JPH1068894A - エタロン装置 - Google Patents

エタロン装置

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JPH1068894A
JPH1068894A JP9179766A JP17976697A JPH1068894A JP H1068894 A JPH1068894 A JP H1068894A JP 9179766 A JP9179766 A JP 9179766A JP 17976697 A JP17976697 A JP 17976697A JP H1068894 A JPH1068894 A JP H1068894A
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etalon device
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JP9179766A
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Edward Epworth Richard
エドワード エプワース リチャード
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、装置パラメータにドリフトが発生
しても長期に亘って分散を安定化するエタロン装置用の
制御システム及び方法の提供を目的とする。 【解決手段】 光伝送システム内のエタロン装置４用の
制御システムは、装置の上流にあるレーザー１にディザ
ーを加え、装置の出力を監視し、レーザー周波をエタロ
ン装置応答に、又は、エタロン装置応答をレーザー周波
数に固定する制御手段３を使用する。制御手段は、電力
変動とは無関係に応答曲線上の点に固定させるため、監
視された出力の波長に関する微係数の比に基づいて動作
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エタロン装置の制
御システム、ファブリーペロ分散補償器、エタロン装置
の出力に従ってレーザーの波長を制御する制御システ
ム、エタロン装置を制御する方法、及び、光伝送システ
ムでデータを伝送する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ファイバー損失を補償し得る光増幅器の
出現と共に、10Gb/s以上のファイバーシステムの実現は
色分散による制限をうける。信号スペクトルの異なる部
分は、色分散のため、異なる時点にシステムの遠方の端
に到達する。情報を伝達する光信号は有限の帯域（波長
の拡がり）を有する。光信号がファイバーに沿って異な
る速度で伝搬する場合、幅の狭いパルスが分散される。
色分散を支配する主な原因は、材料分散、即ち、全ての
低損失ファイバーが製造される基本材料である二酸化珪
素の（波長に対する屈折率を表わす）「屈折率対波長」
の変化である。
【０００３】信号の任意の部分の光周波数はその部分に
加えられた遅延の情報を含むため、色分散は潜在的に可
逆的過程てある。光分散補償を行うためには、ファイバ
ーの遅延対周波数特性と同一及び反対の遅延対周波数特
性を生じる素子が必要である。光分散補償は、伝送路に
特殊分散シフト方式伝送ファイバーを使用し、或いは、
局在化された分散補償（等化）によって光学的に補償さ
れる。
【０００４】かかる補償を得るための一方法はエタロン
を使用することである。エタロン装置は、共振周波数で
鋭い応答を有するので、フィルタとして適当である。更
に、エタロン装置は可変分散量を与えるので、分散補償
器としても使用される。以下、かかるエタロン装置の一
例であるファブリーペロエタロンについて詳述する。
【０００５】ファブリーペロエタロンは、全てのエルビ
ウム増幅器波長応答ウィンドウに亘って同調可能である
が、ファブリーペロエタロンは狭帯域性の分解能を有す
るので、１台の装置は単一の特定波長チャネルの分散し
か補償し得ない。しかし、ファブリーペロエタロンは、
低損失、小形及び低コストである点が有利である。特
に、ファブリーペロエタロンは、チューニングを変更す
ることにより補償を容易に調整し得る点が有利である。
この要因は、将来、システムが非常に長距離に亘って非
常に高いビットレートで動作することが要求されると共
に、非常に重要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】エタロン分散補償器の
主要な問題点を要約すると、装置パラメータ（例えば、
圧電性感度、ファイバー入力／出力／監視結合効率の監
視検出器の漏れ電流、又は、ミラーフィネス）にドリフ
トが発生しても長期に亘って分散を安定化する信頼性の
ある制御システムが存在しないことである。
【０００７】本発明はエタロン装置の改良された制御シ
ステム及び制御方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の一面によれば、
少なくとも一方の反射面は部分的に反射する平行に配置
された１対の反射面からなるエタロン装置用の制御シス
テムが提供され、上記制御システムは、上記装置の波長
応答を制御する制御手段と、上記装置の出力を監視する
監視手段とにより構成され、上記制御手段は、波長に関
する出力の微係数（即ち、出力の波長微分）の比に基づ
いて動作可能である。
【０００９】本発明の他の面によれば、送信器レーザー
と、上記レーザーの下流にあるエタロン装置とからなる
光伝送システムの上記送信器レーザーの出力波長を制御
する制御システムが提供され、上記制御システムは、上
記エタロン装置の出力を監視する監視手段と、波長に関
する上記出力の微係数の比に基づいて上記レーザの出力
波長を制御する制御手段とにより構成される。
【００１０】本発明の他の面により提供されるファブリ
ーペロエタロン分散補償器は、補償器の出力を監視する
監視手段と、入力電力変動及び上記監視手段の特性とは
実質的に無関係に補償器の分散を維持するため、上記監
視手段の出力に基づいて補償器の波長応答を制御する制
御手段とにより構成される。本発明の他の面によれば、
ソース送信器及びエタロン装置からなる光伝送システム
内でデータを伝送する方法が提供され、上記方法は、上
記エタロン装置の出力を監視する段階と、波長に関する
上記監視された出力の微係数の比を計算する段階と、上
記比に基づいて上記送信器の出力波長又は上記エタロン
装置の波長応答を制御する段階とからなる。
【００１１】本発明の他の面によれば、少なくとも一方
の反射面が部分的に反射する平行に配置された１対の反
射面からなるエタロン装置を制御する方法が提供され、
上記方法は、上記装置の波長応答を制御する段階と、上
記装置の出力を監視する段階とを含み、上記波長応答を
制御する段階は、少なくとも波長に関する上記出力の微
係数の比に基づいて行われる。
【００１２】好ましい特徴は特許請求の範囲の従属項に
記載される。かかる特徴は必要に応じていかなる形で組
み合わせても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明をよりよく理解するため、
並びに、本発明が実現される形態を例示するため、以
下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。基
本的なファブリーペロエタロンは、完全なパスデバイス
であり、即ち、チューニングを変更することにより分散
を変化させるが、透過又は反射される電力を変化せな
い。更に、基本的なファブリーペロエタロンは、多数の
非常に狭帯域の共振を有する。一つの重大な不確実性
は、補償器を耐用期間に亘って高い信頼性で正確な動作
点に固定し得るかどうかである。原則として、アイシェ
イプ(eye shape) を監視することにより制御信号を再生
器から得ることが可能である。これは、最高の鮮鋭度に
調整する自動焦点カメラと類似している。かかる本発明
の実施例は、以下に説明するように、信号電力に固定さ
せるのではなく、十分な精度で信号電力に固定させよう
とした場合に実現するのが難しくなる。
【００１４】監視手段を実現する一方法は、第２のミラ
ーを僅かに透過性にすることである。エタロンは共振の
間に同調しているので、この影響で出力ポートの信号電
力が僅かに降下する。この小さい降下だけが監視されて
いる間に、第２のミラーを通過する信号を用いて付加的
な監視ポートを設けることにより、非常に高いコントラ
スト信号が得られる。
【００１５】同様の高フィネスエタロンが狭帯域フィル
タのため使用される。上記フィルタは、（圧電制御素子
を介して）ディザーをエタロンに加え、（復調されたデ
ィザー成分を強制的に零にすることによって）ピーク上
に安定化するよう帰還させることにより信号に対し安定
化される。エタロン分散補償器の場合に、従来、ピーク
から離れた点に固定するため、制御ループにオフセット
電圧を与えることが必要であった。この方式を行うため
には信号電力に対する基準信号が必要である。その理由
は、かかる基準が無い場合に、動作点は光電力レベルと
共に急速に変化するからである。この方式を実現する一
方法は、参考文献として引用する米国特許第5523874 号
明細書に記載されているように、監視対入力（又は）出
力電力の比が一定になるまで制御しているだけである。
しかし、この方法は装置の長期間の安定性に頼ってい
る。理想的な状況下でファイバー結合効率及びミラー反
射率は完全に一定に保たれるが、実際の状況では一定に
保たれない。間違いなく多数の光学部品の安定性の問題
が存在する。従って、本発明は、監視装置を使用し、広
範囲の結合及び損失変化、並びに、入力電力に対し分散
を安定化し得るロック又は固定技術を提供する。
【００１６】
【実施例】図１には本発明の制御システムの一実施例を
組み込む光伝送システムが示される。ソース送信器１、
例えば、レーザー送信器は、３ポートサーキュレータ２
に給電し、３ポートサーキュレータ２は、制御手段３に
より制御されたエタロン４に給電する。レーザー送信器
は、例えば、直接変調又は外部変調のための変調手段を
含む。
【００１７】エタロン４は反射形装置として表わされて
いるが、本発明は透過形装置にも適用される。３ポート
サーキュレータ２は受信器に供給される出力を分離す
る。１個又は多数のエタロンは光路中のどこに配置して
も構わない。モニター信号は、好ましくは、エタロンの
反射面を僅かに透過させることによりエタロンから得ら
れる。モニター信号は固定を行うため制御手段に帰還さ
れる。
【００１８】図２には、図１のシステムの実現可能な一
実施例が示される。ディザー発生器５は、エタロン４の
応答にディザーを加えるため設けられている。好ましく
は、ディザーは比較的低い周波数であり、モニター信号
からの信号取得は、簡単かつ安価な比較的低速の回路を
用いて行われる。エタロンの応答の変化は、例えば、圧
電素子を用いて２枚の反射面の間隔を変えることにより
得られる。ディザー信号は、図２の結合素子６によって
示される如く、直流オフセット信号と結合され、結合素
子６の出力はエタロンの間隔を制御するため使用され
る。
【００１９】図２に示される如く、制御手段３は、ディ
ザー信号に起因するモニター信号の一部を得る信号取得
機能部１０からなる。この信号取得は、狭帯域フィルタ
リング又は同期検出回路の何れによっても行える。微係
数発生器１１は、モニター信号から波長に関する２次微
係数及び波長に関する１次微係数を発生する。微係数だ
けを使用することにより、上記システムは検出器漏れ電
流に起因するような誤差から免れる。
【００２０】上記微係数から、オフセット発生器１２を
用いて最適オフセットが決定され、エタロンに供給され
る。信号取得、微係数の発生、及び、オフセットの取得
の機能は、ディジタル信号プロセッサにおいて、或い
は、通常のアナログ回路を用いて行われる。図３にはデ
ィザーがソース送信器に加えられる光伝送システムの変
形例が示される。更に、エタロン応答をソース送信器の
波長に固定する代わりに、同図の実施例によれば、送信
器の波長はエタロン共振の波長に固定される。図２を参
照して説明した基本制御原理は、図３の場合にも同様に
適用される。このようにして、エタロンはレーザー用の
波長基準として使用可能な安定した共振器になる。
【００２１】図４には他の実施例が示される。この例で
は、ディザーはエタロン４に加えられ、一方、オフセッ
トは、ソース送信器１をエタロン応答に固定するため、
ソース送信器１に加えられる。図２について説明された
基本制御原理は図４の配置にも同様に適用される。ディ
ザーは、所定量の離調、即ち、モニター電力出力のある
種の変化に対しエタロンの調整が行えるようにする低周
波信号である。モニター電力出力の変化は、エタロン応
答特性と、監視手段（ホトダイオード）の長期変化と、
エタロン特性と、入力電力の短期変化とに依存する。デ
ィザーは、モニター出力の変化を得るための好ましい一
方法である。原則として、伝送されたデータ中の低周波
は、周波数ディザーを発生させ得るので、使用すること
が可能である。微係数を用いることにより、殆どの変化
を考慮することが可能になるので、モニター出力はエタ
ロン応答特性だけに依存する。これにより、エタロンは
エタロンの応答曲線の特定の点で動作可能であるよう制
御されるので、以下、図５乃至１１を参照して説明する
如く、エタロンの分散が長期間に亘り一定に保たれる。
【００２２】ヘクト(Hect)著の“光学”第２版、３６７
頁に記載されているようなエタロン波長応答、又は、伝
送特性（出力電力と、光波長又は光周波数に関する離調
との関係）が２台の異なるエタロンについて（鋭い山状
の関数の形で）図５に示される。図６乃至１１には、ラ
ベルｆｏが付けられた上記応答が示される。ＦＭディザ
ー信号の波長に関して１次微係数ｆ１及び２次微係数ｆ
２が得られた。上記の３種類の関数ｆｏ、ｆ１及びｆ２
は、フィネスパラメータＦの異なる値（Ｆ＝５，１０，
２０）について夫々に図６、８及び１０に、波長に関す
る離調に対してプロットされている。図６乃至１１にお
いて、座標軸は相対的な大きさで表わされている。１次
微係数は応答の勾配又は遅延を表わし、これにより、分
散を直接表示する。１次微係数のピークは、最大分散の
点を表わす。２次微係数は応答の歪みの程度を表わす。
微係数ｆ１は、離調ゼロで最小値を生じ、光電力と共に
その大きさが変化するので、微係数ｆ１だけを用いてエ
タロンを追跡することは不可能である。
【００２３】微係数ｆ２は、７５％の伝送、即ち、最高
の分散の点でゼロクロスを生じる。微係数ｆ２だけを観
察することにより、エタロンが最大分散を伴う点まで制
御される。微係数ｆ１を微係数ｆ１と共に正規化するこ
とにより、入力電力とは無関係の信号が得られる。これ
らの比は、異なるフィネスパラメータの値（Ｆ＝５，１
０，２０）について図７，９及び１１に示される。比は
依然として最大分散点でゼロを通過するが、４０％乃至
１００％の伝送の任意の点までエタロンを追跡するため
使用される。エタロンが固定する共振の面を制御するた
め、微係数信号ｆ１の極が使用される。
【００２４】エタロン補償器は、送信器、受信器、又
は、原理的にはライン増幅器に適用することが可能であ
る。しかし、ライン増幅器で使用することは、以下の理
由から好ましくない。ファブリーペロ分散は、光増幅器
の帯域全体に亘って大きさ及び符号が共に著しく変化す
る。ファブリーペロ分散は、特定チャネルに対し正確な
分散を与える場合に限り固定することが可能である。他
のチャネルは、「固定された」チャネルに対する相対波
長に依存して、任意の分散値を有する。
【００２５】原則として、１台ずつが各チャネルに固定
された多数のエタロンを使用してもよいが、そのために
は、ＷＤＭ（波長分割多重化）合分波器を用いて、各チ
ャネルを取り除き、等化後に再挿入する必要がある。実
際上、一方のパス上の残留信号と、他方のパス上の主信
号との間のコヒーレント干渉を防止するため、広範囲の
ガードバンドが必要である。ライン増幅器にファブリー
ペロ補償器を用いることは、ライン増幅器の分かり易さ
の観点と両立し得ない。
【００２６】補償器が送信器レーザーの隣に配置された
とき、エタロンを同調するのではなく、レーザーを一定
間隔の補償器に固定する方式を選択し得る。この方式
は、寿命、温度及び湿度に関する信頼性に著しい関連を
示すエタロン内の圧電素子が要らなくなる点で有利であ
る。エタロンはレーザー用の高安定性受動的波長基準と
して使用してもよい。原理的に両方の方式を組み合わせ
ても構わない。
【００２７】追従形ファブリーペロ補償器が受信器側に
在るとき、制御ループのモニター信号は、システム受信
器から取得してもよく、或いは、監視ポート上の別個の
監視検出器から取得してもよい。分散等化器の評価値
（ＦＯＭ）は、以下の式： ＦＯＭ＝分散 (ps/nm)/loss (dB) により定義される。
【００２８】群遅延測定は、伝送された信号により示さ
れる分散が信号帯域に関して平均化された値であること
に注意して、エタロン分散を直接計算するため使用され
る。5GHzに亘る平均化を行うとき、ある装置について測
定された分散は約1000ps/nmであった。従って、値1000p
s/nm が以下のＦＯＭの計算の間中で使用される。装置
の固有損失値として0.3dB を用いる場合に、無損失ビー
ムスプリッタ及びコネクタを用いて理論的に得られる分
散等化器の評価値ＦＯＭは、両方のチャネル間の僅かな
差異を無視することにより、3300ps/nm/dBである。
【００２９】サーキュレータ（ポート１乃至２及びポー
ト２乃至３）並びにコネクタを含む１チャネルの実際に
測定された損失は4dB である。従って、このチャネルに
対する分散等化器の評価値ＦＯＭは250ps/nm/dB であ
る。上記例と同じ条件下で他のチャネルに対し測定され
た総損失は2.5dB である。従って、分散等化器の評価値
ＦＯＭは400ps/nm/dB である。
【００３０】装置の伝送ウィンドウは非常に狭いので
（〜4GHz）、波長追跡が不可欠である。本発明の追跡方
法によれば、絶対信号電力レベルに依存することなく、
共振から外れた装置を追跡できるようになる。
【００３１】
【発明の効果】エタロンは、波長が信号と正確に揃えら
れる必要があり、単一の装置は、関心のある任意の波長
と揃うように同調させることが可能である。エタロンを
正確な動作点に固定するため本発明の技術を使用するな
らば、独立形の解決法が実現される。これは局部電力監
視を用いて実施しても良い。送信器と共に一体化するこ
とにより、圧電アクチュエータを取り除くことが可能に
なる。受信器と共に一体化することにより、同調制御ル
ープはアイクロージャ(eye closure) 情報を使用するこ
とが可能になるので、自動的に最適化された分散補償が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を組み込む光ファイバー伝送シス
テムの概要図である。
【図２】図１のシステムの他の実施例の概略的な形態を
表わす図である。
【図３】図１のシステムの他の実施例の概略的な形態を
表わす図である。
【図４】図１のシステムの他の実施例の概略的な形態を
表わす図である。
【図５】２台のエタロンの波長に対する遅延に関する応
答の説明図である。
【図６】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長応
答と微係数のグラフである。
【図７】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長応
答と微係数のグラフである。
【図８】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長応
答と微係数のグラフである。
【図９】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長応
答と微係数のグラフである。
【図１０】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長
応答と微係数のグラフである。
【図１１】異なるフィネスの値のエタロンに対する波長
応答と微係数のグラフである。
【符号の説明】
１ ソース送信器 ２ ３ポートサーキュレータ ３ 制御手段 ４ エタロン ５ ディザー発生器 ６ 結合素子 １０ 信号取得機能部 １１ 微係数発生器 １２ オフセット発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リチャード エドワード エプワース イギリス国，ハートフォードシャー シー エム21 ０ビーディー，ソーブリッジワー ス，ピシオベリ・ドライヴ，シーモア・ミ ューズ 18番

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも一方の反射面が部分的に反射
    する平行に配置された１対の反射面からなるエタロン装
    置用の制御システムであって、 上記エタロン装置の波長応答を制御する制御手段と、 上記エタロン装置の出力を監視する監視手段とにより構
    成され、 上記制御手段は、波長に関する上記出力の微係数の比に
    基づいて動作可能である制御システム。
  2. 【請求項２】 上記エタロン装置の上記波長応答又は上
    記エタロン装置の上流にある信号源にディザーを加える
    手段と、 上記エタロン装置に定常的なオフセットを加える手段と
    を更に有し、 上記オフセットを加える手段は上記の比に依存して制御
    され、 上記微係数は上記ディザーにより上記監視された出力に
    生じた変化から決定される請求項１記載の制御システ
    ム。
  3. 【請求項３】 上記制御手段は、平行な上記の１対の反
    射面の間の間隔を制御することにより上記波長応答を制
    御するため動作し得る請求項１記載の制御システム。
  4. 【請求項４】 上記エタロン装置はファブリーペロエタ
    ロン分散補償器であり、 上記制御手段は上記補償器の分散を一定に維持するため
    動作し得る請求項１記載の制御システム。
  5. 【請求項５】 送信器レーザーの下流にエタロン装置を
    含む光伝送システムにおいて上記送信器レーザーの出力
    波長を制御する制御システムであって、 上記エタロン装置の出力を監視する監視手段と、 波長に関する上記出力の微係数の比に基づいて、上記送
    信器レーザの出力波長を制御する制御手段とにより構成
    される制御システム。
  6. 【請求項６】 波長ディザーを上記送信器レーザーに加
    える手段を更に有し、 上記微係数は、上記ディザーによって上記監視された出
    力に生じた変化から得られる請求項５記載の制御システ
    ム。
  7. 【請求項７】 上記制御手段は、所定の波長で上記波長
    応答の１次微係数と２次微係数との比を一定に保つため
    動作し得る請求項５記載の制御システム。
  8. 【請求項８】 上記制御手段は上記２次微係数をゼロに
    保つため動作し得る請求項５記載の制御システム。
  9. 【請求項９】 上記制御手段は、上記波長応答の１次微
    係数の符号に従って動作し得る請求項５記載の制御シス
    テム。
  10. 【請求項１０】 請求項５記載の送信器レーザー、エタ
    ロン装置及び制御システムからなる光伝送システム。
  11. 【請求項１１】 請求項１記載の制御システムからなる
    エタロン装置。
  12. 【請求項１２】 出力を監視する監視手段と、 入力電力変動及び上記監視手段の特性とは実質的に無関
    係に分散を維持するため、上記監視手段の出力に基づい
    て波長応答を制御する制御手段とにより構成されるファ
    ブリーペロエタロン分散補償器。
  13. 【請求項１３】 請求項１記載の制御システムを含む光
    伝送システム。
  14. 【請求項１４】 ソース送信器及びエタロン装置からな
    る光伝送システム内でデータを伝送する方法であって、 上記エタロン装置の出力を監視する段階と、 波長に関する上記監視された出力の微係数の比を計算す
    る段階と、 上記比に基づいて、上記送信器の出力波長又は上記エタ
    ロン装置の波長応答を制御する段階とからなる方法。
  15. 【請求項１５】 少なくとも一方の反射面が部分的に反
    射する平行に配置された１対の反射面からなるエタロン
    装置を制御する方法であって、 上記エタロン装置の波長応答を制御する段階と、 上記エタロン装置の出力を監視する段階とからなり、 上記波長応答を制御する段階は、少なくとも波長に関す
    る上記出力の微係数の比に基づいて行われる方法。
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