JPH11202151A - 大容量波長分割マルチプレクサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ源から光ファイバを通して運ばれる多
数の波長が異なる光信号を空間的に組合わせる方法及び
装置を提供する。 【解決手段】 格子として例示されている分散性光学デ
バイスが、複数の信号を複合ビームに組合わせる。複合
ビームのサンプルが、同調可能なエタロンを通過させら
れ、センサ上へ導かれて解析される。エタロンは、各々
が各光信号の波長に順番に対応する通過帯域に連続的に
同調させられる。センサは波長変化によって生ずる各ビ
ームの角度のふれを測定し、そのレーザ源の各波長を調
整する制御信号を生成する。それによって装置は比較的
多数のレーザ源を信頼できるように多重化し、エタロン
及びセンサは、レーザのための波長制御信号をも生成す
るコントローラと共に動作して、正確なビーム整列及び
より効率的な多重化を保証する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的には光波長
分割多重化に関し、より詳しくは、別々の光ファイバ上
の波長の異なる複数の信号を、単一の光ファイバに沿っ
て、または空間を通して伝送するために単一ビームに組
合わせる技術に関する。本発明は、大容量レーザ通信シ
ステムに応用を有している。

【０００２】

【従来の技術】従来から光波長を多重化するために、二
色ビームスプリッタを有しているので分散格子及びプリ
ズムが使用されてきたが、これらの従来技術は多数の入
力チャンネルには不適であるか、またはエネルギの観点
から極めて非効率である。典型的には、多重化される光
信号は別々の光ファイバ上で使用可能であり、それらか
らの光を単一のファイバ内へ容易に導入する( launched
)ことはできない。更に、個々のファイバの小さい端を
密に離間させても、異なる空間位置から光が放出され
る。別の問題は、温度及び他のパラメータが時間と共に
変化すると、各レーザ源の表示波長の値がドリフトし得
ることである。波長がどのように変化しても、分散方式
を用いて組合わせる場合には、波長多重化に使用される
光学成分の整列に悪影響を与える。従って、比較的多数
の入力を処理することができ、そして波長のドリフトを
制御することによって整列を維持する出力ビームを信頼
できるように発生することができる光波長マルチプレク
サに対する要望が未だに存在している。本発明は、これ
らの要求を満足する。

【０００３】

【発明の概要】本発明は大容量波長マルチプレクサ及び
その使用方法に関する。要約すれば、そして一般的に言
えば、本発明の波長マルチプレクサは、光学分散デバイ
ス、及び波長の異なる複数の光ビームを波長に依存する
入射角で分散デバイス上へ導く手段を備えている。分散
デバイスは、実質的に共通の経路に沿って伝播する波長
の異なる複数のビームを含む複合出力ビームを発生す
る。マルチプレクサは、複合ビームの少なくとも一部分
を受けるように位置決めされている同調可能な光バンド
パスフィルタ、複数の光ビームの異なる波長に対応して
連続設定されるようにこの光バンドパスフィルタを同調
させる手段、共通の光経路からのビーム角度差（ビーム
角度差の測度は、波長誤差を表す）を測定し、同調可能
な光バンドパスフィルタから連続ビームを放出させるよ
うに位置決めされているセンサ、及びセンサから供給さ
れるビーム角度差の各測度から光源制御信号を生成する
手段を更に備えている。光源制御信号は波長補正フィー
ドバック信号であり、それによって別々のビームを整列
させ続ける。

【０００４】本発明の図示実施例では、光学分散デバイ
スは分散格子であり、複合ビームはこの格子から反射さ
れる。図示実施例の同調可能な光バンドパスフィルタは
同調可能なエタロンを含み、センサは同調可能なエタロ
ンからの出力光の角度のふれを検出するように位置決め
されている２セル・センサである。複数のビームを格子
上へ導く手段は平行化レンズを含み、好ましい形状のマ
ルチプレクサは格子から戻る複合ビームの経路内に配置
された鏡、及び実質的に共通の経路内に位置決めされて
いて同調可能なエタロンにおいて使用されるサンプルビ
ームを複合ビームから供給するビームスプリッタを更に
含んでいる。センサは、ある名目角度からのエタロン出
力ビームの角度差を測定する。この角度差は、出力ビー
ムに対応する源レーザの波長誤差を表す。マルチプレク
サの好ましい形状は、各レーザ波長に順番に対応する連
続的な狭い帯域幅にエタロンを同調させ、センサから得
た角度差測定からレーザ制御信号を生成するコントロー
ラをも含んでいる。この測定された角度差を最小にする
ために、及びビームの波長分割多重化を容易にするため
に、源レーザの波長は別々に制御される。

【０００５】本発明は、多数のレーザ光ビームを波長分
割多重化する方法にも関し、本方法は、別々に制御可能
なレーザ源から複数のレーザビームを生成するステップ
と、これらの複数のレーザビームを別々の光ファイバ内
へ導入するステップと、波長順にアレイ化された別々の
光ファイバから複数のレーザビームを放出させるステッ
プと、放出されたレーザビームを平行化し、平行化され
たビームを波長に依存する入射角で分散格子上に導くス
テップと、実質的に共通の戻り経路上を伝播する複合ビ
ームとして格子から光を反射させるステップと、複合ビ
ームからサンプルビームを分離するステップと、狭くバ
ンドパスフィルタリングするためにサンプルビームを同
調可能なエタロンを通過させるステップと、同調可能な
エタロンを制御し、異なる波長で動作している一連のレ
ーザ源の波長に対応する波長の一連の出力ビームを発生
させるステップと、一連のエタロン出力ビーム内の角度
差（波長誤差を表す）を測定するステップと、各エタロ
ン出力ビーム毎の測定された角度差に従ってレーザ源の
波長を制御するステップとを備え、それにより信頼でき
るレーザビームの多重化が得られる。

【０００６】以上の要旨から、本発明が波長分割マルチ
プレクサの分野に重要な進歩をもたらすことが理解され
よう。即ち、本発明は、比較的多数の波長の異なる別々
の光信号の多重化を提供する。本発明によれば、分散光
学デバイスを使用して別々のビームを併合し、レーザ源
（これらの源から信号を導出する）を絶えず調整してビ
ーム整列を維持することによって、効率的な多重化が達
成される。本発明の他の面及び長所は、以下の添付図面
に基づく詳細な説明から明白になるであろう。

【０００７】

【実施例】例示を目的とする添付図面に示すように、本
発明は 20 − 40 チャンネルのような比較的多数の光通
信チャンネルの光波長分割多重化に関する。本発明以前
に使用されてきた技術では、格子及びプリズムのような
分散デバイスを波長分割マルチプレクサに使用すること
が示唆されてきたが、多数のチャンネルに対して効率的
に多重化機能を遂行することはできなかった。本発明に
よれば、波長の異なる複数の光入力ビームを空間的に併
合するために分散デバイスが使用され、入力ビームを導
出する複数のレーザ源の波長安定度を維持するために同
調可能なエタロンが使用される。図１に示すように、複
数のレーザ１０は、光ビームを複数の光ファイバ１２へ
供給する。通信応用においては、ビームはある種の情報
信号で別々に変調されているであろうが、これは本発明
には関係がなく、従って図には示されていない。各レー
ザ１０は異なる表示波長を有している。公知のように、
レーザはコヒーレントで本質的に単色性の光ビームを発
生するが、レーザ波長は動作温度の変化及び電流の変化
に伴うドリフトを発生する。もし、複数の通信チャンネ
ルを形成している複数のビームを１つのビームに組合わ
せることができれば、それらは単一の光ファイバを介し
て、または空間を通して行先位置までより効率的に伝送
することができる。行先においては、波長分割逆多重化
することによって、別々のチャンネルを回復することが
できる。少数のチャンネルの場合には、別々のファイバ
１２内のビームは、単純な光学成分を使用して別々のビ
ームを単一のファイバ内へ導入するか、または空間内で
単一のビームとして組合わせることができる。入力チャ
ンネルの数が増加すると、この方法は実際的ではなくな
る。

【０００８】本発明の装置では、ファイバ１２の各端か
ら放出される光は概ね円錐形状に広がり、第１のレンズ
１４によって平行化される。平行化されたビームは分散
格子１６に衝突する。分散格子は、波長に依存する反射
角を与える。もしファイバ１２の端が波長の増加順に線
形アレイに配置されていれば、幾つかの波長の反射した
ビームがある共通の戻り経路上に位置するように、格子
１６を選択し、配置することができる。更に、もし格子
１６を適切に傾斜させれば、反射したビームは第１のレ
ンズ１４によって、光路から若干オフセットした位置に
配置されていて格子に向けられている鏡１８上に合焦す
るようになる。鏡１８から反射した複合ビームは第２の
平行化レンズ２０を通過し、受信機位置（図示してな
い）へ伝送させることができる。もし複合ビームを単一
の光ファイバ内へ導入させるのであれば、装置は、ビー
ムを小直径のビームに狭めて単一のファイバと整列させ
るための更に別のレンズ２２を含むことができる。

【０００９】本発明の別の重要な面によれば、第２の平
行化レンズ２０からの平行化されたビームの一部がビー
ムスプリッタ２４を使用して分離され、同調可能なエタ
ロン２６内に導かれる。エタロンは、狭い光バンドパス
フィルタとして機能する光空洞を含んでいる。同調可能
なエタロンにおいては、デバイスを所望の波長に同調さ
せるために、空洞の少なくとも一方の端鏡が運動可能で
ある。同調可能なエタロン２６からの光出力は、別のレ
ンズ２８によって２セル・センサ３０上に合焦される。
２セル・センサ３０は２つの隣接した光検出器を有し、
それらの出力はコントローラ３２へ接続されている。コ
ントローラ３２は以下の機能を遂行する。 （ａ）コントローラ３２は、同調可能なエタロン２６を
レーザ１０の表示波長に対応する連続周波数帯セッティ
ングを通して巡回させるための制御信号をライン３４上
に生成する。 （ｂ）コントローラ３２は２セル・センサ３０から各連
続周波数帯セッティングにおける入力信号を受ける。も
しエタロン２６の現在選択されている周波数帯に対応す
るレーザが、その指定された波長に正しく同調されてい
れば、そしてもし全ての光学成分が整列していれば、エ
タロン２６からの出力光ビームはレンズ２８によって２
セル・センサ３０の中心に合焦され、センサの２つの検
出器からは平衡した出力が発生する。もしレーザ波長が
低過ぎるか、または高過ぎれば、格子１６はそのレーザ
からの光を僅かに異なる角度で反射し、エタロン２６か
らの光は２セル・センサ３０の中心に衝突しなくなり、
センサ３０は不平衡出力信号を発生するようになる。 （ｃ）コントローラ３２は、フィードバック制御信号を
レーザ１０へ戻されるライン３６上に生成する。各レー
ザ１０の出力波長は、温度、電流、または両者の変化に
よって、制限範囲内に制御される。ライン３６上のフィ
ードバック制御信号は、（Ｎを制御されるレーザの数と
して）Ｎの各制御ループ毎に負のフィードバックを供給
する。各レーザ１０は、特定のレーザの出力がエタロン
２６によって同調されている時に、２セル・センサ３０
の出力が平衡するように制御される。つまり、各レーザ
１０はその指定された波長だけを生成するように、また
どのような波長ドリフトも最小になるように制御される
のである。各レーザが極めて高精度に制御されるので、
複数のレーザビームは信頼できるように、そして効率的
に整列し、単一のファイバまたはビームに多重化され
る。

【００１０】以上の説明から、高波長分割多重化の分野
に重要な進歩をもたらすことが理解されたであろう。詳
述すれば、本発明は、異なる波長の複数の入力ビームを
空間的に収斂させるための分散光学デバイスと、入力ビ
ームを導出する複数のレーザの波長を同調させるための
制御信号を供給する同調可能なエタロンとの組合わせを
含む。以上に例示の目的から、本発明の一実施例だけを
説明したが、本発明の思想及び範囲から逸脱することな
く種々の変更を考案できることも理解されたい。例え
ば、「光」または「光学」は赤外及び紫外領域のよう
な、電磁スペクトラムの可視光領域害の波長も包含する
ことを理解されたい。従って、本発明は特許請求の範囲
の範囲によってのみ限定されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に不可欠の特色を示すブロック線図であ
る。

【符号の説明】

１０ レーザ １２ 光ファイバ １４、２０、２２、２８ レンズ １６ 分散格子 １８ 鏡 ２４ ビームスプリッタ ２６ 同調可能なエタロン ３０ ２セル・センサ ３２ コントローラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大容量波長分割マルチプレクサであっ
   て、 光学分散デバイスと、 異なる波長の複数の光ビームを波長に依存する入射角で
   上記分散デバイス上に導く手段と、を備え、 上記分散デバイスは、実質的に共通の経路に沿って伝播
   する異なる波長の複数のビームを含む複合出力ビームを
   発生し、 上記波長分割マルチプレクサは、 上記複合ビームの少なくとも一部分を受けるように位置
   決めされた同調可能な光バンドパスフィルタと、 上記光バンドパスフィルタを、上記複数の光ビームの異
   なる波長に対応する連続セッティングに同調させる手段
   と、 上記同調可能な光バンドパスフィルタから放出される連
   続ビームのための上記共通の光経路から、ビーム角度差
   の測度を供給するように位置決めされたセンサと、を更
   に備え、 上記ビーム角度差の測度は、波長誤差を表しており、 上記波長分割マルチプレクサは、 上記センサによって供給される上記ビーム角度差の各測
   度から、波長補正のための光源制御信号を生成する手段
   と、を更に備えていることを特徴とする波長分割マルチ
   プレクサ。
2. 【請求項２】 上記光学分散デバイスは分散格子であ
   り、上記複合ビームは上記格子から反射されるようにな
   っている請求項１に記載の波長分割マルチプレクサ。
3. 【請求項３】 上記同調可能な光バンドパスフィルタ
   は、同調可能なエタロンを含み、 上記センサは、上記同調可能なエタロンからの出力光の
   角度のふれを検出するように位置決めされた２セル・セ
   ンサである請求項１に記載の波長分割マルチプレクサ。
4. 【請求項４】 波長分割マルチプレクサであって、 分散格子と、 異なる波長で動作する源レーザからの複数のレーザ光ビ
   ームを、波長に依存する入射角に沿って上記格子上に導
   くための、平行化レンズを含む光学成分と、 実質的に共通の経路に沿って上記格子から戻された複合
   ビームの経路内に配置された、鏡を含む付加的な光学成
   分と、 上記実質的に共通の経路内に位置決めされ、上記複合ビ
   ームからサンプルビームを供給するビームスプリッタ
   と、 上記ビームのサンプル内に位置決めされ、上記各源レー
   ザに順番に対応する選択された狭帯域幅で出力ビームを
   供給する同調可能なエタロンと、 ある名目角度からの上記エタロン出力ビームの角度差を
   測定するセンサと、を備え、 上記差は、上記出力ビームに対応する上記源レーザ内の
   波長誤差を表しており、 上記波長分割マルチプレクサは更に、 上記各レーザ波長に順番に対応する連続狭帯域幅に上記
   エタロンを同調させ、且つ上記センサから入手した上記
   差測定からレーザ制御信号を生成し、それによって上記
   源レーザの波長を制御して上記角度差を最小にし、且つ
   上記別々のビームの波長分割多重化を容易ならしめるコ
   ントローラと、を備えていることを特徴とする波長分割
   マルチプレクサ。
5. 【請求項５】 多数のレーザ光ビームを波長分割多重化
   する方法であって、上記方法は、 別々の制御可能なレーザ源から複数のレーザビームを生
   成するステップと、 上記複数のレーザビームを別々の光ファイバ内へ導入す
   るステップと、 波長順にアレイ化された上記別々の光ファイバからレー
   ザビームを放出させるステップと、 上記放出されたレーザビームを平行化し、上記平行化さ
   れたビームを、波長に依存する入射角で分散格子上へ導
   くステップと、 上記格子からの光を、実質的に共通の戻り経路上を伝播
   する複合光に反射させるステップと、 上記複合ビームからサンプルビームを分離するステップ
   と、 上記サンプルビームを狭くバンドパスフィルタリングす
   るために、同調可能なエタロンを通過させるステップ
   と、 上記同調可能なエタロンを制御し、異なる周波数で動作
   する一連の上記レーザ源の波長に対応する波長で一連の
   出力ビームを供給させるステップと、 上記一連のエタロン出力ビームの角度差を測定するステ
   ップと、を備え、 ある名目角度からの上記角度差は波長誤差を表してお
   り、 上記各エタロン出力ビーム毎の上記測定された角度差に
   従って上記レーザ源の波長を制御し、それによって上記
   レーザビームの信頼できる多重化を行うステップと、を
   備えていることを特徴とする波長分割多重化方法。