JPH11264943A - 調整可能な光学システムにおける波長追跡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学装置において光キャリアを有効に操作できる
よう光キャリアの波長の変化に応じてファイハ゛フ゛ラック゛回折格子
の動的調整を行うことを可能にする方法及びシステムを提供
すること。 【解決手段】 光キャリアの波長の変動に応じてファイハ゛フ゛ラック
゛回折格子を調整するためのシステム及び方法。アト゛／ト゛ロッフ゜
モシ゛ュールにおける調整システムの好適な実施形態は、3ホ゜ート光
学サーキュレータ(22)と、3本の光ファイハ゛(12,26,28)と、一連の
調整可能なFBG(30,32,34,36,38,40)と、広帯域光学ノイス゛
信号源(48)と、光学スヘ゜クトルアナライサ゛(50)と、FBG調整器(4
4)とを備える。動作時に、LEDが変調されたフ゜ローフ゛光を
生成し、該変調フ゜ローフ゛光がト゛ロッフ゜モシ゛ュール(20)に挿入され
る。該ト゛ロッフ゜モシ゛ュールを伝搬するLED光及び光キャリアがOSAに
より監視される。監視手順により、FBGの目的の波長に
関する状態、及び光キャリアの安定性及び不安定性が決定さ
れる。次いでFBG及び光キャリアの情報に応じてFBGが調整さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、光通信シ
ステムに関し、特に、光キャリアの波長の変動に応答す
るファイバブラッグ回折格子を用いた光学システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】世界中の情報を素早く伝えるために、光
(lightwave)ネットワークがますます使用されるように
なっている。光ネットワークは、導波路（典型的には光
ファイバ）により互いに接続された複数の局またはノー
ドを含む。光ファイバ内では、光パルスが最小限の損失
で長距離にわたり伝送される。光ネットワークにおける
従来の光パルスの光源はレーザダイオード（ＬＤ）であ
った。光ネットワークにおける光ファイバの各末端に
は、スイッチ、増幅器、マルチプレクサ、及びデマルチ
プレクサなどの様々なハードウェア装置が配設され、こ
れらは、該光ネットワークの機能にとって決定的に重要
なものとなる。

【０００３】ファイバブラッグ回折格子（以下ＦＢＧ）
は、様々な光ネットワーク装置において重要な構成要素
である。ＦＢＧは、光が発せられた方向に一定波長を有
する光エネルギーを反射させるよう作用する。導波路内
に一連の様々な波長が存在する場合には、ＦＢＧをフィ
ルタとして使用して、特定の波長を有する光エネルギー
を分離させることができる。

【０００４】ＦＢＧは、光導波路（典型的には光ファイ
バ）のコアに沿った屈折率の周期的な変化を確立する。
各周期において、光の一部が反射され、建設的な形の干
渉が生じることになる。格子周期に伴う屈折率の変化の
大きさとＦＢＧの長さは、反射されることになる波長の
範囲並びに反射効率を決定する要因となる。

【０００５】ＦＢＧのフィルタリング特性及び汎用性に
より、ＦＢＧは、波長安定化レーザ、ファイバレーザ、
遠隔ポンピング式増幅器、ラマン増幅器、波長変換器、
受動光ネットワーク、波長分割マルチプレクサ、デマル
チプレクサ、アド／ドロップマルチプレクサ、ばらつき
(dispersion)補償装置、利得等化器といった装置に使用
されるようになった。アド／ドロップマルチプレクサ
は、特定の信号またはチャネルを一群のチャネルに追加
し又は該一群のチャネルから削除することを可能にす
る。特定のチャネルの追加または削除は重要なものであ
る。その理由は、光データが多重化された状態で送信さ
れ、これにより、様々な波長の多数のチャネルが単一の
光ファイバを介して同時に送られることが多いからであ
る。アド／ドロップマルチプレクサを使用することによ
り、例えば８、16、又は64チャネルからなる群から特定
の１チャネルを選び出すことができる。ばらつき補償装
置は、異なる波長の光が異なる速度で伝わることに起因
して光パルスが拡散するときに現れる時間遅延を補償す
る。

【０００６】従来のアド／ドロップマルチプレクサ300
の一例を図１に示す。第１の３ポートサーキュレータ30
2は、入力ファイバ304、ドロップファイバ306、及び中
央ファイバ308に接続される。該中央ファイバは、４つ
のＦＢＧ310,312,314,316を備えており、及び第２の３
ポートサーキュレータ318に接続されて入力として機能
する。アドファイバ320及び出力ファイバ322もまた前記
第２のサーキュレータ318に接続される。ドロップ動作
では、入力ファイバ304から中央ファイバ308まで伝播す
る一群の光キャリアのうちの１つは、適当に構成された
ＦＢＧにより反射されてサーキュレータ302へと戻り、
ドロップファイバ306へ導かれる。アド動作では、光キ
ャリアは、アドファイバ320から第２のサーキュレータ3
18を介して中央ファイバへ導かれるが、出力ファイバ32
2を介した出力のために第２のサーキュレータ318へと反
射される。従来のアド／ドロップモジュールには、光キ
ャリアの波長の変動を調整する機能がなかった。ＦＢＧ
は、目的となる光キャリアの所定の波長について製造さ
れ、動的な調整は行われない。

【０００７】アド／ドロップマルチプレクサにおけるＦ
ＢＧの使用例は多数存在する。Huberの米国特許第5,55
5,118号は、光分割多重（ＷＤＭ）光通信システムにお
いて光キャリアの除去及び挿入を行う方法を開示してお
り、またHuberの米国特許第5,600,473号は、アド／ドロ
ップマルチプレクサを備えた光増幅システムを開示して
いる。Huberの特許は、ケーブルＴＶネットワークにお
いて光ケーブルＴＶ信号を処理するために使用されるタ
イプのアド／ドロップマルチプレクサにおけるＦＢＧの
使用法を開示しているが、光キャリアの波長の変動に応
じてＦＢＧを調整する機能については開示していない。

【０００８】また、Chawkiの欧州特許第EPO 0730172 A1
号は、光学サーキュレータと光誘導(photo-induced)ブ
ラッグ回折格子とを用いた光学アド／ドロップマルチプ
レクサを開示している。その開示技術は、一群の信号の
うち所定の波長を有する少なくとも１つの光信号の追加
又は除去を行うためにHuberのシステムと全く同様に機
能するものである。各ＦＢＧは、予め決められた波長に
設定され、ＦＢＧは、所定波長を有する信号を反射し、
それにより他の波長を有する信号を伝達させる第１の状
態に調整することができる。また、調整されたＦＢＧが
すべての信号を伝達する第２の状態に１つまたは複数の
ＦＢＧを設定することも可能である。Chawkiのアド／ド
ロップマルチプレクサは、図１に示したアド／ドロップ
マルチプレクサ300のように、２つのサーキュレータと
４つのＦＢＧとを有している。信号は、左側のサーキュ
レータを介して除去され、右側のサーキュレータを介し
て追加される。

【０００９】最近、C.R.Gilesによる論文「Lightwave A
pplications of Fiber Bragg Gratings」が、Journal o
f Lightwave Technology、Volume 15、No.8、1997年8月
で発表された。該論文では、４チャネルＦＢＧアド／ド
ロップマルチプレクサ及びＦＢＧばらつき補償装置が開
示されている。この２つの装置はどちらも、目的となる
光キャリアの波長の変動に応じてＦＢＧを調整すること
が可能なシステムを提供するものではない。

【００１０】上記の資料の全てにおける光データの伝送
は類似したものである。光ネットワークで光データを送
るために、導波路内で光がパルス化される。該光は、典
型的には既知の波長で送られ、該キャリア波長上にディ
ジタルデータが変調される。該キャリア波長は、光キャ
リアとして知られるものであり、その波長が伝送全体を
通じて一定である場合に最も有効なものとなる。キャリ
ア波長を一定に維持することは、ＦＢＧを利用する装置
にとって特に重要である。前述のように、ＦＢＧは、波
長に依存するものであり、典型的には特定の波長または
狭い波長帯域幅内で動作するよう作製される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】残念ながら、レーザダ
イオード等の従来の光源は、現時点で必要とされている
許容範囲内に波長がロックされた安定した光キャリアを
生成することができない。例えば、ＦＢＧは、1550nmの
単一波長において0.2nmの帯域幅を有する信号を有効に
フィルタリングすることができる。したがって、光キャ
リアの波長がＦＢＧの帯域幅を外れて変化する場合に
は、ＦＢＧのフィルタリング効率が大幅に低下する。こ
れは、様々な光キャリア波長を実施する能力を有する波
長調整可能ＦＢＧにも当てはまる。ＦＢＧのフィルタリ
ング効率が低下すると、アド／ドロップマルチプレクサ
やばらつき補償装置などの光学装置の有効性が低下す
る。光キャリアが不安定な場合、正しく調整されたＦＢ
Ｇを介して光キャリアが偶発的に伝播することが可能に
なってしまうことがある。逆に、光キャリアが不安定な
場合に該光キャリアがＦＢＧによって偶発的に反射され
てしまうことがある。

【００１２】したがって、アド／ドロップマルチプレク
サやばらつき補償装置等の光学装置において光キャリア
を有効に操作できるように光キャリアの波長の変化に応
じてファイバブラッグ回折格子の動的調整を行うことを
可能にする方法及びシステムが必要とされている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、光キャリアの
波長の変動に応じて可変ファイバブラッグ回折格子を調
整するためのシステム及び方法である。本発明の一実施
形態は、対象となるＦＢＧを含む導波路内への変調され
た広帯域光信号の挿入を含み、別の実施形態は、追跡回
折格子の変調と該変調された追跡回折格子により生成さ
れた光信号の監視と含むものである。これらの実施形態
は、様々な光学装置に使用することが可能であるが、ア
ド／ドロップモジュール及びばらつき補償装置への適用
に特に適したものである。アド／ドロップモジュールに
おける調整システムの好適な実施形態は、３ポート光学
サーキュレータと、該サーキュレータにより選択的に結
合される３本の光ファイバと、該光ファイバのうちの１
本に沿った一連の調整可能なＦＢＧと、広帯域光学ノイ
ズ信号源と、光学スペクトルアナライザと、ＦＢＧ調整
器とを備えたものとなる。

【００１４】光学サーキュレータは、第１、第２、及び
第３の光ファイバにそれぞれ結合された第１、第２、及
び第３のポートを有する。該サーキュレータの動作によ
り、第２のファイバは、第１のファイバから光キャリア
の入力を受容し、第３のファイバに１つまたは複数の光
キャリアを出力することが可能であるが、それ以外の場
合には各光ファイバは互いに分離される。調整可能なＦ
ＢＧは、第２のファイバに沿って配置され、目的とする
光キャリアの伝達特性が変化したことの検出に応じて動
的に調整される。この実施形態では、選択されたＦＢＧ
が、目的とする光キャリアを反射するよう「粗く」調整
され、目的とする光キャリアを後方反射する効率を高め
るよう動的に「細かく」調整される。

【００１５】光学スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）は、
光信号の伝達特性を監視するために利用される。対象と
なる伝達特性は、相対的または絶対的な波長の関数とし
ての透過率または反射率であることが好ましい。

【００１６】一実施形態では、ＬＥＤその他の適当な広
帯域光源が、光キャリアと同じ波長帯域で、振幅変調さ
れたプローブ光を生成する。該変調プローブ光は、第１
のカプラにおいて第１の光ファイバに導入される。変調
プローブ光は、サーキュレータ内を伝播し、動的に調整
可能なＦＢＧを備えた第２の光ファイバに入る。変調プ
ローブ光は、部分的にＦＢＧにより反射され、また、部
分的にＦＢＧを通って伝播する。反射されなかった変調
プローブ光と反射されなかった光キャリアとを組み合わ
せた信号の光エネルギーのわずかな部分が、第２の光フ
ァイバから取り出される。該組み合わせ信号の取り出さ
れたされた部分がＯＳＡへと導かれる一方、光キャリア
の光学エネルギーの大部分は、追跡処置(tracking proc
edure)による影響を受けていない状態のままとなる。

【００１７】ＯＳＡでは、ＬＥＤにより生成され変調さ
れた光と光キャリアとの両方が分析される。ＯＳＡは、
従来のロックイン(lock-in)技術を使用して、変調プロ
ーブ光を光キャリアから分離させる。１つまたは複数の
目的の光キャリアを効率的に反射するための１つまたは
複数のＦＢＧの条件は、ＦＢＧを伝播した変調プローブ
光の様々な波長における光出力を測定し、これを光キャ
リアの中心波長と比較することによって決定される。該
ＦＢＧの条件に関する情報を光キャリアの位置に関する
情報と組み合わせることにより、システム内のＦＢＧを
連続的に調整することができる。ＦＢＧの調整は、必要
に応じて実行され、コントローラにより実施される。

【００１８】上述のようなシステムは、アドモジュー
ル、ドロップモジュール、アド／ドロップモジュール、
ばらつき補償装置といった光学装置で使用することがで
きる。本発明の重要な利点は、変動する光キャリア波長
をＦＢＧの位置に対して追跡できることにある。次い
で、該追跡情報をコントローラに送り、光キャリア波長
の変動に応じてＦＢＧを調整することができる。該応答
性に優れたＦＢＧの調整により、目的の光キャリアを一
群の光キャリアから効率良くフィルタリングすることが
可能となる。該応答性に優れた調整はまた、光キャリア
の追加又は除去が意図されていない場合には、光キャリ
アがアドモジュールやドロップモジュール等の光学装置
内を最小限の損失で伝播することを可能にする。もう１
つの利点は、ＯＳＡが波長の較正を必要としないことに
ある。これは、ＯＳＡが、個々の光学信号の波長の絶対
的な測定値ではなく変調プローブ光と光キャリアとの間
の差を比較するからである。

【００１９】アド／ドロップモジュール等の光学システ
ムの代替的な実施形態では、ＦＢＧを追跡回折格子とし
て用いて光キャリアを追跡することができる。追跡ＦＢ
Ｇは標準的なフィルタＦＢＧとは区別可能なものであ
る。これは、追跡ＦＢＧが、狭い帯域幅を有し、僅かに
幅広い調整範囲を有し、及び反射効率が意図的に低くさ
れているからである。また、追跡回折格子は、反射した
信号をレシーバが識別できるように振幅または周波数が
変調される。この実施形態において光キャリアを追跡す
るために、追跡回折格子は、目的の光キャリアの光学エ
ネルギーのうちの少部分が反射されるよう調整される。
目的の信号は、サーキュレータを介して、第３のファイ
バ内にあるレシーバへと反射される。該レシーバは、追
跡回折格子からの特別に変調された信号を監視して、光
キャリアチャネルの中心を決定することができる。光キ
ャリアを連続的に追跡することにより、それに応じて関
連するフィルタＦＢＧを調整して、変動する光キャリア
を効率的に反射または透過させることができる。

【００２０】本発明の光学システムは、更に別の機能ま
たは代替的な実施形態を含むことが可能である。例え
ば、光ファイバの代わりに平面ガラスを導波路として使
用することが可能である。選択的なイオン化等で平面ガ
ラスを処理することによって、該平面ガラス内にＦＢＧ
を形成することが可能である。もう１つの実施形態で
は、後で接合して単一のファイバを形成する異なるファ
イバ部分の代わりに、様々な目的の波長を有する一連の
ＦＢＧを同一光ファイバ上に初めから形成することが可
能である。別の実施形態では、ＦＢＧは、レーザ光また
は高周波誘導を利用して調整される。最後に、バイパス
モードを有するアド／ドロップモジュールが開示され
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】図２及び図３を参照し、ドロップ
マルチプレクサ20等の光学システムの入力ファイバ12
に、レーザ等の光源（図示せず）から光パルスが供給さ
れる。現在、そのような光源からの光は、高効率の処理
に必要な高い精度で必ずしも送られるわけではない。即
ち、レーザで生成された光キャリアの波長（即ち周波
数）は、光ファイバ12に沿って送られる間に公称波長か
ら変動することがある。光キャリアの波長が公称波長か
ら変動すると、ＦＢＧのフィルタリング能力が大幅に低
下することがあり、その結果として、ＦＢＧを利用する
アド／ドロップマルチプレクサやばらつき補償装置等の
光学装置の機能に悪影響を与えることになる。従来のシ
ステムとは対照的に、本発明の方法及びシステムは、例
えばアドマルチプレクサ、ドロップマルチプレクサ、ア
ド／ドロップマルチプレクサ、ばらつき補償装置におい
て光キャリアの変動を継続的に追跡することができる。
次いで、光キャリアの継続的な追跡により収集された情
報を利用して、所望の波長を有する光キャリアを反射す
るよう適当なＦＢＧを調整する。

【００２２】好ましいドロップマルチプレクサの第１の
要素は、導波路である。図２は、光ファイバ12という形
の標準的な導波路を示す。しかしながら、本発明は、図
１２の加工ガラス等の他のタイプの導波路を利用するシ
ステムにも使用することができる。図２の光ファイバ12
は、ドープしたガラスからなる円筒状のコア14を有す
る。このコアは、光波が伝わる経路を提供するように特
別に処理される。コアは、ガラスクラッド16に囲まれて
いる。該ガラスクラッドは光の方向付けを助ける働きを
する。クラッドのガラスは、コアのガラスよりも屈折率
が小さい。ファイバのコアに沿って伝播する光は、コア
の方が屈折率が高いため、コアとクラッドの境界でコア
に向かって曲げられる。

【００２３】光ファイバの外側の層は、被覆体18であ
る。この光ファイバの被覆体は、コアとクラッドを環境
から守るものである。一般に、一組の光ファイバが束ね
られて光ファイバケーブルが作成される。光ファイバケ
ーブルにおいて、被覆体は、束ねたファイバからの光が
互いの信号と干渉するのを防ぐ。

【００２４】光ファイバ12という形の導波路について説
明したが、図１２の導波路94や、両端に拡張したコアを
有する熱膨張コア（ＴＥＣ）等の他の導波路を利用する
こともできる。

【００２５】ここで図３を参照する。好ましい実施形態
のドロップマルチプレクサ20は、３ポート光サーキュレ
ータ22を方向性光伝達装置として使用する。サーキュレ
ータの作用により、光キャリアは、指定された方向にだ
け通過することができる。第１の光ファイバ12を伝わる
光キャリアは、第１のポートからサーキュレータに入力
される。光キャリアは、サーキュレータを介して第２の
ポートに伝播し、さらに第２の光ファイバ26に伝播す
る。第２の光ファイバ26は、説明のため、サーキュレー
タ22から出力点29まで延びるものとする。サーキュレー
タは、第２の光ファイバを伝播する光キャリアを、第１
のファイバに伝播する光キャリアから分離させる。これ
に対し、サーキュレータは、第２のファイバから第３の
ファイバ28に光キャリアを導くが、光キャリアの逆の交
換を阻止する。

【００２６】また、ファイバ間で光キャリアを伝えるた
めに光カプラを使用することができる。光カプラは、他
の装置との協働して、第１のファイバ12に信号を追加し
たり除去したりするために使用することができる。光カ
プラは、信号を両方向に伝えることを可能にするもので
あるため、サーキュレータの方向特性を有さない。この
ため、光カプラは、光を一方向だけに伝えることができ
るアイソレータと共に使用されることが多い。光カプラ
は、いくつかの異なる特性を有するものであるが、それ
らは本発明の代替実施形態を構成するために使用可能な
ものである。

【００２７】前述のように、ＦＢＧは、光導波路のコア
に沿って周期的な屈折率変化を設定する。それぞれのＦ
ＢＧの特定の設計は、ＦＢＧが反射することができる光
の目的の波長を決定する。図３に、６つのＦＢＧ30,32,
34,36,38,40を直列に示す。該６つのＦＢＧは全て、目
的とする異なる波長をそれぞれ有するものである。

【００２８】６つのＦＢＧ30〜40は、波長が調整可能な
ものである。波長が調整可能なＦＢＧは、該ＦＢＧが一
定の波長範囲にわたって光キャリアを反射するよう該Ｆ
ＢＧの反射特性を変化させることができる。ＦＢＧの調
整は、多くの方法で実行することができる。従来の調整
システム44には、圧電素子を使用してＦＢＧを機械式に
調整するもの、温度制御素子を使用して熱的にＦＢＧを
調整するものがある。圧電素子は、ＦＢＧに機械的応力
や歪みを加えてＦＢＧの反射波長を変化させる。また、
ＦＢＧの温度を変化させると、ＦＢＧ温度調整係数に関
係するＦＢＧの目的の波長が変化する。抵抗加熱の利用
は、従来のＦＢＧの調整方法である。

【００２９】図３のＬＥＤ48は従来のＬＥＤである。Ｌ
ＥＤは広帯域の光信号を生成する。好ましい実施形態に
おいて使用されるＬＥＤは、そのＬＥＤ信号を光キャリ
アと区別できるよう変調される。ＬＥＤは、入力光ファ
イバ12に結合されて図示されているが、ＬＥＤは、光フ
ァイバ26等の他の位置に結合することもできる。ＬＥＤ
の代替策として、調整可能なレーザにより類似の広帯域
光信号を提供することも可能である。

【００３０】光学スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）50
は、光信号の様々な伝達特性を監視することができる最
低限の較正能力を有する基本的なＯＳＡとすることが可
能なものである。本発明で対象とする測定特性は、波長
の関数としての透過率と反射率である。ＯＳＡからの出
力は、電気接続51により送られる。

【００３１】ドロップモジュール内の波長追跡システム
の機能を図３ないし図６に関連して説明する。図３を参
照すると、ＬＥＤ48が、変調されたプローブ光を生成す
る。プローブ光は、第１の弱い（1〜5％）カプラ52にお
いて第１の光ファイバ12に挿入される。変調されたＬＥ
Ｄプローブ光は、サーキュレータ22を介して第２の光フ
ァイバ26に伝わる。次に、変調ＬＥＤプローブ光は、Ｆ
ＢＧを通って伝わり、変調ＬＥＤプローブ光と反射され
なかった光キャリアとの組み合わせ信号の僅かな部分
（即ち1〜5％）が、第２の光ファイバから取り出され
る。第２の光ファイバからの取り出しは、第２のカプラ
54を使って達成される。組み合わされた信号の取り出さ
れた部分はＯＳＡに導かれ、それよりも多い取り出され
なかった部分は、従来の伝達装置または信号処理装置に
導かれる。

【００３２】ＯＳＡ50において、変調プローブ光と光キ
ャリアの両方の波長が監視される。ＯＳＡは、例えばロ
ックイン法等の技術の方法を利用して、光キャリアから
変調されたＬＥＤプローブ光を分離させる。図４は、Ｏ
ＳＡで受け取った変調プローブ光56の出力スペクトルを
表す。出力スペクトルの谷58は、図３の６つののＦＢＧ
30〜40の波長の位置を表す。これらの谷は、６つのＦＢ
Ｇによって広帯域変調プローブ光が反射された位置を表
わすものであるため、該谷によってＦＢＧの反射状態が
識別される。

【００３３】図５は、ＯＳＡにおいて測定された波長分
割多重（ＷＤＭ）信号における６つの光キャリア60の出
力スペクトルを表すものである。ピーク62は、ＦＢＧに
より反射されない光キャリアを表わしている。連続した
２つのの小さな谷64は、光キャリアがＦＢＧによって反
射された波長を表わす。図４及び図５を一緒に見ると、
ＦＢＧの調整が信号伝達にどのように関係するかが分か
る。波長位置1では、ＦＢＧが光キャリアに合わせて調
整される。その結果、光キャリアはＯＳＡに伝わらずに
反射される。波長位置2では、光キャリアが存在する
が、これに対応するＦＢＧは該光キャリアの周波数から
少しずれて調整され、このため光キャリアがカプラ54に
通過し、ひいてはＯＳＡまで通ることができる。位置3,
6では、対応するＦＢＧは、光キャリアに合わせて調整
され、光キャリアは反射される。位置4,5では、対応す
るＦＢＧは光キャリアに合わせて調整されず、光キャリ
アはＯＳＡへと伝達する。

【００３４】時間と共に変動する光キャリアを有効にフ
ィルタリングするためには、光キャリアの変動を追跡
し、必要なときにＦＢＧを調整する必要がある。図３な
いし図５に示したシステムにおいて、光キャリア信号
は、ＤＣ検出を利用してＯＳＡにより追跡することがで
きる。その追跡結果は図５に相当する。ＦＢＧの反射波
長は、変調ＬＥＤプローブ光を監視することによりＯＳ
Ａで決定することができる。光キャリア波長及びＦＢＧ
反射波長に関連するフィードバックを組み合わせること
により、従来の調整システム44で必要とされたようにＦ
ＢＧを連続的に調整することができる。このシステム
は、ＦＢＧの反射波長に対する光キャリア波長の比に応
じて調整されるため、実際の波長測定を決定するための
ＯＳＡの較正は重要ではない。

【００３５】本発明の代替実施形態において、反射され
なかった光キャリアの伝達光エネルギーが小さすぎて図
３の位置においてＯＳＡ50が確実な分析を行うことがで
きない場合には、サーキュレータ22の第３の光ファイバ
28に別のＯＳＡを使用することができる。もう１つの実
施形態では、２つのファイバ26,28をそれぞれ監視ファ
イバから切り離し、スイッチを２つの監視ファイバに接
続することにより、１つのＯＳＡを第２のファイバ26と
第３のファイバ28の間で共有することができる。次い
で、該スイッチが、第２のファイバか第３のファイバの
どちらかを監視するために切り換えられる。別の実施形
態では、ＯＳＡを第２のファイバ26に組み込むことが可
能である。

【００３６】また、本発明は、アドモジュールに適用す
ることもできる。図６は、変調されたＬＥＤプローブ光
の光源82とＯＳＡ80を使用する波長追跡機能を備えたア
ドモジュール70を示す。動作時に、光キャリアは、第３
の光ファイバ72を介して加えらられ、広帯域ＬＥＤプロ
ーブ光信号は、カプラ90により、ＦＢＧを含む第２の光
ファイバ74に加えられる。ＬＥＤプローブ光は、一組の
光キャリアと共に、サーキュレータ76を介して第１の光
ファイバ84に送られる。次いで、ＬＥＤ光及び光キャリ
アのサンプルが、ＯＳＡカプラ78において取り出され
る。ＯＳＡは、光キャリアの中心波長とＦＢＧの目的の
波長とを監視する。コントローラ88は、光キャリアの中
心波長とＦＢＧの目的の波長とを比較することにより、
個々の光キャリアの反射または透過の必要に応じてＦＢ
Ｇを調整することができる。

【００３７】アドモジュール及びドロップモジュールを
別々に検討するが、これらの２つのモジュールを組み合
わせて、波長追跡機能を有する１つのアド／ドロップモ
ジュールを構成することが可能である。組み合わされた
アド／ドロップモジュールでは、アド信号がモジュール
のドロップ部分と干渉しないように、また共鳴キャビテ
ィがＦＢＧ間に発生しないように、アドＦＢＧとドロッ
プＦＢＧの間にアイソレータが必要になることがある。

【００３８】アドモジュール及びドロップモジュールに
加えて、図３と図６と関連して説明した装置をばらつき
補償装置と共に使用することが可能である。ＦＢＧを備
えたばらつき補償装置は、光キャリアの反射の間に作成
された波長依存の時間遅延を利用して、ＷＤＭ信号中の
個々の光パルスの時間的ばらつきの平衡をとる。ＷＤＭ
信号を作成する個々の光キャリアの波長の変動に応じて
ＦＢＧを調整することにより、時間遅延をより正確に修
正することができる。

【００３９】図７は、光キャリアを追跡するために異な
る方法を実施するドロップモジュール92の代替実施形態
を示すものである。該ドロップモジュールは、入力光フ
ァイバ91、サーキュレータ96、及び出力光ファイバ97を
有する。この実施形態は、変調ＬＥＤプローブ光を使っ
て光キャリアを追跡するのではなく、追跡ＦＢＧ94を利
用する。該追跡ＦＢＧは、帯域幅が狭く、調整範囲が僅
かに広く、反射効率が意図的に低くされているため、標
準的なフィルタリングＦＢＧとは異なるものである。ま
た、追跡回折格子の反射率は、振幅または周波数が変調
され、反射信号をレシーバで識別することができるよう
になっている。この変調方法は、「ディザリング」とも
呼ばれる。説明のために１つの追跡回折格子と１つのフ
ィルタ回折格子のみを示したが、より幅広い範囲の信号
を処理するためにフィルタ回折格子及び追跡回折格子を
更に加えることができる。

【００４０】この実施形態において光キャリアを追跡す
るために、光キャリア信号の全帯域幅にわたってディザ
リング追跡回折格子が漸進的に掃引される。光キャリア
の全帯域幅にわたって追跡回折格子を漸進的に調整する
ことにより、わずかな割合の光キャリアが光キャリアの
全帯域幅にわたり反射されることになる。目的の信号
は、変調された形でサーキュレータ96を介して反射さ
れ、第３の光ファイバ100に沿って配置されたレシーバ9
8に反射される。レシーバは、追跡回折格子94からの特
別に変調された信号を監視する。光キャリア信号の中心
は、ディザリングされた信号から生成された監視信号か
ら決定される。光キャリアを常に追跡することによっ
て、関連したフィルタリングＦＢＧ102は、変動する光
キャリアを効率的に反射または通過させるように動的に
調整することができる。

【００４１】フィルタＦＢＧの反射波長は、「波長_対_
温度_」または「波長_対_ひずみ」のルックアップテー
ブルにアクセスすることによりコントローラ104で決定
することができる。代替的には、追跡ＦＢＧ94の「波長
_対_温度」または「波長_対_ひずみ」の関係を求め、及
びフィルタＦＢＧと追跡ＦＢＧとの間の共有性を利用す
ることにより、フィルタＦＢＧの反射波長を決定するこ
とができる。

【００４２】コントローラ104は、フィルタＦＢＧ102の
動的な調整を行うために使用される。コントローラは、
例えば熱電冷却器を流れる電流を変化させることにより
ＦＢＧの温度を変化させる。この温度の変化は、サーミ
スタによって監視される。

【００４３】図８は、変動する光キャリアを追跡するた
めに追跡回折格子技術を用いたアドモジュール106の代
替的な実施形態である。該実施形態では、光キャリアが
第３のファイバ108を介してサーキュレータ107に導かれ
る。該サーキュレータは、ＦＢＧ112,114を有する第２
のファイバ110に光キャリアを送る。第１のＦＢＧは、
追跡回折格子112であり、第２のＦＢＧは、フィルタ回
折格子114である。追跡回折格子は、目的の光キャリア
の僅かなサンプルを反射するよう調整される。反射され
た部分は、第１のファイバ116を通り、僅かなサンプル
がカプラ120によってレシーバ118に取り出される。レシ
ーバは、ディザリング追跡信号を解釈し、次いで、回折
格子コントローラ122がレシーバからの情報に応じてフ
ィルタＦＢＧを調整することができる。追跡回折格子
は、調整回折格子が光キャリアの変動と一致して変動す
ることを可能にする時間間隔で継続的に光キャリアを追
跡することができる。

【００４４】図９は、追跡回折格子を用いた光キャリア
波長追跡システムを備えたドロップモジュール124の代
替実施形態を示すものである。この実施形態は、サーキ
ュレータ130に接続された３つの光ファイバを備えてい
る。第２のファイバ126は、変調された追跡回折格子128
及びフィルタ回折格子130を備えており、この両方の回
折格子は調整可能なＦＢＧである。光ファイバ132は第
３のファイバ134に接続され、レシーバ／コントローラ
機構136は、カプラと調整式フィルタＦＢＧ130に接続さ
れる。動作時には、光キャリアが第１のファイバ140に
よって第２のファイバに入力される。第２のファイバ内
の追跡回折格子は、目的の光キャリアの僅かな部分をサ
ーキュレータ138及び第３のファイバ134へと反射する。
第３のファイバ内のカプラ132において、光キャリア信
号の僅かなサンプル（通常は1〜5％）が取り出されてレ
シーバ／コントローラ136に送られる。レシーバ／コン
トローラ136は、該信号を処理して光キャリアの中心波
長を決定する。光キャリアの中心波長が既知である場合
には、コントローラは、フィルタＦＢＧを調整すること
ができる。フィルタＦＢＧは、典型的には、光キャリア
を完全に反射するか光キャリアを完全に通過させるよう
に調整される。

【００４５】図１０は、光波長追跡システムを有するド
ロップモジュール142のもう１つの代替実施形態を示す
ものである。この実施形態は、３ポートサーキュレータ
144に接続された３本の光ファイバを含む。第２のファ
イバ146はフィルタ回折格子148を含む。追跡ファイバ15
0及び追跡回折格子156は、第１のファイバ152に結合さ
れる。動作時に、第１のファイバ上のカプラ154が、光
キャリア信号の僅かなサンプルを取り出す。この光キャ
リアは、追跡回折格子によって追跡ファイバに沿って反
射される。レシーバ／コントローラ158は追跡ファイバ
に接続される。レシーバは、該信号を処理して光キャリ
アの中心波長を決定する。光キャリアの中心波長が既知
である場合には、コントローラは、フィルタＦＢＧを調
整することができる。追跡ファイバは主要な光キャリア
信号から分離されているため、レシーバにより識別され
るよう追跡回折格子を特別に調整する必要はない。

【００４６】図１１は、光キャリアの送信方法を示すも
のである。該方法の第１のステップ162は、一組の光キ
ャリアの入力用及び出力用に少なくとも３つの光学のポ
ートを有する第１の方向性光伝達装置を提供することで
ある。次のステップ164は、３つの光伝達経路がそれぞ
れ方向性光伝達装置の３つの光学ポートにそれぞれ接続
された、少なくとも３つの光伝達経路を提供することで
ある。次のステップ166は、少なくとも１つの調整可能
な回折格子を光伝達経路のうちの１つに光学的に接続す
ることである。調整可能な回折格子は、選択された光波
長を反射する能力を有するものである。次のステップ16
8は、光キャリアを、第１の光伝達経路に沿って第１の
方向性光伝達装置に入力することである。第１の光伝達
経路は、予め識別された３つの光伝達経路のうちの１つ
である。次のステップ170は、第２の光学伝達経路が、
少なくとも1つの調整可能な回折格子に光学的に結合さ
れている場合に、光キャリアを第１の方向性光伝達装置
から第２の光伝達経路に沿って出力することである。次
のステップ172は、光キャリアの少なくとも１つの透過
特性を追跡することである。最後のステップ174は、光
キャリアの透過特性の追跡により収集されたデータに応
じて、調整可能な回折格子を動的に調整することであ
る。回折格子は、光キャリアが反射されて一群の光キャ
リアから取り出され、一群の光キャリアに挿入されるよ
うに調整され、又は、波長のばらつきを補償するよう光
キャリアのパルスの時間形状(time-shape)が調節される
ように調整される。

【００４７】光学システムでのＦＢＧの使用に伴う１つ
の問題はクラッド損失である。図２を参照する。クラッ
ド損失は、ＦＢＧによって反射された光が光ファイバの
コアから該光ファイバのクラッドへと結合するときに発
生する。次いで、クラッド内の光が、コア内へと戻り、
該コア内を伝わる本来の光と干渉する。クラッド損失を
制御するために、ファイバのクラッド内に吸収リングが
形成される。該吸収リングは、クラッドにドーパントを
加えることにより形成される。クラッド内のドーパント
は、光がクラッドからファイバに戻るのを防ぐものとな
る。

【００４８】本明細書において、「導波路」は、光波情
報伝達用の伝達経路を確立するあらゆる構造のものとし
て定義することが可能である。光ファイバは好ましい導
波路であるが、前述のタイプのアド及び／またはドロッ
プモジュールに使用することができる導波路はそれ以外
にも存在する。代替的な導波路の一例として平面ガラス
がある。図１２を参照する。伝達経路197に沿って該ガ
ラスの屈折率を変化させることにより伝達経路197を画
定するイオン化パターンを設けることにより、平面ガラ
ス194を使用して光の方向付けを行うことが可能とな
る。回折格子196は、平面ガラスの内側に形成すること
ができる。該回折格子は、ガラス構造中に内部的に形成
され、光ファイバ内の回折格子と同様の特性を有するも
のとなる。

【００４９】光ファイバ内に形成されるＦＢＧは、従来
通り、同じ目的の波長を有する多数のＦＢＧを単一の光
ファイバ上に形成するプロセスで製造される。次いで、
単一の光ファイバが、個々のＦＢＧファイバ要素へと分
断される。図３に示したモジュールのように、異なる目
的の波長のＦＢＧを備えたファイバを形成するために、
別々に製造されたＦＢＧファイバ要素が結合され、様々
なＦＢＧを有する１つ連続したファイバが作成される。
アド／ドロップモジュールの代替実施形態では、異なる
目的の波長を有するＦＢＧを１本のファイバに形成する
ことができる。１本のファイバにＦＢＧを形成すること
により、単一ファイバにＦＢＧを結合することによって
生じる伝送損失を減少させることができる。

【００５０】ＦＢＧを調整する従来の方法には、圧電圧
縮及び熱抵抗加熱がある。これらの従来の方法は両方と
も本発明の実施形態に適用することができる。該従来の
方法の他に、代替的な方法を利用することもできる。２
つの代替的な調整方法として、レーザ光及び高周波誘導
の利用が挙げられる。

【００５１】レーザ光を使ってＦＢＧを調整する方法を
図１３を参照して説明する。同図は、光ファイバ内部に
形成されたＦＢＧ200を有する光ファイバ198を示してい
る。光ファイバは、ＦＢＧがある位置の光ファイバのま
わりに配置された環状の伝導材料202を有する。次い
で、レーザ光204が、回折格子を含むファイバ領域に系
統的に照射される。該レーザ光は、熱伝導材料に当たっ
て熱を生成する。回折格子を含むファイバ部分に照射さ
れるレーザ光の強度は、回折格子の目的の波長を操作す
る回折格子の温度に直接影響する。該レーザ光は、高い
精度で照射することが可能であり、該レーザ光の線量を
較正して応答性に優れた温度制御を実現することができ
る。

【００５２】次に、高周波誘導を利用してＦＢＧを調整
する方法について図１４を参照して説明する。同図は、
ＦＢＧがファイバ内に形成された光ファイバ206の外側
を示すものである。熱伝導材料からなる環状バンド208
が、ＦＢＧの位置のファイバの被覆体周囲に配置され
る。次に、導電ワイヤ210が熱伝導材料バンド208に巻き
つけられる。電圧が導電ワイヤ210に印加されると、高
周波誘導により熱伝導性バンドに沿ってＩ²Ｒによる熱
エネルギーが生成され、これによりＦＢＧが調整され
る。

【００５３】ドロップモジュールのもう１つの実施形態
を図１５に示す。同図は、バイパス機能を有するドロッ
プモジュールを示すものである。このシステムは、入力
ファイバ212、ドロップファイバ214、バイパスファイバ
216、回折格子ファイバ218、出力ファイバ220、一連の
ＦＢＧ222、及びスイッチ224を備えている。動作時に、
光キャリアが入力ファイバから伝播される。スイッチを
回折格子ファイバ218と接触させると、光キャリアが、
回折格子ファイバを通り、出力ファイバ220に伝播する
か、特定の回折格子により反射されドロップファイバ21
4を介して戻る。スイッチがバイパスファイバと接触し
ている場合には、光キャリアが、バイパスファイバを介
して出力ファイバまで直接伝わる。該バイパス式の実施
形態は、ＦＢＧ内に問題が生じた場合や、ＦＢＧを修理
したり交換したりしなければならない場合に、一群のＦ
ＢＧを完全にバイパスすることを可能にする。該バイパ
スモードの実施形態は、ドロップモジュールだけでなく
アドモジュールにも適用することが可能である。

【００５４】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。

【００５５】１．公称波長を有する光キャリアを受信す
るよう接続された入力を有する光路(26,97)と、前記光
路に沿って形成され、前記公称波長を有する前記光キャ
リアを選択的に反射するよう調整可能な、調整可能回折
格子(30,102)と、前記光路の反射特性をリアルタイムで
監視する反射率監視手段(50,98)と、前記公称波長に対
する前記光キャリアの波長の変動を補償するために、前
記反射率監視手段に応じて前記調整式回折格子を動的に
調整する回折格子調整手段(44,104)とを備えている、波
長追跡調整システム。

【００５６】２．前記監視手段が、前記光路(26)に光学
的に接続され、変調された光信号を前記光キャリアと組
み合わせて前記光路に挿入する、変調光信号発生器(48)
と、前記光路に光学的に接続され、前記光キャリアと前
記調整式回折格子の反射率とを監視する、光スペクトル
アナライザ(50)とを備えており、前記反射率特性が、前
記変調された光信号のリアルタイムでの反射波長を表す
ものである、前項１に記載のシステム。

【００５７】３．前記スペクトルアナライザが、波長の
関数として、前記調整式回折格子の反射率のリアルタイ
ム測定値に対して前記光キャリアの波長のリアルタイム
測定値を表す信号を出力するための出力(51)を有する、
前項２に記載のシステム。

【００５８】４．前記監視手段が、波長反射率に関する
連続的な調整に応じて前記光キャリアの前記公称波長を
含む波長の範囲を画定する変調追跡回折格子(94)を備え
ており、前記反射率特性が、前記変調追跡回折格子によ
って反射された変調追跡信号を表すものである、前項１
に記載のシステム。

【００５９】５．前記監視装置が、前記変調追跡回折格
子から前記変調追跡信号を受信するよう接続されたレシ
ーバ(98)を備えている、前項４に記載のシステム。

【００６０】６．光キャリアの送信方法であって、複数
の光キャリアの入力用及び出力用の少なくとも３つの光
学ポートを有する第１の方向性光伝達装置(22)を設け(1
62)、前記光学ポートと一対一で対応する少なくとも３
つの光伝達経路を設け(164)、調整された光キャリア波
長を反射するように調整された少なくとも１つの調整可
能な回折格子(30)を前記少なくとも３つの光伝達経路の
うちの１つに光学的に結合させ(166)、光キャリアを、
前記少なくとも３つの光伝達経路のうちの１つである第
１の光伝達経路(12)に沿って前記第１の方向性光伝達装
置に入力し(168)、前記少なくとも１つの調整式回折格
子に光学的に結合され、及び前記少なくとも３つの光伝
達経路のうちの１つである、第２の光伝達経路(26)に沿
って、前記第１の方向性光伝達装置から前記光キャリア
を出力し(170)、前記光キャリアの前記少なくとも１つ
の透過特性の前記追跡により生成されたデータに応じて
少なくとも１つの調整式回折格子を動的に調整する(17
4)、という各ステップを有する、方法。

【００６１】７．変調された広帯域光信号を前記調整式
回折格子(30)を含む前記少なくとも３つの光伝達経路(1
2)のうちの１つに挿入し、前記変調された広帯域光信号
が前記少なくとも１つの調整式回折格子に光学的に接続
した後に該変調された広帯域光信号を監視する、という
ステップを更に有し、該監視が、前記少なくとも１つの
調整式回折格子の目的の波長の決定に資するものとな
る、前項６に記載の方法。

【００６２】８．前記調整ステップ(174)が、前記変調
広帯域光信号の前記監視と、前記光キャリアの少なくと
も１つの伝達特性の前記追跡とに応じて、前記少なくと
も１つの調整式回折格子(30)の前記目的の波長を変更す
るステップである、前項６に記載の方法。

【００６３】９．変調追跡回折格子(94)を設けるステッ
プを更に有し、前記光キャリアの少なくとも１つの伝達
特性を追跡する前記ステップ(172)が、前記光キャリア
のキャリア波長を決定するために前記変調追跡回折格子
を調整するステップである、前項６に記載の方法。

【００６４】10．前記少なくとも１つの調整式回折格子
(30)を調整するステップ(174)が、前記光キャリアを前
記第１の方向性光伝達装置(22)に反射するステップを含
み、更に、前記光キャリアを第３の光伝達経路(28)に沿
って出力するステップを含み、前記第３の光伝達経路
が、前記少なくとも３つの光伝達経路のうちの１つであ
る、前項６に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【図１】サーキュレータ及びＦＢＧを用いる従来のアド
／ドロップシステムを示す説明である。

【図２】従来の光ファイバを部分的に切り欠いて示す斜
視図である。

【図３】本発明によるＬＥＤ波長追跡を用いたドロップ
モジュールを示す説明図である。

【図４】６つのブラッグ回折格子を有するシステムから
受信した変調ＬＥＤ光波の出力スペクトルを示すグラフ
である。

【図５】ＷＤＭ信号における６つの光キャリアの出力ス
ペクトルを示すグラフである。

【図６】本発明によるＬＥＤ波長追跡を用いたアドモジ
ュールを示す説明図である。

【図７】本発明の代替実施例を示す説明図である。

【図８】本発明の代替実施例を示す説明図である。

【図９】本発明の代替実施例を示す説明図である。

【図１０】本発明の代替実施例を示す説明図である。

【図１１】本発明によるアド／ドロップモジュールにお
ける光キャリアの追跡方法を示す説明図である。

【図１２】本発明によるＦＢＧを備えた平面ガラスを示
す斜視図である。

【図１３】本発明によるレーザ光を用いてＦＢＧを調整
するシステムを示す説明図である。

【図１４】本発明による高周波誘導を用いてＦＢＧを調
整するシステムを示す斜視図である。

【図１５】本発明によるバイパスモードを有するドロッ
プモジュールを示す説明図である。

【符号の説明】

20 ドロップマルチプレクサ 22 ３ポート光サーキュレータ 12 第１の光ファイバ 26 第２の光ファイバ 28 第３のファイバ 29 出力点 30,32,34,36,38,40 ＦＢＧ 44 ＦＢＧ調整システム 48 ＬＥＤ 50 光学スペクトルアナライザ 52 第１のカプラ 54 第２のカプラ

フロントページの続き (72)発明者 ダグラス・エム・バニー アメリカ合衆国カリフォルニア州94024, ロス・アルトス，クリントン・ロード・ 897

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】公称波長を有する光キャリアを受信するよ
   う接続された入力を有する光路(26,97)と、 前記光路に沿って形成され、前記公称波長を有する前記
   光キャリアを選択的に反射するよう調整可能な、調整可
   能回折格子(30,102)と、 前記光路の反射特性をリアルタイムで監視する反射率監
   視手段(50,98)と、 前記公称波長に対する前記光キャリアの波長の変動を補
   償するために、前記反射率監視手段に応じて前記調整式
   回折格子を動的に調整する回折格子調整手段(44,104)と
   を備えている、波長追跡調整システム。