフィルタは、ドロップされた信号を第１のチューナブルエッジフィルタから受け取り、そのドロップされた信号から第２のチャネル範囲をドロップする。第１のチャネル範囲と第２のチャネル範囲との共通部分が、本装置のチューナブルな通過帯域を定める。この装置は、例えば通過帯域の立上りエッジおよび立下りエッジによって（あるいは、通過帯域の幅および中心チャネルによって）表わされる２つの自由度で調節することができる。この装置は、ある波長帯域の任意の１チャネルまたは任意の複数の隣接チャネルを有効にドロップすることができる。

本発明の他の実施態様によれば、第１のチューナブルエッジフィルタおよび第２のチューナブルエッジフィルタではじかれた(rejected)信号を結合し、この装置の同調可能な通過帯域以外の全チャネルを含む出力信号を生成することができる。これは、コンバイナ（合波器）またはカプラ（結合器）を使用するか、別の選択肢として好ましくは、より優れた光学特性を備えた第３のチューナブルエッジフィルタを使用することにより、実現できる。

本発明の他の実施態様によれば、本発明の装置は、波長をスペクトル的に分散された帯域に分離する回折格子を有する。次に、１対の可動シャッタを用いて帯域の一部を阻止することにより、この装置の同調可能な通過帯域を定めることができる。好ましい実施の一態様では、シャッタによって阻止されなかったチャネルは、次にミラーにより回折格子に向かって反射し、そのチャネルをドロップポートに導くサーキュレータに送られる。

本発明は、光通信ネットワーク中のスイッチングノードのアーキテクチャを単純化する。本発明は、ノード容量とネットワークトラフィックに依存するスイッチングノードのコストを著しく低下させながら、ノード制御、ノード性能、スケーラビリティ（拡張性）および光学特性の柔軟性も高める。本発明のこれらおよびその他の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより、当業者に明白になるであろう。

図１は、本発明の実施の一形態による、発明者らが「可変帯域チューナブルフィルタ(flexible band tunable filter)」１００と呼ぶ素子の概略図である。基本設計では、可変帯域チューナブルフィルタに立上りおよび立下りエッジを持たせるため２段構成の広帯域チューナブルフィルタ１１０，１２０を利用している。各フィルタが動作スペクトル内にエッジをただ１つだけ（立下りエッジか立上りエッジのいずれか）を持つので、発明者らは、これらのチューナブルフィルタ１１０，１２０を。ここではチューナブル「エッジ」フィルタ(tunable "edge" filter)と呼ぶことにする。これらのエッジフィルタ１１０，１２０は、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタと類似の動作を行い、低い（または高い）波長スペクトル全体を通過させながら、一方で、高い（または低い）波長スペクトルを反射する。

エッジフィルタは、光信号のフィルタリングに関する広範な公知技術のいずれかを用いることによって、実現できる。最も一般的な光学フィルタとしては、例えば、従来のファブリ−ペロー干渉計、薄膜ファブリ−ペロー干渉計、バルク型回折格子、ファイバブラッグ回折格子、マッハ−ツェンダ干渉計、あるいはアレイ化導波路回折格子（arrayed waveguide grating；ＡＷＧ）のようなプレーナ型光導波路（ＰＬＣ）が利用されるが、これに限定されるものではない。ここにその内容が参照として組み込まれている、例えば、H. J. R. Dutton，“Understanding Optical Communications（光通信を理解する）”，pp. 149-56, 205-61, 1998年9月（非特許文献４）、および、J. M. H. Elmirghani, H. T. Mouftah，“Technologies and Architectures for Scalable Dynamic Dense WDM Networks（スケーラブルなダイナミック高密度ＷＤＭネットワークのための技術およびアーキテクチャ）”，IEEE Communications Magazine, pp. 58-66, 2000年2月（非特許文献２）を参照されたい。例えば、音響光学効果、光電効果、磁気光学効果などを用いる広範な公知の同調技術も利用することができる。

図１に示すように、低波長（低λ）チューナブルエッジフィルタ（ＴＥＦ）１１０と高波長（高λ）チューナブルエッジフィルタ（ＴＥＦ）１２０は、直列に接続される。２つのエッジフィルタ１１０，１２０は、そのそれぞれの通過帯域（パスバンド）の特定のエッジより上または下にあるチャネル範囲をドロップする働きをする。これらの２つのチューナブルエッジフィルタ１１０，１２０の通過帯域の共通部分が、可変帯域チューナブルフィルタ１００の通過帯域を形成する。

図１の可変帯域チューナブルフィルタの動作を、図１の各点のスペクトルを示す図２によってさらに示す。８チャネルの例を示している。各スペクトル表示２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６は、図１に抽象的に示す信号１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６にそれぞれ対応している。図２において、入力信号２０１は８つのチャネルを有し、可変帯域チューナブルフィルタは、チャネル６および７をドロップするように同調されると仮定しているが、これに限定されるものではない。低波長チューナブルエッジフィルタ１１０は、その立下りエッジがチャネル７とチャネル８の中間にあるような位置に同調され、その結果、図２の２０２に示すように、その通過帯域にはチャネル１から７までが含まれる。これは、図１の「Ａ」点１０２に対応する。このエッジフィルタの通過帯域を一点鎖線によって示す。図２の２０３に示すように、チャネル８は、「Ｂ」点（図１の１０３）で反射(reflected)され／はじかれる(rejected)。同時に、高波長チューナブルエッジフィルタ１２０は、その立上りエッジがチャネル５とチャネル６の中間にあるような位置に同調され、その結果、動作スペクトルのチャネル５より高いすべてのチャネルがドロップされる。これは、図２の２０４に示される。この場合、これらのチャネルにはチャネル６および７が含まれるが、それらがこの可変帯域チューナブルフィルタで最終的にドロップされるチャネルである。エッジフィルタ１２０の通過帯域は破線で示されている。図２の２０５において、残りのチャネルは反射され／はじかれるが、それらはこの場合「Ｃ」点（図１の１０５）におけるチャネル１から５である。

なお、図１および図２では、「ハイパス」エッジフィルタの前に「ローパスフィルタ」エッジフィルタを適用する場合を示しているが、この構成は本発明の目的のために必ずしも必要ではない。エッジフィルタは、任意の有効な順序で適用することができる。したがって、低波長チューナブルエッジフィルタの前に高波長チューナブルエッジフィルタを適用しても、その可変帯域チューナブルフィルタによってドロップされるのは、前述した例と同じチャネルである。

可変帯域チューナブルフィルタの通過帯域は、２つのチューナブルエッジフィルタの通過帯域の共通部分を表わしている。この様子を図３および図４に示す。可変帯域チューナブルフィルタの通過帯域を太い点線で表わしている。チューナブルエッジフィルタの通過帯域を破線および一点鎖線によってそれぞれ表わしている。図４に示すように、エッジフィルタは、本物のハイパスフィルタまたはローパスフィルタとして動作することができる。あるいは、本発明の他の態様の実施形態によれば、図３に示すように、エッジフィルタは非常に広い通過帯域を有するフィルタとして動作可能である。エッジフィルタ１１０、１２０は、実効的に、広い通過帯域を有して１つの立上りエッジまたは立下りエッジを動作スペクトルの外側に持つバンドパスフィルタとみなすことができる。例えば、エッジフィルタ１１０は、きわめて低い波長、例えば動作スペクトルの外側に立上りエッジを持ち、広い通過帯域を備えた「ローパスフィルタ」エッジフィルタであることが図から理解することができる。同様に、エッジフィルタ１２０は、その立上りエッジが動作スペクトル内にありその立下がりエッジが高波長領域にある、広い通過帯域を備えた「ハイパス」エッジフィルタとみなすことができる。

可変帯域チューナブルフィルタを用いて、任意の１チャネルまたは複数の隣接チャネル（波長帯域）を取り出すことができ、または全スペクトルを反射させて透過(transmit)ポートには光信号が現れないようにすることもできる。広範囲にわたるフィルタリング能力を図５に示す。５０１に示すように、任意の１チャネルを取り出すことができる。５０２および５０３に示すように、任意の複数の隣接チャネル（波長帯域）も取り出すことができる。あるいは、５０４に示すように、全スペクトルを反射させて透過ポートには光信号が現れないようにすることもできる。可変帯域チューナブルフィルタは２つの自由度で有効に同調可能である。すなわち、フィルタ通過帯域の中心波長および通過帯域の幅をダイナミックに外部からの電子的制御により調整できる。これら２つの自由度は、フィルタ通過帯域の立上りエッジおよび立下りエッジの波長として表現することもできる。通過帯域幅およびスペクトルの調整の両面で柔軟であるので、発明者らは、このフィルタを「可変帯域チューナブルフィルタ」と呼ぶ。

ドロップされなかったチャネルを別途に出力することも有用である。これは。本発明の他の態様の実施形態により容易に実現できる。再び図１を参照し、「Ｂ」点１０３と「Ｃ」点１０５で反射された帯域は、ある形態のコンバイナによって結合(combine)できる。発明者らは、例えば１×２カプラ１３０またはビームコンバイナのように、信号を結合することができる任意の形式の装置を呼ぶのに用語「コンバイナ(combiner)」を使用している。ドロップされたチャネルを除く全チャネルを含む信号は、最終段の反射(reflection)ポート１０６に送られるであろう。図２に示したスペクトルを参照すれと、反射ポート信号は、２０６に示すように、ドロップされたチャネル６および７以外のすべてのチャネルを含むであろう。

本発明のこの態様の他の実施形態によれば、第１および第２のエッジフィルタからの２つの反射帯域を結合するために、第３のエッジフィルタを使用することが有効であろう。これを図６に示す。同様に、可変帯域チューナブルフィルタ６００は、２つのチューナブルエッジフィルタ６１０，６２０を備えている。反射点において１×２カプラを使用する代わりに、図６に示すように、２つ反射帯域を結合するためにもう１つのチューナブルエッジフィルタ６４０を使用している。反射ポートにおけるエッジフィルタ６４０は、入力ポートにおけるエッジフィルタ６１０と同様に構成され（エッジフィルタ６１０が低波長エッジフィルタである場合、エッジフィルタ６４０は同様に低波長エッジフィルタになる）、同時に同じ波長位置に同調される。図７は、図６に示した信号６０１，６０２，６０３，６０４，６０５，６０６に対応するスペクトル表現７０１，７０２，７０３，７０４，７０５，７０６を示している。図６に示す手法では、追加のエッジフィルタが必要なので、図１に示した実施形態よりコスト高となるであろうが、光学特性は改善されるであろう。エッジフィルタの挿入損失は、通常、１×２カプラによる挿入損失よりも低いであろう。さらに重要なことは、出力反射ポートにエッジフィルタの追加により、出力反射ポートにおけるアイソレーションが著しく改善されるであろう。これは、反射されたチャネルの全てが、出力点に到達する前に、縦続接続された２段のフィルタを通過するからであり、これは、それらのチャネルが２回フィルタリングされることを意味するからである。アイソレーション特性が良いので、出力信号への不要チャネルによる残留信号の影響は確実になくなるであろう。

現時点で最も現実的な実施方法においては、フィルタ通過帯域の両エッジの傾きを変更できないということに、注意すべきであろう。したがって、フィルタを、例えばチャネル間隔２００ＧＨｚのネットワークで動作するように設計し製造する場合、そのフィルタをチャネル間隔１００ＧＨｚのネットワークで動作させることは、おそらく適切ではないだろう。また、フィルタエッジが「スキップ−１」プロファイルのようなプロファイルを有する場合、選択されたすべての通過帯域もまた「スキップ−１」特性を有するであろう。

上述のように、エッジフィルタは、光信号のフィルタリングに関する広範な公知の技術のいずれかを用いて、実現することができる。例えば図８および図９に、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉フィルタを利用する可変帯域チューナブルフィルタの設計の概略を示しているが、これに限定されるものではない。図８のエッジフィルタ８１０，８２０、および図９のエッジフィルタ９１０，９２０，９３０は、いずれも、慎重に選択された誘電性薄膜によってコートされたプリズムである。この薄膜には、ファブリ−ペロー干渉計空洞(interferometric cavity)の役割を果たす複数層が含まれている。ここにその内容が参照として組み込まれている、例えば、H. J. R. Dutton，“Understanding Optical Communications（光通信を理解する）”，pp. 149-56, 205-61, 1998年9月（非特許文献４）を参照されたい。この構造は、空洞が共振する特定の波長だけを伝送するが、その条件は、空洞パラメータを調節することにより得られる。共振状態では、空洞は、等間隔に配置された一連の波長を伝送するが、この波長間の間隔は、空洞の自由スペクトル範囲（free spectral range：ＦＳＲ）と呼ばれている。通過帯域の中心波長λとファブリ−ペロー干渉計のパラメータとの間の関係は、次式によって表わすことができる。

λ＝２×ｎ×Ｌ ｃｏｓ θ／ｍ
ここで、ｎは誘電材料の屈折率、Ｌは薄膜内部の誘電体ファブリ−ペロー空洞の長さ、θは薄膜表面に対する光の入射角、ｍは任意の正整数である。

中心波長λは、プリズムに実装された高精度ステッパモータを使用してプリズムを回転させ、それにより入射角θを変えることによって、調整することができる。（通過帯域波長を調整するために、例えば屈折率ｎまたは空洞長Ｌを変えるなどの他の技術（これらの技術に限定されるものではないが）を用いることができることに注意されたい。）
オプトプレックス社(Optoplex Corp.)製の機械的に同調可能な２００ＧＨｚファブリ−ペローフィルタを用いて、プロトタイプの装置を構築した。これらの広帯域チューナブルフィルタは、約３０ｎｍ（１５３０ｎｍから１５６０ｎｍまで）の同調範囲を有し、この同調範囲は、例えば１５３０．３３ｎｍから１５６２．２３ｎｍまでの動作波長範囲を有する２００ＧＨｚ ＤＷＤＭシステムに適している。各チューナブルフィルタは、ステッパーモータを駆動しコンピュータなどの制御装置に接続可能な電子的制御器を有している。オプトプレックス社製のチューナブルフィルタは、入力(Input)からドロップ(Drop)へのパスと比較して、入力(Input)からエクスプレス(Express)へのパスの方がわずかに良い光学特性を有しているので、チューナブルフィルタ上のドロップポートとエクスプレスポートの機能を交換するのに好都合である。これは、単に、ポートの指定に関する表記方法を変えることにすぎず、可変帯域チューナブルフィルタの設計原理には影響を与えない。このようにして、図１に示す概略図を参照すると、第１のチューナブルフィルタのエクスプレスポートは、Ａ点においてＦＣアダプタを介して、第２のチューナブルフィルタ（長波長）の入力ポートに接続される。両方のチューナブルフィルタのドロップポート（Ｂ点およびＣ点）は、ＦＣアダプタを介して、１×２カプラの２つの入力に接続される。第２のチューナブルフィルタのエクスプレスポートは、可変帯域チューナブルフィルタの透過(Transmit)／ドロップ(Drop)ポートとして動作し、カプラの共通ポートは、可変帯域チューナブルフィルタの反射(Reflect)／ドロップポートとして動作する。

図１０から図１９は、プロトタイプの装置の光学特性を示している。測定は、８１６４Ｂ低ＳＳＥ高速同調可能レーザを発光源として備えたアジレントテクノロジー社(Agilent Technologies)製８１９１０Ａフォトニック全パラメータアナライザと、高精度パワーセンサ（アジレント社製８１６３５Ａまたは８１６３４Ｂ）を使用して行った。測定波長領域は、１ステップ当たり５ｐｍのサンプリングサイズを使用し、１５２０ｎｍから１５７０ｎｍ（これは、ＩＴＵ−Ｔにより規定されたｃ−バンドスペクトルの全体をカバーする）に設定した。位相の測定のために、分解能帯域を５０ｐｍに設定したが、これは、任意点での位相測定値を加重平均により算出するために、それぞれの隣接１０サンプリング点を使用することを意味している。各位相測定は、平均値を得るために、３０回繰り返した。各損失測定では、大きなダイナミックレンジを得るために、掃引を２回行った。

図１０は、この装置内の種々の関心点（図１に示される点に対応）における挿入損失プロファイルを、約１５３２ｎｍから約１５４４ｎｍの通過帯域について示す。この帯域は、チャネル間隔２００ＧＨｚでの８波のＤＷＤＭチャネルをカバーしている。入力光は、短波長チューナブルエッジフィルタにより２つの部分に分割される。すなわち選択された波長（約１５４５．９ｎｍ）より長い波長のスペクトルは、１×２カプラ（Ｂ点）に送られる。その一方で、選択された波長より波長部分は、第２のチューナブルエッジフィルタの入力（Ａ点）に送られる。次に、第２のエッジフィルタ（長波長チューナブルエッジフィルタ）は、さらにこのスペクトルを２つの部分に分割する。すなわち選択された波長（約１５２９．２ｎｍ）より短い波長の部分は、１×２カプラの第２の入力（Ｃ点）に送られる、その一方で、その残りはドロップされる通過帯域（透過／ドロップ）となる。１×２カプラは、Ｂ点とＣ点におけるスペクトル部分を結合して、エクスプレス出力（反射／エクスプレス）を形成する。

図１１は、測定された挿入損失曲線のピーク部分の拡大図であり、これらから各点における挿入損失値を求めることができる。Ａ点での最大挿入損失は１．５５ｄＢである（この値は、オプトプレックス社製チューナブルフィルタの仕様に基づいた理論値１．８ｄＢより低い）。挿入損失値は、Ｂ点で２．５４ｄＢ（理論値は２．５４ｄＢ）、Ｃ点で４．５６ｄＢ（理論値は４．１ｄＢ）、透過／ドロップポートで３．２８ｄＢ（理論値は３．６ｄＢ）、反射／エクスプレスポートで８．４／６．０ｄＢ（理論値は７．４／５．６ｄＢ）である。これらの結果より、実際の挿入損失値は、多少の高低はあるが理論的な予測値と同様のものであることが示される。両方のチューナブルエッジフィルタのエクスプレスポートは、仕様上の値よりも小さい挿入損失を有するが、その一方で、ドロップポートはより大きな損失値を有する。これは、主として、ドロップポートのリップルのためと考えられ、フィルタエッジ（山および谷として示されている）の近傍で著しい。ドロップポートでの測定されたリップルは約０．７４ｄＢである（仕様上は０．８ｄＢ）。フィルタエッジ近傍の大きな損失リップルは、特に、これらエッジフィルタのように非常に広帯域で急峻な通過帯域エッジを持つフィルタにおいて、フィルタのコーティング層の設計に伴う固有の問題である。

測定において、すべてのファイバ接続にＦＣ／ＰＣコネクタを使用したこと、したがってＦＣ／ＰＣコネクタとその間のＦＣアダプタの両方により、各接続につき０．４ｄＢまでの損失がさらに付加されることに注意されるべきであろう。この０．４ｄＢの付加的な損失は、すべてのファイバをスプライシングにより接続する等の公知の技術により、容易に回避することができる。

図１２は、透過／ドロップポートにおけるアイソレーションの結果を示している。アイソレーション性能は良くないが（２２ｄＢ未満）、これは、このようなチューナブルフィルタによって現在達成可能なアイソレーションレベルが通常２０ｄＢから３０ｄＢにすぎないことから予測されたことである。反射／エクスプレスポートについては、測定されたアイソレーション性能は、仕様値の３０ｄＢより良い。透過／ドロップポートのピーク位置（アイソレーションが最悪となる）は、反射／エクスプレスポートの谷と正確に一致する（ともに１５２５ｎｍ）が、その理由は、この現象もフィルタのコーティング層の設計に関係するからである。不十分なアイソレーションによって、透過／ドロップ出力上に不要信号（例えば、この場合１５２５ｎｍの信号）の過度の残留成分がもたらされることがあり、その残留成分は、次に、次段において、通過帯域に多重化される同一波長の他の信号に対するクロストークになるおそれがある。上述したように、所定の帯域チューナブルフィルタのアイソレーション性能を改善する方法の１つは、反射／エクスプレス出力において、１×２カプラを他のチューナブルエッジフィルタに置き換えることである。

図１３は、透過／ドロップポート及び反射／エクスプレスポートでの測定された反射減衰量（リターンロス）プロファイルを示している。（透過／ドロップポートに対する通過帯域領域および反射／エクスプレスポートに対する反射領域のような）それぞれの有効スペクトル領域での反射減衰量は、４５．５ｄＢ未満である。この値は、仕様値の５０ｄＢよりわずかに低いが、この値は、ＡＰＣコネクタを使用すれば改善できた可能性がある。

図１４は、すべての測定点における偏光依存性損失（polarization dependent loss；ＰＤＬ）プロファイルを示す。ＰＤＬ測定値はすべて、各ポートのそれぞれの有効領域において０．４ｄＢ未満であり、これらは、理論的な期待値である０．６ｄＢから０．６５ｄＢよりも小さい。

図１５（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、透過／ドロップポートおよび反射／エクスプレスポートにおける群遅延差（differential group delay；ＤＧＤ）プロファイルである。偏光モード分散（polarization mode dispersion；ＰＭＤ）の最大値は、ＤＧＤのスペクトル平均と定義される。ＰＭＤの計算値は、透過／ドロップポートの通過帯域に対し０．７０ｐｓである。反射／エクスプレスポートに関しては、ＰＭＤの計算値は、短波長スペクトル部分に対して０．６１ｐｓ、長波長スペクトル部分に対して０．３６ｐｓである。これらの値の大半は、期待される値である０．４ｐｓよりも大きい。このＰＭＤ値の増加の原因には、物理装置の性能に起因するもの以外に、測定環境におけるわずかな振動が含まれている可能性がある。

図１６（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、透過／ドロップポートおよび反射／エクスプレスポートにおける色分散（chromatic dispersion；ＣＤ）プロファイルである。測定されたＣＤ値は、±３ｐｓ／ｎｍ未満である。この結果は、現在のＤＷＤＭネットワークへの応用のほとんどに対して、十分満足できるものである。

図１７、図１８および図１９は、可変帯域チューナブルフィルタを他の位置に同調させた場合の、各測定点における挿入損失スペクトルを示す。これらのフィルタ設定には、異なるフィルタ通過帯域幅および異なる通過帯域中心波長の設定が含まれる。これらの同調位置における光学性能は、上述の最初の位置において得られた光学性能に類似している。

図２０は、可変帯域チューナブルフィルタの他の実施形態の概略図である。図２０に示すように、入力光２００１における各波長は回折格子２０３０を用いて分離される。スペクトル的に分散された光線はミラー２０５０上に導かれる。図２０に示すように、ある形態の集束レンズ２０６０を使用することが好ましい。図２０において任意に「左」および「右」と指定されている１対の機械シャッター２０１０、２０２０が、ミラー２０５０に到達するスペクトル部分を制御する動作を行う。これらのシャッターは、例えば精密モータにより機械的に動かすことができる。ミラー２０５０に到達した光の一部は、入射光路に沿って反射され、サーキュレータ２０４０を経てドロップポート２００２に導かれる。光の残りの部分は機械シャッター２０１０、２０２０によって阻止され、はじかれる（あるいは、付加的な機構を介して集めることができる）。選択されたドロップチャネルは、サーキュレータに向かって正確に反対方向に進むので、偏光効果は有効に最小化される。

可変帯域チューナブルフィルタの種々の実施形態を光ネットワーク装置内で使用して、ネットワークのアーキテクチャを単純化することができる。これによって、ネットワーク制御の柔軟性を向上させながらネットワークのスループットおよび性能も向上させることができる。これによって、迅速なプロビジョニング(provisioning)およびプロテクションを容易にすることができるとともに、ネットワーク制御およびネットワークマイグレーションを容易にすることもできる。

当業者はここに図示または説明しない種々の配置および変形を考案することができるであろうが、それらは本発明の原理を具体化するものであり本発明の精神および範囲に包含されることが認識されよう。例えば、本発明を特に光波長分割多重および光ネットワークへの応用に関連して説明したが、それに限定されるものではない。本発明の原理は、他の多重化形式および他の応用形態に容易に拡張することができる。

図１は、本発明の一実施形態による可変帯域チューナブルフィルタの素子の概略図である。 図２は、図１に示す種々の点におけるスペクトルの例を示す図であり、可変帯域チューナブルフィルタの動作を示している。 図３は、エッジフィルタとして広帯域のバンドパスフィルタを使用した可変帯域チューナブルフィルタの動作スペクトルを示している。 図４は、エッジフィルタとしてローパスフィルタおよびハイパスフィルタを使用した可変帯域チューナブルフィルタの動作スペクトルを示している。 図５は、可変帯域チューナブルフィルタの種々のフィルタリング可能性を示している。 図６は、本発明の他の実施形態による可変帯域チューナブルフィルタの素子の概略図である。 図７は、図６に示す種々の点におけるスペクトルの例を示す図であり、この形式の可変同調チューナブルフィルタの動作を示している。 図８は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用する可変帯域チューナブルフィルタの実施形態の概略図である。 図９は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用する可変帯域チューナブルフィルタの実施形態の概略図である。 図１０は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１１は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１２は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１３は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１４は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１５は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１６は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１７は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１８は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図１９は、機械的に同調可能なファブリ−ペロー干渉計フィルタを使用するプロトタイプ装置の光学性能を示す図である。 図２０は、本発明の他の実施形態による、可変帯域チューナブルフィルタの素子の概略図である。

符号の説明

１１０，１２０，６１０，６２０，６４０ チューナブルエッジフィルタ
１３０ １×２結合器（カプラ）
８１０，８２０，９１０，９２０，９３０ エッジフィルタ

Claims (13)

1. 光通信ネットワーク用の装置であって、
   入力信号を受け取り、前記入力信号中の第１のチャネル範囲をドロップするようにした第１のチューナブルエッジフィルタと、
   前記第１のチューナブルエッジフィルタからのドロップされた信号を受け取り、前記第１のチューナブルエッジフィルタからの前記ドロップされた信号中から、第２のチャネル範囲をドロップするようにした第２のチューナブルエッジフィルタと、
   を有し、
   前記第１のチャネル範囲と前記第２のチャネル範囲との間の共通部分が、前記装置の同調可能な通過帯域を規定し、
   さらに、前記第１のチューナブルエッジフィルタから、前記第１のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第１のはじかれた信号を受け取り、前記第２のチューナブルエッジフィルタから、前記第２のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第２のはじかれた信号を受け取り、前記装置の前記同調可能な通過帯域内に存在しないチャネルを有する出力信号を生成するようにした第３のチューナブルエッジフィルタを有する、装置。
2. 前記第１及び第２のチューナブルエッジフィルタは、前記装置の動作スペクトルの外側に位置する立上りエッジまたは立下りエッジを有する通過帯域の広いバンドパスフィルタである、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１及び第２のチューナブルエッジフィルタは、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタである、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１および第２のチューナブルエッジフィルタは、ファブリ−ペロー干渉計、バルク型回折格子、ファイバブラッグ回折格子、プレーナ型光波回路、アレイ化導波路回折格子、干渉薄膜、およびマッハ−ツェンダ干渉計を含む群の中から選択された素子をさらに有する、請求項１に記載の装置。
5. 前記信号は波長分割多重信号である請求項１に記載の装置。
6. 光通信信号をフィルタリングする方法であって、
   入力信号を受け取ることと、
   第１のチューナブルエッジフィルタを用いて前記入力信号中の第１のチャネル範囲をドロップすることと、
   第２のチューナブルエッジフィルタを用いて、前記第１のチューナブルエッジフィルタからの前記第１のチャネル範囲がドロップされた信号から、第２のチャネル範囲をドロップすることと、
   を有し、前記第１のチャネル範囲と前記第２のチャネル範囲の間の共通部分が同調可能な通過帯域を定めるようにし、
   さらに、前記第１のチューナブルエッジフィルタからの該第１のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第１のはじかれた信号と、前記第２のチューナブルエッジフィルタからの該第２のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第２のはじかれた信号とを合波するステップをさらに有し、それにより、前記同調可能な通過帯域内には存在しないチャネルを含む第３のはじかれた信号を生成するようにした、方法。
7. 前記信号は波長分割多重信号である請求項６に記載の方法。
8. 光通信ネットワーク用の装置であって、
   入力信号を受け取り、前記入力信号中の第１のチャネル範囲をドロップするようにした第１のチューナブルエッジフィルタと、
   前記第１のチューナブルエッジフィルタからのドロップされた信号を受け取り、前記第１のチューナブルエッジフィルタからの前記ドロップされた信号中から、第２のチャネル範囲をドロップするようにした第２のチューナブルエッジフィルタと、
   を有し、
   前記第１のチャネル範囲と前記第２のチャネル範囲との間の共通部分が、前記装置の同調可能な通過帯域を規定し、
   さらに、前記第１のチューナブルエッジフィルタから、前記第１のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第１のはじかれた信号を受け取り、前記第２のチューナブルエッジフィルタから、前記第２のチューナブルエッジフィルタではドロップされなかった信号である第２のはじかれた信号を受け取り、前記第１および第２のはじかれた信号を合波して、前記装置の同調可能な通過帯域内には存在しないチャネルを有する出力信号を生成するようにしたコンバイナを有する、装置。
9. 前記コンバイナはカプラである請求項８に記載の装置。
10. 前記第１及び第２のチューナブルエッジフィルタは、前記装置の動作スペクトルの外側に位置する立上りエッジまたは立下りエッジを有する通過帯域の広いバンドパスフィルタである、請求項８に記載の装置。
11. 前記第１及び第２のチューナブルエッジフィルタは、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタである、請求項８に記載の装置。
12. 前記第１および第２のチューナブルエッジフィルタは、ファブリ−ペロー干渉計、バルク型回折格子、ファイバブラッグ回折格子、プレーナ型光波回路、アレイ化導波路回折格子、干渉薄膜、およびマッハ−ツェンダ干渉計を含む群の中から選択された素子をさらに有する、請求項８に記載の装置。
13. 前記信号は波長分割多重信号である請求項８に記載の装置。
    

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