JPH11351970A - 波長検出デバイス - Google Patents

波長検出デバイス

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JPH11351970A
JPH11351970A JP10162396A JP16239698A JPH11351970A JP H11351970 A JPH11351970 A JP H11351970A JP 10162396 A JP10162396 A JP 10162396A JP 16239698 A JP16239698 A JP 16239698A JP H11351970 A JPH11351970 A JP H11351970A
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light
optical path
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detection device
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Norihisa Naganuma
典久 長沼
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長検出デバイスに関し、特に波長多重光通
信方式において互いの波長間隔が近接する各信号光の波
長を厳密に管理する簡易で低廉な波長検出デバイスを提
供する。 【解決手段】 波長検出デバイスは、1つの伝搬光を光
路角度の異なる少なくとも3つの伝搬光に分割する光路
分割素子(35)と、前記光路分割素子から与えられた
伝搬光をそれぞれ異なる所定波長で濾波出力する1つの
波長選択素子(36)とを有し、前記波長選択素子から
濾波出力された所定波長の伝搬光の1つを信号光として
出力し、他の異なる所定波長の伝搬光を波長検出のため
のモニタ光として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は波長検出デバイスに
関し、特に波長多重光通信方式において互いの波長間隔
が近接する各信号光の波長を厳密に管理するための波長
検出デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在実用化に向けて開発が行われている
波長多重光通信方式では、0.8nm(100GHz)
ないし1.6nm(200GHz)といったきわめて近
接した波長間隔の信号光を8波から32波という多波長
で多重通信している。
【0003】このように、波長間隔が近接しているた
め、各信号光の波長は厳密な管理を必要とする。例えば
0.8nmの波長間隔では合分波器の通過帯域が0.2
nmに設定され、その内信号光の波長変動には0.1n
mが割り当てられる。これ以上波長がシフトすると隣接
チャンネルへのクロストークが問題となってくるため、
信号レーザの波長を一定波長に制御する機構が設けられ
ている。
【0004】また、極端な波長変動が生じた場合には、
その波長は完全に隣接チャンネルの波長領域までシフト
してしまい、その結果隣接チャンネルとの間の信号光の
干渉によって2チャンネルとも伝送不能となる。そのた
め、信号出力側には波長が極端にシフトした場合に、信
号光を出力させない波長選択機能が設けられている。
【0005】図1は、従来の波長検出デバイスの一例を
示したものである。図1において、レーザダイオード1
0から出力された波長λの信号光はコリメートレンズ1
1を介して平行ビームとなり対向するコリメートレンズ
15を介して光ファイバ16に入射される。その間に
は、カプラ12及び13が設けられ、さらに通過波長特
性λのバンドバスフィルタ14が配置される。この出力
ポート側に配置されたバンドバスフィルタ14は、波長
が極端にシフトした場合の信号光出力を防止する。
【0006】信号光の一部は前記カプラ12及び13に
よって分岐され、それぞれ対応する通過波長特性λ−α
及びλ+αを有するバンドパスフィルタ17及び18を
介して各コリメートレンズ19及び20に与えられる。
コリメートレンズ19及び20で集束された波長λ−α
及びλ+αからなる各信号光成分は対応するフォトダイ
オード21及び22により電気信号に変換される。
【0007】次段の差分増幅器23及びレベルメータ2
4は、各フォトダイオード21及び22から与えられる
出力電流の差分信号がゼロとなるポイントを検出する。
前記ゼロポイントは、2つのバンドパスフィルタ17及
び18の各通過波長特性λ−α及びλ+αの互いの交差
ポイント、すなわち信号光の中心波長である波長λと対
応する。
【0008】よって、図示しない制御回路によってレベ
ルメータ24の値が常時ゼロとなるようにレーザダイオ
ード10の信号光波長をフィードバック制御することで
(図1の点線)、信号光波長を一定の波長λに保持する
ことが可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の波長検出デバイスは、信号光路にカプラ12及
び13を2個挿入するため、それによる信号光の損失が
大きくなるという問題があった。また、波長選択素子と
して、各フォトダイード21及び22の各前段にバンド
パスフィルタ17及び18、及び出力ポート前にバンド
パスフィルタ14と計3個の波長選択素子が必要であ
る。その結果、ハード規模が大きくなり、さらに前記波
長選択素子はそれぞれ個別の調整を必要とし、製造コス
トが増大するという問題があった。
【0010】そこで本発明の目的は、上記種々の問題点
に鑑み、任意波長のコリメート光をホログラムにより異
なる光路角の複数のビームに分割し、前記各ビームを1
つの同じ波長選択素子に通すことで、主光軸に与えられ
る信号光と前記主光軸の周囲に置かれた受光素子に与え
られる2つのモニタ光のそれぞれに異なる波長特性を与
えた波長検出デバイスを提供することにある。
【0011】前記波長検出デバイスは、ビームを分割す
る1つの回折格子板とその出力から異なる波長特性の信
号光及びモニタ光を得る1つの波長選択素子とを用い、
信号損失の低減、ハード規模の低減、調整の不要、それ
による製造コストの低減等を実現する。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、1つの
伝搬光を光路角度の異なる少なくとも3つの伝搬光に分
割する光路分割素子と、前記光路分割素子から与えられ
た伝搬光をそれぞれ異なる所定波長の濾波出力する1つ
の波長選択素子と、を有し、前記波長選択素子から濾波
出力された所定波長の伝搬光の1つを信号光として出力
し、他の異なる所定波長の伝搬光をそのモニタ光として
用いる波長検出デバイスが提供される。
【0013】前記モニタ光は、前記デバイスに備えられ
た光電気変換素子によって各々電気信号に変換される。
また、前記信号光の伝搬光路中にはパワー分割素子が配
置され、前記パワー分割素子からの信号光の一部を前記
信号光のモニタ光として用いる。そのモニタ光も光電気
変換素子によって電気信号に変換される。
【0014】前記光路分割素子は、透過型回析格子(ホ
ログラム)、ビーム径より小さい頭頂部面を有する台形
プリズム等で構成される。また、前記波長選択素子は、
信号の入射角で通過波長が異なる回折格子、誘電体多層
膜やエタロン板などが使用される。
【0015】また本発明によれば、前記波長検出デバイ
スと、少なくとも2つの前記光電気変換素子からの電流
を相対比較してその電流差から前記信号光の波長を検出
する波長検出回路とから成る波長検出装置が提供され
る。前記波長検出装置は、信号光の信号源に対して前記
電流差を一定とするように帰還制御をかける制御回路を
有する。
【0016】さらに本発明によれば、前記波長検出装置
を用いて波長制御を行う波長多重光通信装置が提供され
る。そこでは、前記波長検出装置が多重化されるそれぞ
れの光チャネル毎に個別に配置され、また各波長検出装
置はプリエンファシス特性を与える減衰手段を備えるこ
とができる。前記減衰手段は、固定的に設定されるか又
は前記信号光のモニタ電流に基づいて制御される。
【0017】
【発明の実施の形態】先ず、本発明の具体的な動作につ
いて、図2〜5を用いて説明する。図2は、本発明によ
る波長検出デバイスの一構成例を示した図である。図2
において、入力ファイバ31はフェルール32に接着固
定される。コリメートレンズ33を固着したレンズホル
ダ34は、入力ファイバ31との焦点位置を調整した
後、前記フェルール32に溶接固定される。
【0018】図示しない信号光レーザからある波長で出
射された光ビームは、入力ファイバ31を通過して空間
に出射され、次にコリメートレンズ33を介して平行光
ビームに変換される。前記光ビームは、ホログラムビー
ムスプリッター付き回折格子板35を通過し、その回析
により一次、二次、及び三次の光ビームを主光軸46の
左右に分岐する。二次以上の高次光は、分岐パワーが一
次光の2乗、3乗と指数関数的に減少していくため本例
ではモニタ光として一次光47及び48だけを用いる。
前記一次光は主光軸の左右に等角度で出射される。
【0019】なお、前記ホログラムビームスプリッター
付き回折格子板35に代えて、図3に示すように円錐形
状の頂部側を切除した台形プリズム35’を光路分割素
子として使用することも可能である。なおこの場合に
は、台形プリズム35’の頭頂部面を光ビーム径よりも
小さくする必要がある。本例によれば信号光とモニタ光
との間のパワー比を形状に応じて任意に設定可能であ
る。
【0020】図2に戻って、前記ホログラムビームスプ
リッター付き回折格子板35からの信号光及びモニタ光
(一次光47及び48)は次段の誘電体多層膜により帯
域通過フィルタ36を形成した平行基板37に入射され
る。本発明では帯域通過フィルタ36を所定角度傾斜さ
せて使用する。ここでは、傾斜させた帯域通過フィルタ
36の動作を図4及び図5を使って簡単に説明してお
く。
【0021】図4は本発明による斜めに傾斜させた帯域
通過フィルタの動作説明図であり、図5は図4の入射角
−通過波長特性の一例を示している。図4に示すように
帯域通過フィルタ36を主光軸46に対して傾斜させた
場合、前記帯域通過フィルタ36に対して第1の一次光
47の入射角はΘ1、主光軸46の入射角はΘ2、第2
の一次光48の入射角はΘ3とそれぞれ異なり、それら
の角度はΘ3→Θ2→Θ1の順でだんだん大きくなる。
【0022】図5の(a)に示すように帯域通過フィル
タ36は、その通過波長(λ)が信号光の入射角(Θ)
に依存する性質を有することを示している。そのため、
同じ1つの帯域通過フィルタ36であるにも関わらず、
複数の入射角の異なる信号光に対してはそれぞれ別個の
複数の異なる通過中心波長特性を有することになる。
【0023】図5の(a)では、第1の一次光47の入
射角Θ1には通過中心波長λ1、主光軸46の入射角Θ
2には通過中心波長λ2、そして第2の一次光48の入
射角Θ3には通過中心波長λ3がそれぞれ与えられる。
つまり、中間の入射角Θ2の主光軸46の通過中心波長
λ2から見ると、モニタ光となる第1の一次光47に対
しては長波長(λ1)に、反対に第2の一次光48に対
しては短波長(λ3)に波長特性が設定される。
【0024】図5の(b)は、前記各波長λ1、λ2、
及びλ3に対する通過波長帯域特性の一例を示したもの
である。これより、通過波長特性は各波長λ1、λ2、
及びλ3を中心波長としたバンドパス通過帯域特性を示
すことが分かる。従って、中央に実線で示したλ2の通
過波長特性は図1の従来技術で示した出力ポート側のバ
ンドパスフィルタ14として機能し、また両側に点線で
示したλ1及びλ3の通過波長特性は同図におけるモニ
タ光用のバンドパスフィルタ17及び18として機能す
る。
【0025】再び図2に戻って、主光軸46上の信号光
の入射により、帯域通過フィルタ36からの信号光(波
長λ2)は帯域通過フィルタ36が形成された平行基板
37を通過してそのまま対向するコリメートレンズ40
に与えられ、そこで集光された信号光は出力ファイバ4
3に入射される。出力ファイバ43は、フェルール4
2、レンズホルダ41、球面擦りあわせパイプ44、及
びブロック45を用いて筐体30に光軸調整された状態
で固定される。
【0026】一方、第1及び第2の一次光47及び48
の入射により、帯域通過フィルタ36からの各モニタ光
(波長λ1及びλ3)は、平行基板37を通過してそれ
ぞれ対応するフォトダイオード38及び39に与えられ
る。各フォトダイオード38及び39はそれぞれの一次
光軸上に調整後固定され、その信号線は筐体30の電気
端子49−1〜49−4へワイヤボンディングされる。
【0027】図5の(b)に点線で示したように、第1
の一次光47と第2の一次光48の各波長特性は、主光
軸46の中心波長λ2で互いに交差するよう設定され
る。従って、図1の従来デバイスの制御例と同様に、フ
ォトダイオード38及び39で検出された各一次光信号
の信号電流は図示しない差分増幅器等に与えられ、そし
て図示しない制御回路等によってそれらの差分電流が常
時ゼロとなるよう制御される。
【0028】その結果、信号源となる信号光レーザの波
長は所望の値(本例ではλ2)に保持される。なお、信
号光レーザの波長制御は、例えば信号光レーザの波長−
温度特性を利用し、ペルチェ素子等を使った温度制御等
が行われる。
【0029】信号源側に問題が発生して信号光波長がシ
フトした場合には、主光軸46に対する帯域通過フィル
タ36の波長特性(図5の(b)の実線)により、信号
光は減衰を受けて十分に小さく抑圧されるため、例えば
本波長検出デバイスの次段の合波器で波長合成が行われ
るような場合でも隣接チャンネル波長への干渉は防止さ
れ、最悪でも自己チャンネルだけの障害で阻止する事が
できる。
【0030】上述した本発明の構成によれば、図1の従
来構成におけるカプラ12及び13は不要となり、また
前記ガプラの挿入による信号光の損失等の問題は生じな
い。さらに、図1の3個のバンドパスフィルタ17、1
8、及び14を1個の波長選択素子37に集約でき、そ
のフィルタ調整も不要である。
【0031】図6は、本発明による波長検出デバイスの
別の構成例を示した図である。図6において、図2と同
様なものには同じ符号を付しており、それらについてこ
こでは説明しない。本例では、信号源となるレーザダイ
オード50が筐体30の内部にすでに実装されている。
レーザダイオード50からの光レーザビームはコリメー
トレンズ51を介して平行光ビームに変換される。前記
光ビームは、ホログラムビームスプリッター付き回折格
子板35に与えられる。
【0032】これ以降の動作は、図2の例で説明したの
と同様であるが、本例の場合には信号光の経路上にアイ
ソレータ52とカプラ53が挿入される。前記カプラ5
3は信号光の一部を分岐し、それを信号光のモニタ用フ
ォトダイオード54へ与える。フォトダイオード54か
らの信号光モニタ電流は信号光の出力パワーを一定にす
る制御やその障害監視等に使用される。また、波長多重
伝送用のプリエンファシス機能を実現するのに使用する
こともできる。
【0033】なお、これまで述べた本発明による波長検
出デバイスは、ホログラムビームスプリッター付き回折
格子板35に入射される空間ビームにアイソレータを挿
入し、出力ポートを励起光合波の2芯ポートにする事な
どでポストアンプ用前段モジュールとして使用すること
も可能である。また、帯域通過フィルタは、誘電体多層
膜以外にも、エタロン板を使用することで同様の効果が
得られる。
【0034】図7には、ビーム分割素子と波長選択素子
の別の構成例を示している。図7の(a)は、図2若し
くは図6のホログラムビームスプリッター付き回折格子
基板35と次段の誘電体多層膜による帯域通過フィルタ
36とを1つの平行基板55の上に形成したものであ
る。本例では、帯域通過フィルタ36を回折格子基板の
裏面上に形成することでビーム分割素子と波長選択素子
とを1つの基板上に形成している。なお、この動作につ
いては図5で説明した入射角(Θ1〜Θ3)と通過波長
特性(λ1〜λ3)との関係がそのまま成立する。
【0035】図7の(b)は、ホログラムビームスプリ
ッター付き回折格子基板35からの主光軸46及び第1
の一次光と第2の一次光の各光軸47及び48上にそれ
ぞれ通過中心波長λ2、λ1、及びλ3の個別の帯域通
過フィルタ57、56及び58を設けた構成を示してい
る。本例によれば、波長選択素子56、57及び58の
数は従来例(図1参照)と同じ3個となるが、ビーム分
割素子35は1個と従来の2個のカプラと比べて少な
く、その分カプラの挿入による信号光の損失は減少す
る。
【0036】図8は、本発明による波長検出デバイスを
波長多重伝送システムに適用した場合の一構成例を示し
たものである。図8の(a)はシステム構成例を、そし
て図8の(b)はプリエンファシス特性例をそれぞれ示
している。図8の(a)において、波長多重される複数
の光源60−1〜60−nからの信号光は対応する本発
明による波長検出デバイス若しくは波長検出装置61−
1〜61−nに入力される。ここでは、波長検出デバイ
ス61−1〜61−nとして外部から信号光が入力され
る図2のタイプを使用している。
【0037】波長検出デバイス又は装置61−1〜61
−nで検出された中心波長のシフト量は、フィードバッ
ク制御回路62−1〜62−nによって各光源60−1
〜60−nの温度制御等(波長一定制御)に使われる。
波長検出デバイス又は装置61−1〜61−nからの各
一定波長の信号光は波長多重化装置(MUX)63に与
えられ、そこで各波長信号は波長多重され、その多重信
号は伝送ラインを介して対向システムへ送信される。
【0038】長距離伝送の場合、前記伝送ライン中に中
継用の増幅器64−1〜64−nが複数段挿入される。
この場合、光源60−1〜60−nが各々パワー一定制
御を行っていても、受信システム側で受信する多重信号
には各中継増幅器固有の波長−利得特性により、図8の
(b)の例に示すような波長−利得特性が付加される。
【0039】その結果、最悪の場合にはある波長の信号
光は受信できないという事態も生ずる。このような事態
を回避するため、図8の(a)の波長検出デバイス又は
装置61−1〜61−nに例えば図8の(b)の波長−
利得特性の逆特性を示すプリエンファシス用の減衰器6
5−1〜65−nを備える。前記減衰器65−1〜65
−nは各システム対応に固定的に設定してもよい。
【0040】または、図6の例で示した信号光のモニタ
電流を利用して、図示しない制御回路によりその内部に
固定的に設定されたプリエンファシス情報又は外部オペ
レータから必要に応じて設定されるプリエンファシス情
報に基づいて回路的に利得制御を行うように構成しても
よい。なお、前記フィードバック制御回路62−1〜6
2−nをそのような利得のフィードバック制御に併用す
ることも可能である。
【0041】
【発明の効果】本発明による波長検出デバイスは、ビー
ム分割素子及び波長選択素子にそれぞれ1つの素子だけ
を使用し、それらをまとめて1つの素子とすることも可
能である。従って、同じものを個別部品で構成する際の
調整も不要となる。また、信号光の光路上に波長検出用
のカプラを挿入する必要もない。よって、小型化、低コ
スト化、及び低損失化を同時に達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の波長検出デバイスの一例を示した図であ
る。
【図2】本発明による波長検出デバイスの一構成例を示
した図である。
【図3】台形プリズムを用いた光路分割素子の一例を示
した図である。
【図4】斜めに傾斜させた帯域通過フィルタの一例を示
した図である。
【図5】図4の入射角−通過波長特性の一例を示した図
である。
【図6】本発明による波長検出デバイスの別の構成例を
示した図である。
【図7】ビーム分割素子と波長選択素子の別の構成例を
示した図である。
【図8】本発明による波長検出デバイスを波長多重伝送
システムに適用した一例を示した図である。
【符号の説明】
10,50、60−1〜60−n…レーザ光源 11、15、19,20、33、40…コリメートレン
ズ 12、13、53…カプラ 14、17、18、36、56〜58…帯域通過フィル
タ 16、31、43…光ファイバ 21、22、38、39、54…フォトダイオード 23…差分増幅器 24…レベルメータ 35…ホログラムビームスプリッター付き回折格子板 37、55…平行基板 52…アイソレータ 61−1〜61−n…波長検出装置 62−1〜62−n…帰還制御回路 63…波長多重化装置 64−1〜64−m…中継増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04J 14/02

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1つの伝搬光を光路角度の異なる少なく
    とも3つの伝搬光に分割する光路分割素子と、 前記光路分割素子から与えられた伝搬光をそれぞれ異な
    る所定波長の濾波出力する1つの波長選択素子と、を有
    し、 前記波長選択素子から濾波出力された所定波長の伝搬光
    の1つを信号光として出力し、他の異なる所定波長の伝
    搬光を波長検出のためのモニタ光として用いることを特
    徴とする波長検出デバイス。
  2. 【請求項2】 前記モニタ光の各々を電気信号に変換す
    る光電気変換素子を有する請求項1記載の波長検出デバ
    イス。
  3. 【請求項3】 前記信号光の伝搬光路中に配置されるパ
    ワー分割素子を有し、前記パワー分割素子からの信号光
    の一部を前記信号光のモニタ光として用いる請求項1記
    載の波長検出デバイス。
  4. 【請求項4】 前記信号光のモニタ光を電気信号に変換
    する光電気変換素子を有する請求項3記載の波長検出デ
    バイス。
  5. 【請求項5】 前記パワー分割素子の入力側伝搬光路中
    に配置される光アイソレータを有する請求項3記載の波
    長検出デバイス。
  6. 【請求項6】 前記光路分割素子は、透過型回析格子
    (ホログラム)からなる請求項1〜5のいずれか1つに
    記載の波長検出デバイス。
  7. 【請求項7】 前記光路分割素子は、ビーム径より小さ
    い頭頂部面を有する台形プリズムからなる請求項1〜5
    のいずれか1つに記載の波長検出デバイス。
  8. 【請求項8】 前記波長選択素子は、信号の入射角によ
    り通過波長が異なる回析格子で形成される請求項1〜5
    のいずれか1つに記載の波長検出デバイス。
  9. 【請求項9】 前記波長選択素子は、誘電体多層膜で形
    成される請求項1〜5のいずれか1つに記載の波長検出
    デバイス。
  10. 【請求項10】 前記波長選択素子は、エタロン板で形
    成される請求項1〜5のいずれか1つに記載の波長検出
    デバイス。
  11. 【請求項11】 請求項1記載の波長検出デバイスであ
    って、前記光路分割素子及び波長選択素子に代えて、そ
    れらを結合して1つの光路分割波長選択素子で構成した
    ことを特徴とする波長検出デバイス。
  12. 【請求項12】 前記光路分割波長選択素子は、一方の
    面上に前記光分割素子が形成された基板の裏面上に前記
    波長選択素子を形成する請求項11記載の波長検出デバ
    イス。
  13. 【請求項13】 請求項1記載の波長検出デバイスであ
    って、前記波長選択素子に代えて、前記光路分割素子か
    ら与えられた伝搬光をそれぞれ異なる所定波長で濾波出
    力する各伝搬光毎に設けられた個別波長選択素子を用い
    ることを特徴とする波長検出デバイス。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の波長検出デバイスであ
    って、前記1つの伝搬光は、光ファイバから出射した光
    をレンズでコリメートしたビームであり、 前記光路分割素子は、前記光ファイバからの出射光をレ
    ンズでコリメートした1つのビームを光路角度の異なる
    3つのビームに分割し、 前記1つの波長選択素子は、前記分割されたビームを通
    過させたあと、1つのビームはレンズで光ファイバへ受
    光させ、他の2つのビームはそれぞれ個別の光電気変換
    素子に与える、ことを特徴とする波長検出デバイス。
  15. 【請求項15】 請求項2記載の波長検出デバイスと、 少なくとも2つの前記光電気変換素子からの電流を相対
    比較し、その電流差から前記信号光の波長を検出する波
    長検出回路と、から構成することを特徴とする波長検出
    装置。
  16. 【請求項16】 前記信号光の信号源に対し、前記電流
    差を一定とするように帰還制御をかける制御回路を有す
    る請求項15記載の波長検出装置。
  17. 【請求項17】 請求項16記載の波長検出装置を用い
    て波長制御を行うことを特徴とする波長多重光通信装
    置。
  18. 【請求項18】 前記波長検出装置を多重化されるそれ
    ぞれの光チャネル別に配置した請求項16記載の波長多
    重光通信装置。
  19. 【請求項19】 前記波長検出装置は、プリエンファシ
    ス特性を与える減衰手段を有する請求項18記載の波長
    多重光通信装置。
  20. 【請求項20】 前記減衰手段は、固定設定又は前記信
    号光のモニタ電流に基づいて制御される請求項19記載
    の波長多重光通信装置。
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