JPH04307822A - 波長多重光通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば大容量のコヒー
レント光通信における送信源および受信源として用いる
ために、複数の光周波数でのレーザ光を発生し、また選
択することによって、構成された波長多重光通信装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の波長多重光通信装置の構
成を示すブロック図である。周囲温度を調整することに
よって異なった波長で発振している複数の半導体レーザ
１の出射光を複数の光変調器２によって各々変調するこ
とにより信号を各々印加し、光結合器３で重ね合わせ、
光ファイバ中を伝送させる。一方、この光ファイバ中を
伝送してきた波長の異なる複数の光信号を波長フィルタ
４で選択し、さらに受光器５で光電変換後、復調するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の波長多重光通信装置では、半導体レーザの発振波
長が温度変化によって変化し、波長フィルタで２つのレ
ーザ光の分離を十分に行なうことができず、相互干渉や
、漏話といった問題が生じた。また、従来の波長フィル
タではその挿入損失が大きいため十分な信号強度が得ら
れない、温度による屈折率の変化を用いているため高速
応答できない、といった問題がある。

【０００４】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたもので、互いに波長が異なる複数の光信号を
高精度に選択し、復調できる実用的な光通信装置を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
、本発明は、所定の波長の光のみを吸収する媒体を波長
基準として発振波長が安定化された互いに波長が異なる
複数の波長安定化レーザと、該複数の波長安定化レーザ
からのレーザ光に信号を各々印加するための複数の光変
調器と、該複数の光変調器による光変調後の各レーザ光
を重ね合わせて送信する手段とを有する送信部と、液晶
を用いて光学的に波長を選択する可変波長フィルタと、
該可変波長フィルタによって選択された光を光電変換す
る受光器とを有する受信部とが光ファイバで相互に結ば
れていることを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明によれば、上記構成によって、これまで
には到達できなかった、多チャンネルの光信号を高精度
で瞬時にして選別し復調する。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。

【０００８】図１は本発明の波長多重光通信装置の実施
例を示す構成ブロック図である。この実施例は図１に示
すように、光吸収媒体の吸収波長で発振している複数の
安定化レーザ６と、同数の光変調器２と、光結合器３と
、可変波長フィルタ７と、受光器５とからおもに構成さ
れる。安定化レーザ部６は、半導体レーザ１１と、所定
の波長の光のみを吸収する波長基準媒体１２と、受光器
１３と、半導体レーザ１１を直接変調するための発振器
１４と、ロックインアンプ１５からなる。

【０００９】次に、本実施例の波長多重光通信装置の動
作を図１に従って説明する。半導体レーザ１１の片端面
より出射した出射光は所定の波長の光のみを吸収する波
長基準媒体１２を透過し、その透過光は受光器１３で光
電変換される。図２はその吸収特性の例を示したもので
ある。このとき、半導体レーザ１１は発振器１４で変調
されており、ロックインアンプ１５において、受光器１
３からの信号と発振器１４からの信号とを比較して、半
導体レーザ１１の発振周波数の波長基準媒体１２の吸収
波長からのずれを検出し、その誤差信号を半導体レーザ
１１にフィードバックしこの誤差信号に基づいて半導体
レーザ１１の駆動電流を制御して半導体レーザ１１の発
振波長を波長基準媒体１２の吸収波長に安定化するもの
である。その安定化光は半導体レーザ１１の他の方端面
から出射して光ファイバを通り、光変調器２へ入射され
、光変調器２で印加信号にしたがって光変調され、その
信号光は光ファイバを通り光結合器３で、同様に構成さ
れた他の安定化レーザ光と重ね合わされ、光ファイバで
伝送される。光ファイバを通り伝送されてきた光は可変
波長フィルタ７で任意の１波が選択され、光ファイバを
通り受光器５で光電変換され電気回路で復調される。

【００１０】例えば、図１の装置構成において、半導体
レーザ１１として波長１．５μｍ帯で発振するＩｎＧａ
ＡｓＰ系の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ型ＬＤ）を
使用した。セル長５ｃｍの吸収セル１２に、光吸収媒体
としてアセチレンガス（Ｃ２Ｈ２　）を１０Ｔｏｒｒ封
入した。図５はアセチレンガスと同位体置換アセチレン
ガスの吸収特性を示した図である。セル長は１０ｃｍ、
圧力は７６０Ｔｏｒｒである。そのうち、図２に示す１
．５３１５９μｍの吸収線（半値全幅８００ＭＨｚ，吸
収強度５７％）を利用して前記半導体レーザ１をこの吸
収線に波長同期させた。発振器１４の周波数を１０ｋＨ
ｚとし、図１の構成系を使い半導体レーザ１１の中心発
振波長の変動を１×１０−５ｎｍ（光周波数にして１Ｍ
Ｈｚ）以下に抑えた。図５に示した吸収線を用いて発振
波長が１．５１から１．５５μｍの範囲内のレーザ１０
０個の各発振波長を図５の吸収線の１本１本の波長に安
定化させた送信部を構成した。１００個のレーザはそれ
ぞれ１ＭＨｚ以下の安定性が達成されている。図７に示
す表は例として１．５３５から１．５３８μｍでのアセ
チレンガスと同位体置換アセチレンガスの吸収線の吸収
率と周波数間隔を示したものである。この表の吸収線の
うち５ＧＨｚ以上はなれた光周波数のわかっている吸収
線を用いてレーザの発振波長を安定化することができる
。 この１００本のレーザ光それぞれに変調器で信号を印加
し、光結合器で重ね合わせ光ファイバで伝送する。受信
側では可変波長フィルタを用いてそのうちの１本の波長
のレーザ光を選択して受光器として広帯域高感度のアバ
ランシェホトダイオードで光電変換する。

【００１１】さらに、図３に波長フィルタ７の拡大図を
示す。３１は１対の無反射コーティング層であり、その
内側に１対のガラス基板３５，１対のインジウムチンオ
キサイド（ＩＴＯ）あるいは酸化錫等の透明電極層３２
，１対のミラー３３および１対のポリイミド等の配向膜
３４を順次配置し、その内側に液晶層３６を配置する。 ３７は１対の透明電極層３２間に電位差Ｖを印加するた
めの配線である。３８，３９は光入出力用の１対の光フ
ァイバ、３１０，１１は１対のコリメートレンズ、３１
２，３１３は１対の複屈折性結晶、３１４，３１５は１
対の２分の１波長板であって、これらの各々は１対のコ
ーティング層３１の外側に配置する。

【００１２】まず、波長フィルタの動作原理について説
明する。図４（ａ），（ｂ）には、液晶に電界を印加し
ない場合とした場合の液晶分子の配向を図示した。ここ
で、４１は液晶分子、４２は配向膜で、配向膜４２に示
してある矢印は配向方向である。例えば、液晶にネマテ
ィック液晶、配向膜に厚さ数１０から１０００オングス
トロームの高分子膜を用い、配向処理（ラビング等）を
行うか、同様な厚さのＳｉＯの斜方蒸着膜を用いると電
界無印加状態で液晶分子は配向膜の配向方向に基板に平
行に配位する。これは配向処理にともない液晶の位置エ
ネルギー＋配向膜との相互作用エネルギーが液晶分子が
配向方向に配位した時最小となるからである。ところが
、基板に垂直に電界を印加すると液晶分子が双極子モー
メントを持つため電界との相互作用が生じ、この系は液
晶が電界方向に回転することによって、エネルギー的に
安定となる。このとき、対向する配向膜の配向方向は反
対の向きになっているため、液晶分子の回転方向は一意
的に定まり、光の散乱要因であるディスクリネーション
を避けることができる。ここで、液晶の配向方向に偏光
した平行光を基板に垂直に入射する場合を考える。液晶
分子は異方性の大きい形状から推察される通り光学的に
も異方性がきわめて大きい。このため、電界印加時に液
晶分子の回転と共に偏光面の方向の屈折率（ｎ）が大き
く変化する。屈折率変化は最大＋数％にも及ぶ。ｎは電
界Ｅの関数となる。

【００１３】 　　　　　　　　　　ｎ（Ｅ）＝ｎ０　＋Δｎ（Ｅ）　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１
）ここでｎ０　は電界無印加時の屈折率である。

【００１４】波長フィルタ７では、対向する１対のミラ
ー３３にこのような液晶層３６と１対の配向膜３４を挟
んで、光共振器を構成している。ミラー３３の反射率を
ｒ、入射光の波長をλ、ミラー３３の間隔をＬとすると
この光共振器の透過率Ｔ、共鳴波長λｒｅｓ　は次式で
表される。

【００１５】 　　　　　　　　　　Ｔ＝１／［１＋Ｆｓｉｎ２　（２
πｎ（Ｅ）Ｌ／λ）］　　（２）　　　　　　　　　　
Ｆ＝４ｒ／（１−ｒ）２　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　（３）　　　　　　　
　　　λｒｅｓ　＝ｍ／２ｎ（Ｅ）Ｌ　　　　　　（ｍ
＝１，２，…）　　（４）ここで、Ｆはフィネスと呼ば
れる性能指数である。

【００１６】（４）式から明らかなように電界印加時に
液晶層３６の屈折率変化にともない共鳴ピークは移動す
る。すなわち、共振器外側の１対の透明電極層３２間の
電位差Ｖを制御することによって共振器の共鳴波長を制
御し可変波長フィルタとして動作させることができる。 波長フィルタ７の動作波長の上限と下限をそれぞれλｍ
ａｘ　，λｍｉｎ　とすると、ｍの値の上限は次式で与
えられる（動作波長範囲にただ一つの共鳴ピークが存在
する条件）。

【００１７】 　　　　　　　　　　ｍ＜１＋λｍａｘ　／（λｍａｘ
　−λｍｉｎ　）　　　　　　　　　　　　　　　　（
５）例えば、ミラーの反射率を９９．８％、共振器長を
１５μｍとすれば半値幅５ＧＨｚで５０ｎｍの波長掃引
が可能であるので、波長１．５１から１．５５μｍの範
囲内の５ＧＨｚ以上離れた吸収線で波長が各々安定化さ
れている図１の６で示される複数の安定化レーザからの
各レーザ光をフィルタリングできる。図７に示す表の例
では吸収線１８本のうち１７本で安定化したレーザ光が
得られる。

【００１８】さらに、液晶を用いた波長フィルタ７では
、入射光の偏光特性に強く依存するので、図３のように
、コリメートレンズ３１０を介した入射光を一方の複屈
折性結晶３１２でｐ偏光成分とｓ偏光成分に分け、２分
の１波長板３１４と３１５を適当に回転し２つの偏光成
分の光が光共振器を透過する際に片方の偏光成分がもう
１方の偏光成分と同様の効果を受けるように調整してや
る。そののち再び他方の複屈折性結晶３１３を用い重ね
合わせ、コリメートレンズ３１１を介し出射する。この
ように図３の構成を用いれば偏光依存性を解消すること
ができる。

【００１９】本実施例では送信光として波長安定化光を
用いているため、相互干渉や漏話もない。また、送信光
の光周波数も既知のため、受信側で送信光に対して波長
フィルタを周波数追従させる必要なしに動作させること
が可能である。また、可変波長フィルタは印加電圧を変
化させることにより波長１．５０から１．５５μｍの広
帯域にわたって、１ｍＳの高速で共鳴波長を切り変える
ことができる。本可変波長フィルタは挿入損失もわずか
５０％なので信号光を減衰することなく高いＳ／Ｎを保
つことができる。

【００２０】波長基準媒体１２の光吸収性ガスとして通
常のアセチレンガス，アンモニアガス，メタンガス，二
酸化炭素等を用いても前記機能と同様の動作原理によっ
て発振波長安定化を行うことができる。図１では半導体
レーザ１１の変調に直接変調を用いたが、音響光学変調
器，ＬｉＮｂＯ３　変調器，電気光学変調器などの、他
の構成の変調器を用いて変調しても同様の効果を得るこ
とができる。

【００２１】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
、液晶を用いることによって高精度で低損失で高速動作
する広帯域可変波長フィルタが得られ、これを用いるこ
とにより、これまでには到達できなかった、高精度で多
チャンネルの光信号が瞬時にして選別し復調できる利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の波長多重光通信装置の構成を示すブロ
ック図である。

【図２】光吸収性ガスを透過した光の光強度を示す図で
ある。

【図３】液晶を用いた波長フィルタの構成を示す図であ
る。

【図４】液晶分子の配位を示す図である。

【図５】アセチレンガスおよび同位体置換アセチレンガ
スの光吸収特性を示す図である。

【図６】従来の光吸収セルを用いた波長安定化レーザ装
置の構成を示すブロック図である。

【図７】アセチレンガスと同位体置換アセチレンガスの
吸収率と周波数間隔の測定例を表で示す図である。

【符号の説明】

１，１１　　半導体レーザ ２　　光変調器 ３　　光結合器 ４　　波長フィルタ ５，１３　　受光器 ６　　安定化レーザ ７　　可変波長フィルタ １２　　吸収セル １４　　発振器 １５　　ロックインアンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定の波長の光のみを吸収する媒体を
   波長基準として発振波長が安定化された互いに波長が異
   なる複数の波長安定化レーザと、該複数の波長安定化レ
   ーザからのレーザ光に信号を各々印加するための複数の
   光変調器と、該複数の光変調器による光変調後の各レー
   ザ光を重ね合わせて送信する手段とを有する送信部と、
   液晶を用いて光学的に波長を選択する可変波長フィルタ
   と、該可変波長フィルタによって選択された光を光電変
   換する受光器とを有する受信部とが光ファイバで相互に
   結ばれていることを特徴とする波長多重光通信装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の波長多重光通信装置
   において、前記可変波長フィルタは、１対のガラス基板
   と、該１対のガラス基板の内側に順次積層した１対の透
   明電極層と、１対の反射ミラーと、１対の配向膜と、液
   晶とを有することを特徴とする波長多重光通信装置。
3. 【請求項３】　　請求項１または２に記載の波長多重光
   通信装置において、前記所定の波長の光のみを吸収する
   媒体は、アセチレンガスまたは同位体置換アセチレンガ
   スであることを特徴とする波長多重光通信装置。