JPH05299747A - 可変波長フィルタ装置およびその使用法 - Google Patents

可変波長フィルタ装置およびその使用法

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JPH05299747A
JPH05299747A JP4128151A JP12815192A JPH05299747A JP H05299747 A JPH05299747 A JP H05299747A JP 4128151 A JP4128151 A JP 4128151A JP 12815192 A JP12815192 A JP 12815192A JP H05299747 A JPH05299747 A JP H05299747A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光信号を分岐せずに波長を検知、同調でき、
更に波長多重度が大きくなっても受信機の構成部品を多
くしなくてもよい様にできる可変波長フィルタ装置及び
それを含む光通信システムである。 【構成】 可変波長フィルタ装置は、外部からの制御に
より透過波長を変化させることができる可変波長バンド
パスフィルタ1と、光を増幅している時に端子間に電圧
変化が生じる光増幅器2と、電圧変化に応じて可変波長
バンドパスフィルタ1の透過波長を変化させるために制
御を行う制御回路3から構成される。この構成で、光信
号を分岐せずに所望の波長の信号を選択、検知できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、透過波長を変化させる
ことが可能な光バンドパスフィルタないし可変波長フィ
ルタ装置とその使用法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】波長多重光通信システムでは、複数の波
長の光から1つの波長の光を選択するために波長選択機
能を有する部分を受信機内に設けることが必要である。
図12に波長多重光通信システムの一例を示す。この図
は、波長多重光通信でN対Mの片方向通信を示してい
る。図12において、100は光送信機、101は光合
流器、102は光ファイバ伝送路、103は光分岐器、
104は光受信機である。
【0003】このような波長多重通信の構成で、光送信
機100−Iから光受信機104−J,104−Kへ送
信する場合、光受信機104−J,104−Kは同じ波
長の光を受信できるようにする必要がある。この機能を
実行するために、光受信機104の中の波長選択機能部
分は、例えば、光分波器と分波された光を個々に受信す
る光検出器から構成され、必要に応じて1つの光検出器
の出力を用いる。或は、外部からの信号で透過波長域を
変化させることができる波長可変バンドパスフィルタを
設け、このバンドパスフィルタからの出力光の一部を分
岐し、分岐された光信号を波長を検出する機能を有する
装置へ入力し、その装置からの出力によって上記波長可
変バンドパスフィルタの制御を行う方法などがある。ま
た、別の方法として、入力された光信号を分岐して、固
定式のバンドパスフィルタと光検出器を複数個用いるこ
とによっても同様の機能を得ることができる。
【0004】前記光分波器を含むような波長選択手段の
場合の構成例を図13に示した。図13において、30
1は光分波器、302は光検出器、303は光検出器3
02の出力信号のうち1つを選択し、端末装置へ電気信
号305を送る制御装置、304は光受信機104へ入
力される光信号である。
【0005】また、上記波長可変バンドパスフィルタを
含むような光受信機(図15)は、図14に示される構
成であるような波長選択部201を有している。図15
において、201は例えば図14に示される波長選択
部、202が光検出器、203が制御装置、204は光
伝送路から入力される光信号、206は波長選択部20
1の透過波長を指示する制御信号、205は端末機器へ
送出される電気信号である。図14に戻って、204は
光受信機104へ入力された光信号、401は外部から
の信号で透過波長域を変化させることができる波長可変
バンドパスフィルタ、402は光分岐素子、404は光
検出器、403は光検出器404からの出力信号と外部
からの制御信号206により、可変波長バンドパスフィ
ルタ401へ制御信号を送る制御回路である。このよう
な構成の場合、直接、波長を知ることは不可能なので、
一定の波長領域において波長可変バンドパスフィルタ4
01の透過波長帯域を掃引させて、波長多重されている
信号の対応する波長を知る(各波長信号は何本目かとい
う情報は与えられているものとして)などの方法が必要
である。このような方法の場合、例えば、波長多重され
た光信号は、無信号時でもすべての波長の光が送られて
いることが必要となる。このような状況で、例えば、バ
ンドパスフィルタ401の透過波長を短波長側から長波
長側へ掃引することにより、各波長に対応した検出器4
04の出力が得られ、予め幾つの波長から多重された信
号であるかという情報が与えられていれば、波長多重さ
れた光信号のうちの1つの光信号を取り出すことができ
る。
【0006】
【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来例では、複数の波長の光を含む信号から所望の波
長の光を選択するために、バンドパスフィルタから出力
された光を分岐し、その波長を検出し、その検出結果を
もとにバンドパスフィルタの透過波長を制御するか、或
は、予め透過波長を設定した固定バンドパスフィルタを
複数個用意し、それぞれのバンドパスフィルタの後に光
検出器を設置し、電気的に選択するようにして波長選択
機能を実施しているために次のような欠点があった。
【0007】(1) 前者の方式の場合、バンドパスフ
ィルタ後で光分岐をするために光検出器へ入力される光
信号強度が小さくなってしまう。 (2) 後者の場合、波長多重の数だけバンドパスフィ
ルタと光検出器が必要となり、波長多重度が大きくなる
と受信機を構成する部品の数が多くなってしまう。
【0008】また、図13の光分波器を含むような波長
選択手段の場合も、波長多重の数だけ光検出器が必要と
なり、(2)と同様な欠点があった。
【0009】したがって、本発明の目的は、上記の課題
に鑑み、光信号を分岐せずに波長を検知、同調でき、更
に波長多重度が大きくなっても受信機の構成部品を多く
しなくてもよい様にできる可変波長フィルタ装置及びそ
れを含む光通信システムを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明による可変波長フィルタ装置では、外部からの制御に
より透過波長を変化させることができる可変波長バンド
パスフィルタと、光を増加している時に端子間に電圧変
化(これは、キャリア量変化による電子のフェルミレベ
ルとホールのフェルミレベルの間隔の変化に起因する)
が生じる光増幅器と、該電圧変化に応じて前記可変波長
バンドパスフィルタの透過波長を変化させるために制御
を行う制御手段から構成されることを特徴とする。
【0011】より具体的には、前記光増幅器が半導体レ
ーザ構造を有していて、電流注入により形成される反転
分布を用いて光増幅を行ったり、外部からの光を前記可
変波長バンドパスフィルタへ結合する手段と該可変波長
バンドパスフィルタからの出力光を前記光増幅器へ結合
する手段と該光増幅器からの出力光を外部の光伝送路へ
結合する手段とを有したり、外部からの光を前記光増幅
器へ結合する手段と該光増幅器からの出力を前記可変波
長バンドパスフィルタへ結合する手段と該可変波長バン
ドパスフィルタからの出力光を外部の光伝送路へ結合す
る手段とを有したり、前記可変波長バンドパスフィルタ
がDFB−LDを用いたDFBフィルタであったり、前
記光増幅器が光増幅器の端面帰還が抑制されている進行
波型光増幅器であったり、前記端面帰還の抑制が、前記
光増幅器の端面に形成された反射防止膜の使用と光の進
行する方向に対して斜めに形成された端面の使用この両
者の併用の内の1つによって行なわれていたり、前記可
変波長バンドパスフィルタと前記光増幅器が共通基板上
にモノリシックに形成されていたりする。
【0012】また、本発明による光受信機では、前記可
変波長フィルタ装置と、光検出器と、該光検出器で電気
に変換された信号を再生中継して端末機器へ送出する機
能と可変波長フィルタ装置へ透過する波長を制御するた
めの信号を送出する機能を有している制御回路からなる
ことを特徴とする。
【0013】更に、本発明による光伝送システムでは、
上記光受信装置が少なくとも1つ含まれていることを特
徴とし、また、上記光受信装置が少なくとも1つ含まれ
ている波長多重光通信システムにおいて、波長多重され
ている光がすべて前記可変波長バンドパスフィルタのス
トップバンド内にあることを特徴とする。
【0014】本発明によれば、半導体光増幅素子が光を
増幅している時の接合(端子間)電圧変化を検出して、
その変化電圧にしたがって可変波長バンドパスフィルタ
の透過波長を制御する制御回路と、こうした可変波長フ
ィルタと光増幅素子とで可変波長バンドパスフィルタ装
置を構成することにより、光信号強度を分岐せずに波長
を検知し、同調させることができるようにしたものであ
る。
【0015】
【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を示し、1は
波長可変バンドパスフィルタ、2は半導体光増幅器、3
は制御回路、4は波長多重化された入力光信号、5は波
長可変バンドパスフィルタ1からの出力光、6は半導体
光増幅器2からの出力である増幅出力光、7は半導体光
増幅器2を駆動するための電源、8は波長可変バンドパ
スフィルタ1の透過波長を制御するための電源である。
この図1が、従来例の図15の波長選択部201に相当
する。
【0016】本実施例の動作を説明する前に、各構成部
品についてその構造や動作を説明する。波長可変バンド
パスフィルタ1は、例えば、いわゆる位相シフト型(動
的単一モード特性を向上させる為にグレーティングが位
相遷移領域を持つもの)DFB−LDフィルタを用いる
ことができる。このような位相シフト型DFB−LDフ
ィルタは、電子情報通信学会論文誌C−I,Vol.J
73−C−I,No.5(pp.347−353,19
90年5月)に記載されている沼尾貴陽氏の論文「半導
体可変波長フィルタの現状」中の図8に示されるような
ものを使用することができる。このような可変波長バン
ドパスフィルタは、活性領域へ注入する電流と位相調整
領域へ注入する電流を適当に組み合わせることにより、
9.5Åの範囲で透過ピーク波長を変化させることがで
きるようになっている。
【0017】半導体光増幅器2は、例えば、普通の半導
体レーザの端面に反射防止膜が形成されている進行波型
半導体光増幅器(TWA)を用いることができる(本実
施例では、1.5μm帯の半導体レーザをもとにし
た)。このような半導体光増幅器2は、定電流注入で入
力光があり増幅動作が生じている時には、接合の両端
(端子間)に印加される電位が変化する特徴がある。こ
のような両端電圧の変化は増幅率が大きいほど顕著に観
測できるものである。本実施例は、このような現象を利
用する。
【0018】次に本実施例の動作について説明する。ま
ず最初に情報を伝送している入力信号(波長多重)4の
形態について述べる。波長多重信号の形態はその通信方
式等により設定されるものであるが、ここでは本実施例
の動作を説明しやすくするために、図2に示すように、
各波長ごとにDCバイアス(PDC)のある光デジタル信
号(PP)であることにする。波長多重の状態は、図3
に示したように、1.5525μmから0.00025
μm間隔に5波多重(λ1,λ2,λ3,λ4,λ5)され
ているものを使用した。このDFBフィルタ1を用いた
場合、最初、通信に用いている波長はすべてDFBフィ
ルタ1のストップバンド内にあるように設定する。
【0019】光信号の流れは、波長可変バンドパスフィ
ルタ1へ入力信号4が入力され、その時の動作状況によ
って決まる波長可変バンドパスフィルタ1の透過特性に
よって出力光5が得られ、出力光5がさらに光増幅器2
へ入力、増幅されて増幅出力光6となる。この時、波長
可変バンドパスフィルタ1の透過帯域を制御する電源8
からの電流Iλを、例えば、透過帯域が短波長側から長
波長側に徐々に移動するように設定しておくことによ
り、出力光5は図3に示された入力信号4の複数の波長
の光が短波長側から1波長ずつ順次あらわれるようにな
る。
【0020】上記の動作を図4〜図6を用いて説明す
る。図4は、波長可変バンドパスフィルタ1の透過波長
を、電流Iλを調整することにより、時間的に短波長側
から長波長側へ変化させていることを示している。この
図4の動作にしたがって、波長可変バンドパスフィルタ
1からの出力光5は、図5に示すように、一定間隔で光
出力が得られ、それぞれの光出力5は、その時点での波
長可変バンドパスフィルタ1の透過波長に一致した波長
の光となっている。図6は、図5で示された出力光5が
光増幅器2へ入力されたときの光増幅器2の両端電圧の
変化を示したものである。これは、光増幅器2を定電流
駆動しているので、光増幅器2への入力光つまり出力光
5があるときに、増幅するためにキャリアを消費し、光
増幅器2への印加電圧が上昇する模様を示している。
【0021】次に制御回路3を含めて動作を説明する。
光増幅器2は電源7により定電流動作させ、光増幅器2
の印加電圧Vgは制御回路3で監視している。また、波
長可変バンドパスフィルタ1の透過波長を制御するため
の電流は電源8から供給し、その電流量は、制御回路3
によって制御する。
【0022】制御回路3には、外部から、どのチャンネ
ルを選択するかの情報が与えられている。制御回路3
は、上述した様に、電源8へ制御信号を送り波長可変バ
ンドパスフィルタ1の透過中心波長が短波長側から長波
長側に変化するようにする。制御回路3から電源8へ制
御信号を送る一方で、制御回路3は光増幅器2の両端電
圧Vgの変化を監視して、何チャンネル目が透過してい
るかを認識している。そうして、チャンネル数が制御回
路3に外部から与えられた選択チャンネルと一致した時
に、制御回路3は電源8へ制御信号を送り、波長可変バ
ンドパスフィルタ1の透過中心波長の掃引を止めて固定
する。この様にして波長選択が行なわれ、受信機の光検
出器で選択波長信号が検出される。
【0023】図7は本発明の第2の実施例を示す図面で
ある。同図において、第1実施例と同一部材は同一番号
をつけてある(波長可変バンドパスフィルタ1、光増幅
器2、制御回路3、入力信号4、増幅光出力6、電源
7,8である)。また、9は光増幅器2からの増幅光、
10は増幅光9が波長可変バンドパスフィルタ1で反射
して戻る反射増幅光である。
【0024】第1実施例と同様に、図7では光信号と波
長可変バンドパスフィルタ1や光増幅器2との間の結合
手段は省略してあるが、レンズ等を用いることにより効
率よく結合させることができる。
【0025】次に第2実施例の動作を説明する。光増幅
器2は、電源7により定電流動作をさせる。波長可変バ
ンドパスフィルタ1は、電源8からの電流量で透過中心
波長を制御される。入力光信号4が光増幅器2へ入力さ
れると増幅されて増幅光9となり、波長可変バンドパス
フィルタ1へ入力される。波長可変バンドパスフィルタ
1の透過波長以外の波長の光はここで反射され反射増幅
光10となり(この時、最初、波長多重伝送に用いられ
ている波長のすべてはDFBフィルタ1のストップバン
ド内にあるように設定しておく)、透過波長の光は増幅
出力光6となる。反射増幅光10は再び光増幅器2へ入
射する。
【0026】この時、入力光信号4と反射増幅光10と
を構成する異なる波長の光信号の数(この実施例では入
力光信号4の波長数は5個)が同じ時と異なる時(つま
り、1つの波長の光が波長可変バンドパスフィルタ1を
透過して、反射してこない時)では、光増幅器2に印加
される電圧が異なることになる。異なる時の方が電圧が
低くなる(この時のDFBフィルタ1からの出力を図8
(a)に、光増幅器2の電圧変化を図8(b)に、第1
実施例の図5,6に対応するものとして示した)。この
電圧変化を制御回路3で検出することにより、その時に
波長可変バンドパスフィルタ1を信号光が透過している
かどうかを知ることができる。第1実施例と比較する
と、入力光信号4の多重化された光のうち1つの波長の
光が増幅出力光6となっている時に、光増幅器2の電圧
が小さくなる(第1実施例では大きくなる)点が異なる
ところである。したがって、第1実施例とほぼ同様の制
御をすることによって、所望の波長を透過するように波
長可変バンドパスフィルタ1を調整することができる。
他の点は第1実施例と同じである。
【0027】図9〜図11に第1或は第2実施例の機能
をはたす集積化された素子を示す。図9,10が本発明
の機能をはたす波長可変バンドパスフィルタと光増幅器
を示し、図11が使用時の構成例である。図10は図9
のA−A´断面図である。図9,10において、11は
例えばn−InP基板、12は例えばn−InPからな
るバッファ層を兼ねた第1クラッド層、13は例えばノ
ンドープInGaAsP光ガイド層(バンドギャップ相
当波長λg=1.3μm、厚さ0.3μm)、14は例
えばn−InPからなるキャリアブロック層、15は例
えばノンドープ活性層(λg=1.55μm、厚さ0.
1μm)、16は例えばp−InPからなる第2クラッ
ド層、17は例えばp+−InPからなるキャップ層、
18は基板1に形成した電極、19はキャップ層7側に
形成した電極、21は例えばSiOxからなる反射防止
膜、25は横方向の電気的分離を行うための分離溝、2
6は光ガイド層13と第1クラッド層12の界面に図1
0のように部分的に形成されたグレーティングである。
【0028】本素子は分離溝25により4つに分割され
ているが、各部を活性領域22、位相調整領域23、光
増幅領域24と呼ぶことにする。なお、この実施例では
リッジ型構造を用いているが、埋め込み構造など半導体
レーザに用いることができる導波構造であればどのよう
な構造であってもよい。
【0029】本実施例の素子を第1の実施例の制御方式
に適用した場合を図11に示す。図1と同一部材は同一
番号をつけてある。図1の電源8の部分は、本図では活
性領域22と位相調整領域23へ電流注入するための電
源20と21に分割して示した。
【0030】基本的な動作は第1実施例と同じなので簡
単に述べておく。電源20により活性領域22へ注入す
る電流は、2つの活性領域22と位相調整領域23から
構成されるDFB−LD構造の部分(波長可変フィルタ
部28と呼ぶ)が発振しないでかつ、可能な限り多くな
るように設定しておく。また、光増幅領域24は電源7
により定電流駆動しておく。
【0031】このような状態で、入力信号4(例えば図
2,3に示される)を適当な結合手段(例えば、レンズ
や先球光ファイバ)で本実施例の波長可変フィルタ部2
8の導波路へ入力する。DFBフィルタ部28の透過波
長帯域に入力光信号4の一部が一致していれば、その波
長の光だけが光増幅部24へ入力し、増幅作用をうけて
光増幅出力光6になる。この増幅時に、キャリアを消費
することにより、光増幅部24の両端電圧が変化する。
この両端電圧の変化を検出することにより、制御回路3
は電源21へ制御信号を送信し、位相調整領域23へ注
入する電流を制御し、透過波長を調整することができ
る。
【0032】図11では、本実施例を第1実施例に適用
したものを説明したが、入出力を図11と逆に用いるこ
とにより第2実施例に用いることができる素子となる。
【0033】本実施例では、InP系の材料を用いて説
明を行ったが、GaAs系など他の半導体レーザを構成
することが可能な材料であれば、本実施例と同じ機能を
有するものを構成することができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、チューナブル(可
変波長)バンドパスフィルタと、光増幅器と、光増幅器
の電圧変化に応じてチューナブルフィルタの透過中心波
長を制御する制御手段とからなる可変波長フィルタ装置
を用いることにより、出力光を分岐してモニターせずに
バンドパスフィルタ中心波長を信号光波長に一致させる
ことが可能となる。
【0035】また、このようなフィルタ装置を光波長多
重通信の光受信機に用いることにより、光検出器へ入力
される光量を減らさないですみ、かつ、波長多重度がた
とえ増加しても構成を簡略にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の構成をあらわす図。
【図2】入力光信号の時間波形を示す図。
【図3】入力光信号を構成する波長を示す図。
【図4】第1実施例の波長可変バンドパスフィルタの透
過ピーク波長の時間変化を説明するための図。
【図5】第1実施例の増幅出力光の波長の時間変化を説
明するための図。
【図6】第1実施例の光増幅器の両端電圧の時間変化を
説明するための図。
【図7】本発明の第2の実施例の構成をあらわす図。
【図8】(a)は第2実施例のDFBフィルタからの出
力光の波長の時間変化を説明するための図、(b)は光
増幅器の両端電圧の時間変化を説明するための図。
【図9】本発明を実施した集積化したデバイスの斜視
図。
【図10】図9のA−A´断面図
【図11】図9で示されるデバイスの使用例を示す図。
【図12】波長多重光通信システムの一例を示す図。
【図13】光分波器を含む光受信機の一例を示す図。
【図14】可変波長バンドパスフィルタを含む波長選択
部の一例を示す図。
【図15】波長選択部を持つ光受信機の一例を示す図。
【符号の説明】
1,401 波長可変バンドパスフィルタ 2 光増幅器 3,403 制御回路 4 入力光信号 5 出力光 6 増幅出力光 7,8,20,21 電源 9 増幅光 10 反射増幅光 11 基板 12,16 クラッド層 13 光ガイド層 14 キャリアブロック層 15 活性層 17 キャップ層 18,19 電極 21 反射防止膜 22 活性領域 23 位相調整領域 24 光増幅領域 25 分離溝 26 グレーティング 28 波長可変フィルタ部 100 光受信機 101 光合流器 102 光ファイバ 103,402 光分岐器 104 光受信機 201 波長選択部 202,302,404 光検出器 203,303 制御装置 301 光分波器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18 H04B 10/06

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部からの制御により透過波長を変化さ
    せることができる可変波長バンドパスフィルタと、光を
    増幅している時に端子間に電圧変化が生じる光増幅器
    と、該電圧変化に応じて前記可変波長バンドパスフィル
    タの透過波長を変化させるために制御を行う制御手段か
    ら構成されることを特徴とする可変波長フィルタ装置。
  2. 【請求項2】 前記光増幅器が半導体レーザ構造を有し
    ていて、電流注入により形成される反転分布を用いて光
    増幅を行うことを特徴とする請求項1記載の可変波長フ
    ィルタ装置。
  3. 【請求項3】 外部の光伝送路を進行している光を前記
    可変波長バンドパスフィルタへ結合する手段と該可変波
    長バンドパスフィルタからの出力光を前記光増幅器へ結
    合する手段と該光増幅器からの出力光を外部の光伝送路
    へ結合する手段とを有していることを特徴とする請求項
    1記載の可変波長フィルタ装置。
  4. 【請求項4】 外部の光伝送路を進行している光を前記
    光増幅器へ結合する手段と該光増幅器からの出力を前記
    可変波長バンドパスフィルタへ結合する手段と該可変波
    長バンドパスフィルタからの出力光を外部の光伝送路へ
    結合する手段とを有していることを特徴とする請求項1
    記載の可変波長フィルタ装置。
  5. 【請求項5】 前記可変波長バンドパスフィルタがDF
    B−LDを用いたDFBフィルタであることを特徴とす
    る請求項1記載の可変波長フィルタ装置。
  6. 【請求項6】 前記光増幅器が光増幅器の端面帰還が抑
    制されている進行波型光増幅器であることを特徴とする
    請求項2記載の可変波長フィルタ装置。
  7. 【請求項7】 前記端面帰還の抑制が、前記光増幅器の
    端面に形成された反射防止膜の使用と光の進行する方向
    に対して斜めに形成された端面の使用とこの両者の併用
    の内の1つによって行なわれていることを特徴とする請
    求項6記載の可変波長フィルタ装置。
  8. 【請求項8】 前記可変波長バンドパスフィルタと前記
    光増幅器が共通基板上にモノリシックに形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の可変波長フィルタ装
    置。
  9. 【請求項9】 請求項1記載の可変波長フィルタ装置
    と、光検出器と、該光検出器で電気に変換された信号を
    再生中継して端末機器へ送出する機能と可変波長フィル
    タ装置へ透過する波長を制御するための信号を送出する
    機能を有している制御回路からなることを特徴とする光
    受信装置。
  10. 【請求項10】 請求項9の光受信装置が少なくとも1
    つ含まれていることを特徴とする光通信システム。
  11. 【請求項11】 請求項9の光受信装置が少なくとも1
    つ含まれている波長多重光通信システムであり、かつ、
    波長多重されている光がすべて前記可変波長バンドパス
    フィルタのストップバンド内にあることを特徴とする光
    通信システム。
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