JP4689791B2 - 光ファイバ通信システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに関し、特に可調マルチ分散補償フィルタを用いた波長分割多重化光通信システム(WDMと高密度WDMシステム)に関する。
【0002】
【従来の技術】
光通信システムは、伝送媒体として高純度シリカ製の光ファイバに依存している。従来の地上システムは、長波長成分が短波長よりも若干長い伝搬時間遅延を有する(正の色分散)波長範囲で光学信号を伝送するよう企図されていた。この分散が光学信号の情報コンテントを悪化させないように初期のシステムは、分散が低い、あるいはゼロの波長でのシングルチャネルを用いていた。
【0003】
幅広い光学波長(WDMシステム)にわたって、多くのチャネルを利用することが望ましくなるにつれて色分散は、より正確な補償を必要とするようになっている。WDMシステムは、大量の情報を送信するために、そして追加(add)/ドロップ(drop)接続と相互接続のようなネットワーク機能を組み込むために重要となっている。しかしWDMチャンネルのビットレートが増加するにつれて色分散補償がより重要となっている。
【0004】
WDMシステムにおける従来の分散補償スキームは、分散補償ファイバと分散補償グレーティングを用いている。地上システムで使用される伝送用の光ファイバは、WDMシステムに対し正の色分散を示し、分散ファイバにより全体を補償することはできなっかた。このようなファイバに一部を用いて伝送用光ファイバスパンの累積した分散を補償することはできるが、最適の補償は選択されたチャネル(通常伝送帯域の中央部にある)でのみ達成できる。分散傾斜に起因して伝送帯域の端部にあるチャネルには、波長依存性の分散が依然として残る。
【0005】
端部のチャネルでの累積した分散を補償するには、分散補償グレーティング(dispersion compensating grating;DCG)が必要である。このDCGは、反射モードで用いられるチャープファイバブラググレーティングであり、長波長が短波長よりも先に反射されるよう方向付けられている。このようにして累積した正の色分散に起因して広がった光学パルスを時間で再度圧縮することができる。DCGを用いたこのような構成は、米国特許第4,953,939号と米国特許第5,701,188号に開示されている。DCGを用いる主な利点の1つは、分散量と分散傾斜がグレーティングチャープパラメータを設定することにより容易に調整できることである。別の利点は、非線形性が小さい(逆に言えば線形性が高い)ことである。
【0006】
しかし、分散補償ファイバとDCGを用いた従来の補償スキームは、様々な欠点がある。この分散補償ファイバは大きな損失を導入し、非線形な入力信号パワーに応答してしまう。DCGは、極性モード分散を導入し、そしてそれらが長いために最小化しなければならないグループ遅延リップルを導入してしまう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、広いバンド幅にわたって低損失かつ低極性依存性の補償を行うことができる新たなWDM通信システムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、本発明のWDM光通信システムは、新たな可調マルチチャネル分散補償ファイバを有し、このファイバは、低損失で極性依存性が低くかつ広い波長範囲にわたって数多くのチャネルを補償できる機能を有する。本発明のフィルタは、一側にほぼ100%の反射器と他側に可変の部分反射器とを具備する光学キャビティを含む。この本発明のデバイスは、可調で全てのオールパスフィルタとして機能できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1において本発明のWDM光ファイバ通信システム10は、多重波長光送信機11と伝送用光ファイバ12と、この伝送用光ファイバ12の分散補償をするための可調マルチチャネル分散補償フィルタ13とを有する。更にまたWDM光ファイバ通信システム10は、受信機14を有する。システムの長さによっては、光学増幅器15を多重波長光送信機11と受信機14の間に配置することもできる。長距離伝送システムは、伝送用光ファイバの複数のセグメントを有し、それぞれのセグメントが可調マルチチャネル分散補償フィルタ13を含む増幅器と分散補償器により接続される。長距離システムはまた伝送用光ファイバの間に1つあるいは複数の追加/ドロップモ−ド(図示せず)を有する。
【0010】
反射デバイスである可調マルチチャネル分散補償フィルタ13が伝送用光ファイバに二重ファイバ光学フェルールパッケージ16により結合される。この16は米国特許出願第08/688,178号に開示されている。
【0011】
次に動作について説明すると波長λ1,λ2,...,λnの複数の波長信号チャネルが多重波長光送信機11により伝送用光ファイバに向けて放射される。信号がファイバを伝搬するにつれてチャネルには損失と分散が発生する。この信号は光学増幅器15により増幅され、可調マルチチャネル分散補償フィルタ13により分散が補償される。
【0012】
図2は、可調マルチチャネル分散補償フィルタ13の一実施例を示す。この可調マルチチャネル分散補償フィルタ13は機械反射防止スイッチ変調器(mechanical anti-reflection switch modulator;MARS 変調器)を修正したもので米国特許第5,500,761号に開示されている。可調マルチチャネル分散補償フィルタ13は前掲の特許のデバイスに比較すると一平行側面28,平行側面29の間に規定された低損失の光学材料性の光学キャビティ27を含んでいる点が異なる。平行側面29は固定ミラー(ほぼ100%の反射器で反射率は95%以上)である。
【0013】
本発明のデバイスは、可変部分反射器19と固定ミラー29とそれらの間の光学パスに配置された光学キャビティ27を有する。可変部分反射器19はほぼ平面上の表面を有する基板20と前記表面に平行に離間した可変の薄膜21を有し、これにより薄膜21と基板20との間にギャップ22を規定する。基板20は結晶性の結晶シリコンであり、薄膜21は多結晶シリコンである。薄膜21と基板20は、絶縁材料性の周囲サポート層23により離間されている。電極24,25が制御電圧ソース26の端子にそれぞれ薄膜21と基板20を接続している。
【0014】
平行な側28,平行側面29が厚さLの光学キャビティを規定する。光学厚さはフィルタの周期性すなわち自由スペクトラルレンジ(free spectral range;FSR)を決定する。長さ即ち厚さLは、FSRがシステムの光学チャネル間のスペースの整数倍となるように選択される。このようにして多くのチャネルが同時に補償される。厚さLは熱チューニングにより同調される。キャビティの光学パス長さをλ/2(translate)だけ変化させると完全なFSRによるフィルタ周波数応答になる。
【0015】
薄膜21と一平行側面28の間のスペースは、印加電圧により制御できる。薄膜21と基板20との間の距離がλ/4の奇数倍のときには、反射は最大となる。この距離がλ/4の偶数倍のときには最小となる。必要によってはキャビティ長さを温度チューニングにより同調して波長ロックを維持することもできる。
【0016】
図3は可調マルチチャネル分散補償フィルタ13の他の実施例を示し、可変部分反射器19と平行側面である固定ミラー29がそれぞれ2つの別々の基板30,31の上に配置され、そして光学キャビティ27は、可変部分反射器19と平行側面29との間にギャップを含む。基板30は透明で、好ましくは反射防止コーティングが施されている。
【0017】
図4は2つの異なる膜の偏向用を示す図2のデバイスを通過する信号のグループ遅延を示す。同図から判るように信号のグループ遅延は、波長依存性がある。部分反射が増加するにつれてピーク遅延も増加する。
【0018】
可調マルチチャネル分散補償フィルタ13により生成された分散は、波長に対するフィルタ遅延の微分によって測定できる。多くのアプリケーションによっては、一定の分散が必要である。ほぼ一定の分散の増加したパスバンド幅を有する合成フィルタは、複数の可調マルチチャネル分散補償フィルタ13を連結することにより構成できる。必要によってはフィルタは、波長シフトを制御することによりオフセットすることもできる。同調のフィードバック制御を用いて活性状態で安定化させることもできる。
【0019】
図5は2つのフィルタ13A,13Bを連結することにより構成した合成フィルタ40を示す。フィルタ13A,13Bの各々は、図2に示す構造を有する。
【0020】
図6は一周期(FSR)に対する図5の2段フィルタに対する遅延を示す。比較のために点線は、理想的な線形遅延特性を示す。この遅延は、単位Tでもって与えられ、これは信号がキャビティ内を往復するのに必要な時間として定義されている。100GHzのFSRを有するフィルタに対しては、往復遅延はT=10psである。キャビティの反射率と光学パス長さを偏向することにより遅延応答は、一定の分散の範囲を創り出すために偏向することができる。
【0021】
実際のフィルタにおいては幾分かの損失が存在する。図7は図6の2段フィルタに対するキャビティの往復あたり0.65dB損失の一般的な損失の影響を示す。この損失はパスバンド全体に対し、ほぼ線形に変化する。波長に対するより小さなフィルタ損失変動は、小さなキャビティ損失から発生する。
【0022】
分散補償フィルタに対し考慮すべき重要な点は、必要な分散応答がパスバンド全部にわたって達成できる程度である。この達成度は、所望の線形応答からグループ遅延の変動を計算するグループ遅延リップルと称する数字で測定できる。図8は図6のフィルタに対するグループ遅延リップルを示す。図8から判るようにピーク間のリップルは、パスバンド全体にわたって0.05×Tだけである。
【0023】
パスバンド幅と分散とリップルは、FSRで換算できる。設計例として幾つかのFSRに対する標準的な単位でのこれらのパラメータの値を次に示す。
(表1)
上記の表1は、異なるキャビティ厚さ(異なるFSR)に対するデザインパラメータでそれぞれの場合FSRの40%に等しいパスバンド幅を仮定している。
【0024】
100GHzのFSRに対してはパスバンド幅は、この例では40GHzである。60ps/nmの最大分散は、0.5ps以下のリップルで達成できる。このリップルは、チャープドブラッググレーティングフィルタ(chirped Bragg grating filter)に比較すると非常に小さく、リップルは10psである。フィルタ分散の符号は、2段のキャビティ長さを変化することにより、たとえば温度チューニングにより容易に反転させることができる。かくして完全なチューニング範囲は、ピーク分散の2倍である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による可調マルチチャネル分散補償フィルタを採用したWDM光ファイバ通信システムを表す図。
【図2】図1のシステムで使用される分散補償フィルタの一実施例を表す図。
【図3】分散補償フィルタの他の実施例を表す図。
【図4】システムとフィルタの動作を理解するためのグラフ。
【図5】2段フィルタの他の実施例を表す図。
【図6】図5の装置を理解するためのグラフ。
【図7】図5の装置を理解するためのグラフ。
【図8】図5の装置を理解するためのグラフ。
【符号の説明】
10 WDM光ファイバ通信システム
11 多重波長光送信機
12 伝送用光ファイバ
13 可調マルチチャネル分散補償フィルタ
13A,13B フィルタ
14 受信機
15 光学増幅器
19 可変部分反射器
20 基板
21 薄膜
22 ギャップ
23 サポート層
24,25 電極
26 制御電圧ソース
27 光学キャビティ
28 一平行側面
29 平行側面(固定ミラー)
30,31 基板
32 反射防止コーティング
40 フィルタ
Claims (5)
- 波長分割多重化光学送信機、
前記光学送信機からの信号を伝送する所定長の光ファイバ及び、
不要な色分散を生成する前記ファイバと、
前記信号内の色分散を低減するための補償器と、
前記信号用の光学受信機と
からなる光ファイバ通信システムにおいて、
前記分散補償器は、反射率可変のミラー、高反射率固定ミラー及び前記ミラー間の光学パス内の光学キャビティとからなるオールパスフィルタからなり、
前記反射率可変のミラーは、静電気的に移動可能な膜と、前記膜に隣接した基板、及び前記膜と前記膜を移動させるための基板間に静電界を印加するための制御可能な電圧源を含むことを特徴とする光ファイバ通信システム。 - 波長分割多重化光学送信機、
前記光学送信機からの信号を伝送する所定長の光ファイバ及び、
不要な色分散を生成する前記ファイバと、
前記信号内の色分散を低減するための補償器と、
前記信号用の光学受信機と
からなる光ファイバ通信システムにおいて、
前記分散補償器は、反射率可変のミラー、高反射率固定ミラー及び前記ミラー間の光学パス内の光学キャビティとからなるオールパスフィルタからなり、
前記送信機は、複数の離間した波長信号チャネルを送信し、
前記オールパスフィルタの光学キャビティは、フィルタの自由スペクトラルレンジ(FSR)が少なくとも2つの信号チャネルの間の波長スペースに等しいような寸法である
ことを特徴とする光ファイバ通信システム。 - 前記光学キャビティは、基板からなり、該基板は、第1表面とこの第1表面に平行な第2表面を有し、該第2表面が固定ミラーをサポートしていることを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 前記反射率可変ミラーと前記固定ミラーは、離間した2つの別々の基板の上にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項2記載のシステム。
- 前記光学キャビティは、離間した基板間のスペースを含むことを特徴とする請求項4記載のシステム。
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