JP4640376B2 - 光等化器 - Google Patents
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Description
また、光ファイバに代表される光伝送路では、光を伝送媒体の一部に閉じ込めた状態で伝送を行うため、光の伝送媒体内での閉じ込めの状態の違いによっても信号の伝搬速度が異なる。閉じ込めの状態は波長によって異なるため、波長毎の伝搬速度差の原因となる。上記の要因で起こる光の波長による伝搬速度差を分散と呼ぶ。分散は遅延時間を波長の関数としてして示したときの微分として与えられ、ps/nmなる単位を有する。
他の分散補償技術としてチャープドグレーティングと呼ばれる技術が知られており、例えば、特願56−1372号、特開昭59−126336号に詳細が開示されている。図8はチャープドグレーティングの概念を説明する図である。
図8において、17は光信号入力端子、18は光サーキュレータ、19は光信号出力端子、3は光導波路入出力端子、4は光導波路出力端子、1は光導波路、2は回折格子である。光サーキュレータは光信号入力端子より入力された光信号を光導波路入出力端子3に出力し、光導波路入出力端子3より入射された光信号は光信号出力端子19に出力するという動作を行うデバイスである。回折格子2は屈折率をブラッグ波長周期で変化させたものでありグレーティングと呼ぶ。光信号入力端子17より入力された光信号は光サーキュレータ18を経て、光導波路入出力端子3より光導波路1に入力される。光導波路1に書き込まれた回折格子2によって反射された光信号は光導波路入出力端子3から光サーキュレータ18を経て光信号出力端子19から出力される。
λB = 2 Neff Λ (1)
また,10Gb/s以上の超高速光信号では分散補償の精度を高めることが必要であり,特に40Gb/s以上の光信号においては伝送路のわずかな状態変化に応じたアクティブな分散補償量の制御が必要となるという議論もある。しかし,従来の光等価器ではアクティブな分散補償量の制御は不可能であるという問題があった。
図1はこの発明による光等化器の構成ブロック図である。図1において、17は光信号入力端子、18は光サーキュレータ、19は光信号出力端子、3は光導波路入出力端子、4は光導波路出力端子、1は光導波路、2は回折格子、5a、5bは温度印加手段である。光導波路1は光ファイバ、石英系導波路、半導体導波路などを用いることができる。温度印加手段5a、5bとしてはヒータ、ペルチェ素子などを用いることができる。
例えば、温度印加手段5aが発生する熱量よりも温度印加手段5bが発生する熱量が多ければ、図1(b)の実線に示されるような温度勾配が形成され、その結果、波長によって光導波路入出力端子3からの反射点までの距離が異なる。図1(c)の実線は波長と遅延時間の関数を表している。分散は遅延時間の波長微分であるから図1(d)実線のような分散が発生する。
尚、温度勾配と等価屈折率勾配の符号関係は、光導波路を形成する媒体の温度係数によっては上述の例と逆になる場合もある。また、温度勾配の制御によって分散のみならず、分散値の波長微分に相当する分散スロープをも制御することが可能である。
図2はこの発明による他の実施の形態の構成図を示している。図1との相違は電極6a、6b、6c、6d、6e、6fおよび電圧源7a、7b、7c、7d、7eを設けたことにある。光導波路1の屈折率は印加される電界によって変化するため図1と同様に回折格子2の等価屈折率に長手方向の分布が生じ、分散が発生する。電圧源7a、7b、7c、7d、7eが7a<7b<7c<7d<7eなる電圧にすることによって図1と同様な分散が生じ、この電圧の分布を変化させることによって所望の分散を得ることができる。
図2では5つの電極と5つの電圧源を用いているが、回折格子に等価屈折率分布を生じる目的を満足すれば、電極および電圧源の数は任意である。また、電圧計あるいは電界センサを用いて印加する電圧あるいは電界をモニタし、制御することは安定な光等化器実現のために有効である。
なお、図2では、図1における導波路入出力端子3に接続されるべき光サーキュレータ18を省いている。
図3はこの発明の他の実施例を示す構成図である。図3において、3は光導波路入出力端子、4は光導波路出力端子、1は光導波路、2は回折格子、8a、8b、8c、8d、8eはピエゾ素子、7a、7b、7c、7d、7eは電圧源、9は固定台である。ピエゾ素子8a、8b、8c、8d、8eは応力印加手段として動作する。
なお、図3では、図1における導波路入出力端子3に接続されるべき光サーキュレータ18を省いている。
図4はこの発明の他の実施例を示す構成図である。3は光導波路入出力端子、4は光導波路出力端子、1は光導波路、2は回折格子、5a、5bは温度印加手段、10a、10bは温度検出手段、11a、11bは温度制御回路である。温度制御回路11a、11bは温度検出回路12a、12b,基準電圧発生回路15a、15b,比較器13a,13b,より構成される。温度検出手段10a、10bとしてはサーミスタや半導体デバイスなどを用いる。
温度検出手段10aによって計測された温度は温度検出回路12aによって電圧に変換され、基準電圧発生回路15aによって発生される電圧と比較器13aで比較される。比較器13aが発生する誤差信号によって温度制御手段11aが温度印加手段5aを制御するので、温度検出回路12aが発生する電圧は基準電圧発生回路15aから出力する電圧と等しくなるように動作する。
同様に、温度検出手段10bによって計測された温度は温度検出回路12bによって電圧に変換され、基準電圧発生回路15bによって発生される電圧と比較器13bで比較される。比較器13bが発生する誤差信号によって温度制御手段11bが温度印加手段5aを制御するため、温度検出回路12bが発生する電圧は基準電圧発生回路15bから出力する電圧と等しくなるように動作する。
図1との相違は温度検出手段10a、10bを設けたことによってより高精度かつ安定に温度勾配を印加すること可能となったことである。言うまでもなく3つ以上の温度検出手段を設けることはさらなる高精度化、安定化に有効となる。
なお、図4では、図1における導波路入出力端子3に接続されるべき光サーキュレータ18を省いている。
図5はこの発明の他の実施例を示す構成図である。3は光導波路入出力端子、4は光導波路出力端子、1は光導波路、2は回折格子、5a、5bは温度印加手段、10は温度検出手段、11は温度制御回路である。温度制御回路11は温度検出回路12、第1の基準電圧発生回路15a、比較器13、第2の基準電圧発生回路15b、加算器14より構成される。
温度検出手段10によって計測された温度は温度検出回路12によって電圧に変換され、第1の基準電圧発生回路15aによって発生される電圧と比較器13で比較される。比較器13が発生する誤差信号によって温度制御手段11が温度印加手段5aを制御する。
印加される温度勾配を変化させた場合にも回折格子2の中央部の温度が一定値となるように制御されるため、回折格子2のブラッグ反射波長の中心波長は一定となる。
なお、図5では、図1における導波路入出力端子3に接続されるべき光サーキュレータ18を省いている。
図6はこの発明の他の実施例を示す構成図である。図1との相違は熱伝導体16を追加したことにある。熱伝導体16は非等間隔な櫛形をしており、回折格子2に熱勾配を与えることができる。動作については図1と同様である。
図7はこの発明の他の実施の形態を示す構成図である。図7において、17は光信号入力端子、19は光信号出力端子、23は光合分波器、1a、1bは光導波路、2a、2bは回折格子、5a、5bは温度印加手段である。光合分波器、光導波路を集積化することは光等化器の小型化および高精度化に有効である。
光合分波器23としては通常、3dB光カプラを用いる。この実施例では光サーキューレータを用いることなく、図1と同様な効果を得ることができる。
光信号入力端子17から入力され、光合分波器23において二つの隣り合う導波路にパワーが各々1/2、位相差π/2の状態で分波された光は、各々温度勾配を印加された回折格子2a、2bを含む光導波路1a、1bにおいて分散を受けた後、光合分波器23に反射されて戻ってくる。光合分波器23に入力された各導波路の光信号は、光合分波器23を通過するときにさらにπ/2だけの位相差を得るため、光合分波器23を1往復したことにより各導波路での光の位相差はπとなる.その結果、光合分波器23に戻ってきた光は光信号入力端子17と光信号出力端子19に出力される。
2、2a、2b 回折格子
3 光導波路入出力端子
4 光導波路出力端子
5、5a、5b 温度印加手段
6、6a、6b、6c、6d、6e、6f 電極
7、7a、7b、7c、7d、7e 電圧源
8、8a、8b、8c、8d、8e ピエゾ素子
9 固定台
10、10a、10b 温度検出手段
11、11a、11b 温度制御回路
12 温度検出回路
13 比較器
14 加算器
15、15a、15b 基準電圧発生回路
16 熱伝導体
17 光信号入力端子
18 光サーキュレータ
19 光信号出力端子
20 偏波分離器
23 光合分波器
Claims (4)
- 光信号を入出力する入出力端子と、
上記入出力端子からの入力光信号にブラッグ反射を引き起こす回折格子を有する光導波路と、
上記光導波路の入力光信号の伝搬方向に負の温度勾配を印加する温度勾配印加手段と、
上記温度勾配印加手段の熱を伝導する櫛形熱伝導体と、
を備えたことを特徴とする光等化器。 - 上記櫛形熱伝導体は、非等間隔な櫛形をしていることを特徴とする請求項1に記載の光等化器。
- 上記回折格子は、グレーティングピッチが線形に変化したチャープドグレーティングを含むことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光等化器。
- 上記回折格子は、アポタイズグレーティングを含むことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の光等化器。
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