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技術 波長安定化光送信装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 久保木勝彦
出願日 2000年1月21日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-017733
公開日 2001年7月27日 (18年11ヶ月経過) 公開番号 2001-203643
状態 未査定
技術分野 半導体レーザ 半導体レーザ 光伝送方式 光通信システム
主要キーワード マイクロ波空洞共振器 各基準波 基準波長光 結晶製 光周波数変調器 光コム 波長可変機構 波長制御信号
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図面 (8)

課題

波長多重型光送信装置において、複数の基準波長を元に、各光送信器光源波長を高精度に制御する。

解決手段

基準波長光源22は波長が異なる複数の基準波長λref1〜λref4を同時もしくは順次発生可能である。これら各基準波長は光合波器17によって分波され、光送信器1〜4に入力される。各光送信器1〜4では、入力された各基準波長に自身の光源波長λ1〜λ4を各々一致するよう、もしく波長差がある固有値になるように制御する。

概要

背景

近年の情報通信市場の急激な成長に伴い、より多くの情報を伝送できる光送受信装置の開発が活発に行われている。特に、1光ファイバ当たりの情報量が飛躍的に拡大できる波長多重型光送受信装置の開発が著しい。しかし光ファイバにおいて伝送損失が少ない伝送に適した波長帯域には限りがあるため、限られた波長帯域内で光信号多重化数を増大する必要がある。多重化数を増大するためには光信号各々の波長間隔を狭める必要がある。従来の波長多重型光送信装置光源として主に用いられてき半導体レーザ周囲温度駆動電流の変化によってその波長が大きく変動してしまう。

さらに、仮に半導体レーザの周囲温度を一定に保ち、かつ駆動電流も一定に維持したとしても、半導体レーザの組成の変化などにより、長期間では波長が変動してしまう現象が広く知られている。このような波長の設定値からの変動は、他の光信号との干渉を生じさせ、伝送品質の著しい低下、もしくは伝送不能な状態に陥る可能性がある。そのため、波長間隔を狭めた高密度波長多重光伝送システムを実現するためには、光送信機に何らかの波長監視機構及び波長可変機構を設け、設定波長からのずれを補正する制御が必須となる。

上記波長監視機構及び波長可変機構を設けた光送信装置として、図7に示すような光波長多重送信装置が知られている(例えば、公開特許公報、特開平10−209973号「光波長多重送信回路」)。すなわち、光送信器1…4から送出された各々が異なる波長λ1、λ2、λ3、λ4の光信号9〜12は、それぞれ光ファイバ5、6、7、8で光合波器又は光カプラ100に加えられ、合波され、波長多重信号110となり、光ファイバ104で光分岐器105に加えられる。波長多重信号110は光分岐器105によって分岐され、一部は波長多重信号111とし光ファイバ107で波長誤差識別部102へ送られ、他の部分は光ファイバ106で伝送される。

波長誤差識別部102では波長多重信号111に含まれている各々の波長の値と、各々の光送信器に予め割り当てられている波長の設定値との偏差を生成し、各々の偏差信号113を時分割波長制御信号生成回路101へ送出する。波長制御信号生成回路101では入力されてきた各々の偏差信号に基づき、現在の各信号の波長の値を予め割り当てられている波長の値へと制御する波長制御信号131〜134を生成する。波長制御信号131〜134は、各々の光送信器1〜4内の光源の温度を制御する信号、もしくは光源の駆動電流を制御する信号などが用いられる。波長制御信号131〜134は各々の光送信器1〜4に分配される。光送信器1〜4は波長制御信号131〜134に従って自身が持つ光源の波長を制御して、自光送信器に予め割り当てられている波長を送出する。

概要

波長多重型光送信装置において、複数の基準波長を元に、各光送信器光源波長を高精度に制御する。

基準波長光源22は波長が異なる複数の基準波長λref1〜λref4を同時もしくは順次発生可能である。これら各基準波長は光合波器17によって分波され、光送信器1〜4に入力される。各光送信器1〜4では、入力された各基準波長に自身の光源波長λ1〜λ4を各々一致するよう、もしく波長差がある固有値になるように制御する。

目的

従って、本発明の主な目的は、情報伝送に必要な情報以外の信号、すなわち波長制御のためのみの信号を各光信号に重畳することなく、光送信器の波長を安定できる波長安定化光送信装置を実現することである。

本発明の他の目的は、上記目的を達成すると共に、各光送信器のいずれかに障害が生じた場合、光送信器の差し替えによって他の光送信器へ影響を与えない波長制御ができる光送信装置を実現することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

各々波長の異なる光信号を発生する複数の光送信器と、上記各々波長の異なる光信号を合波して波長多重を得る合波手段とをもつ光送信装置であって、上記光送信器の外部に基準波長光源を設け、上記光送信器のそれぞれは、第1の光信号を発生する光源と、上記第1の光信号と上記基準波長光源からの第2の光信号から上記第1の光信号の少なくとも波長を制御する制御手段を具備することを特徴とした光送信装置。

請求項2

上記基準波長光源は、波長の異なる複数の波長基準信号光を発生し、上記制御手段は上記複数の波長基準信号光のうちの一の波長基準信号光を選択する手段と、上記選択された一の波長基準信号光で上記光源の発振波長の安定化を図る制御信号に変える制御回路を具備することを特徴とした請求項1記載の光送信装置。

請求項3

前記基準波長光源が前記光合波手段の出力側に配置され、該基準波長光源からの基準波長信号光は光合波手段を前記光送信器が送出する光信号とは反対方向に伝達することにより、該光送信器の各々に分配されることを特徴とした請求項1又は2記載の光送信装置。

請求項4

上記光合波手段として光合波器を用いることを特徴とした請求項3記載の光送信装置。

請求項5

上記光合波手段として光カプラを用いることを特徴とした請求項3記載の光送信装置。

請求項6

上記基準波長光源は生成する上記基準波長信号光に基準波長信号光であることを識別させるための識別信号重畳することを特徴とした請求項4又は5記載の光送信装置。

請求項7

上記基準波長光源が上記光合波手段の前段に配置され、上記基準波長光源からの上記基準波長信号光が上記光送信器のそれそれに直接結合する光伝送媒体をもつことを特徴とした請求項1記載の光送信装置。

請求項8

上記基準波長光源は生成する上記基準波長信号光に基準波長信号光であることを識別させるための識別信号を重畳する手段をもつことを特徴とした請求項7記載の光送信装置。

請求項9

上記基準波長光源は生成する上記基準波長信号光の各々に対応する各光送信器毎に固有な識別信号を重畳する手段をもつことを特徴とした請求項7又は8記載の光送信装置。

技術分野

0001

本発明は、波長安定化光送信装置、特に波長多重型光通信ステムに用いる波長が所定の値に制御される複数の光源を持つ光送信装置に関するものである。

背景技術

0002

近年の情報通信市場の急激な成長に伴い、より多くの情報を伝送できる光送受信装置の開発が活発に行われている。特に、1光ファイバ当たりの情報量が飛躍的に拡大できる波長多重型光送受信装置の開発が著しい。しかし光ファイバにおいて伝送損失が少ない伝送に適した波長帯域には限りがあるため、限られた波長帯域内で光信号多重化数を増大する必要がある。多重化数を増大するためには光信号各々の波長間隔を狭める必要がある。従来の波長多重型光送信装置の光源として主に用いられてき半導体レーザ周囲温度駆動電流の変化によってその波長が大きく変動してしまう。

0003

さらに、仮に半導体レーザの周囲温度を一定に保ち、かつ駆動電流も一定に維持したとしても、半導体レーザの組成の変化などにより、長期間では波長が変動してしまう現象が広く知られている。このような波長の設定値からの変動は、他の光信号との干渉を生じさせ、伝送品質の著しい低下、もしくは伝送不能な状態に陥る可能性がある。そのため、波長間隔を狭めた高密度波長多重光伝送システムを実現するためには、光送信機に何らかの波長監視機構及び波長可変機構を設け、設定波長からのずれを補正する制御が必須となる。

0004

上記波長監視機構及び波長可変機構を設けた光送信装置として、図7に示すような光波長多重送信装置が知られている(例えば、公開特許公報、特開平10−209973号「光波長多重送信回路」)。すなわち、光送信器1…4から送出された各々が異なる波長λ1、λ2、λ3、λ4の光信号9〜12は、それぞれ光ファイバ5、6、7、8で光合波器又は光カプラ100に加えられ、合波され、波長多重信号110となり、光ファイバ104で光分岐器105に加えられる。波長多重信号110は光分岐器105によって分岐され、一部は波長多重信号111とし光ファイバ107で波長誤差識別部102へ送られ、他の部分は光ファイバ106で伝送される。

0005

波長誤差識別部102では波長多重信号111に含まれている各々の波長の値と、各々の光送信器に予め割り当てられている波長の設定値との偏差を生成し、各々の偏差信号113を時分割波長制御信号生成回路101へ送出する。波長制御信号生成回路101では入力されてきた各々の偏差信号に基づき、現在の各信号の波長の値を予め割り当てられている波長の値へと制御する波長制御信号131〜134を生成する。波長制御信号131〜134は、各々の光送信器1〜4内の光源の温度を制御する信号、もしくは光源の駆動電流を制御する信号などが用いられる。波長制御信号131〜134は各々の光送信器1〜4に分配される。光送信器1〜4は波長制御信号131〜134に従って自身が持つ光源の波長を制御して、自光送信器に予め割り当てられている波長を送出する。

発明が解決しようとする課題

0006

上述の従来の技術では、波長多重された光信号に含まれている各々の光信号を識別し、それぞれの光信号の波長の値を測定する機構が必須となる。例えば、各光送信器内において送出する光信号に情報伝送帯域とは異なる低周波で光信号を微小強度変調しておく。これらの低周波信号を各光送信器毎で各々異なった値に設定しておき、波長誤差検出部では各々の低周波で同期検波を行うことにより、各光送信器の波長と予め各光送信器に割り振られている波長との偏差を検出できる。しかしこのような低周波での強度変調は本来の情報伝送には不必要であり、伝送品質劣化の原因の一つとなるという問題がある。

0007

他の光信号の識別及び波長を測定する機構として、波長誤差検出部で帯域通過波長可変フィルタもしくは分光器などを順次掃引しながら各々の光信号波長を測定し、予め各送信器に割り当てられた波長との偏差を測定する方式もある。しかし、各光信号自体に識別する情報が無いため、本来波長λ1であるべき光送信器1の波長がλ2に、本来λ2であるべき光送信器2の波長がλ1に入れ替わってしまったような場合には波長の修正が不可能となる問題がある。

0008

上記いづれの場合でも全ての光送信器と波長誤差検出部とは電気的な制御ループを構成している要素であるため、一つの光送信器を故障等の理由により差し替える場合に正常な他の光送信器の動作に支障を与える可能性があり問題となる。

0009

従って、本発明の主な目的は、情報伝送に必要な情報以外の信号、すなわち波長制御のためのみの信号を各光信号に重畳することなく、光送信器の波長を安定できる波長安定化光送信装置を実現することである。

0010

本発明の他の目的は、上記目的を達成すると共に、各光送信器のいずれかに障害が生じた場合、光送信器の差し替えによって他の光送信器へ影響を与えない波長制御ができる光送信装置を実現することである。

課題を解決するための手段

0011

上記目的を達成するため、本発明の光送信装置は、光送信装置内にある複数の光送信器が送出する光信号の波長、光強度、光位相等の光信号が有する情報を制御するため、上記光送信器外部から上記制御に用いる他の光信号を受信する機能を上記光送信器が有し、上記他の光信号によって上記情報を制御する制御部を上記複数の光送信器のそれぞれに設けて構成される。すなわち、他の光信号である波長が異なりかつ安定な複数の基準波長光信号を同時もしくは順次発生可能である基準波長光源と、上記基準波長光源から送出された各基準波長光信号を分波し、上記複数の光送信器に入力する手段と、各光送信器には、入力された各基準波長光信号の内、自光送信器に対応する基準波長光信号の波長に自身が持つ光源の波長を各々一致するよう、もしく波長差がある固有値になるように制御する制御部が設けられる。

発明を実施するための最良の形態

0012

以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。

0013

<実施形態1>図1は本発明による光送信装置の一実施形態の構成を示す図である。本実施形態の光送信装置は、各々異なる波長λ1〜λ4の光信号9、10、11及び12を発生する複数の光送信器1、2、3及び4と、光信号9、10、11及び12をそれぞれ伝送する光ファイバ5、6、7、8と、光ファイバ5…8からの光信号9、10、11及び12を合波して波長多重信号18に変換し、出射側の光ファイバ18に送出する光合波器17をもつ光送信装置であって、光送信器1、2、3及び4の外部に基準波長光源22を設け、光送信器1、2、3及び4のそれぞれは、第1の光信号を発生する光源と、上記第1の光信号と基準波長光源22からの第2の光信号を用いて上記第1の光信号の少なくとも波長を制御する制御手段をもつ。

0014

上記構成において、光合波器17は、マッハツェンダー干渉計型やアレイド導波路型等を用いて構成される。光ファイバ18は光サーキュレータ21に接続されている。光サーキュレータ21は光ファイバ18から入力された光信号を低損失で光ファイバ19へ送出する一方、光ファイバ20から入力された光信号を低損失で光ファイバ18へ送出する。光サーキュレータ21は磁気光学結晶ファラデー効果を応用したもの等既存のものが使用できる。光サーキュレータ21に接続された光ファイバ20には基準波長光源22が接続されている。このような接続によって、光サーキュレータ21は光ファイバ18から入射してきた波長多重光信号を低損失で光ファイバ19へ送出するとともに、基準波長光源22が送出する基準波長光を光ファイバ18側に低損失で送出する。

0015

光合波器17の出射端より入射された基準波長は光合波器の合波特性とは反対の分波特性によって波長毎に分波され、光ファイバ5〜8に各々分波された基準波長光信号13〜16として各光送信器1〜4へ送出される。分波された基準波長光信号13〜16の波長は各々λref1〜λref4である。各光送信器1〜4では、分波された基準波長13〜16の波長に、光送信器内の光源波長を一致、もしくは基準波長から一定の波長のオフセットを有して固定するような波長制御を行う。この動作の詳細については図6を使って後述する。このような波長制御を行うことにより、各光送信器1〜4が送出する光信号9…12の波長は基準波長光源22が送出する基準波長に従った波長となり、波長制御が行われる。なお、基準波長光源22が送出する波長λref1〜λref4の基準波長光信号は、同時に4つを送出しても、一定時間毎に送出してもよい。

0016

図2に上記実施形態で使用される基準波長光源22の一構成例を示す。この構成例は例えば論文IEEE Journal of Quantum Electronics, vol.29, 1993年の2693ページから2701ページの「Wide-Span Optical Frequency Comb Generator for Accurate Optical Frequency Difference Measurement」中に記載されている「光コムジェネレータ」と同様な構成である。

0017

波長がλrefである半導体レーザなどの光源201から出射された光信号202はハーフミラー203と207で構成されたファブリペロー共振器に入射される。このファブリ・ペロー共振器の内部にはさらにマイクロ波空洞共振器204が配置され、この内部にLiNbO3結晶製光周波数変調器が配置されている。このマイクロ波空洞共振器204にマイクロ波発振器206よりマイクロ波印加する。マイクロ波空洞共振器204は所定のマイクロ波周波数図2の例では100GHz)で共振するように設計されている。光信号202はファブリ・ペロ共振器内で多重反射を繰り返す際、LiNbO3結晶によっても光周波数変調を受ける。その結果、ハーフミラー207を透過してきた光信号には波長λref以外にλrefの長波側および短波側にλrefより100GHz(=0.8nm)の整数倍の波長だけ離れた波長が含まれる。この透過してきた光信号を集光用レンズ208で光ファイバ20へ送る。

0018

図3は上記実施形態における光源201の出力光信号の波長と光強度の関係を示す。光源201の波長λrefの長波側、短波側にマイクロ波発振器の発振周波数で等間隔に光信号が生成される。従って、マイクロ波発振器の発振周波数を波長多重信号の波長間隔と同一にすることで、複数の基準波長を同時に得ることができる。なお、光源201の波長は原子分子吸収線を用いた絶対波長安定化回路を用いて安定化することで、図3の全ての波長も同時に安定化される。

0019

<実施形態2>図4は本発明による光送信装置の他の実施形態の構成を示す図である。光送信器1、2、3、4、光ファイバ5〜8、光信号9〜12、光ファイバ18〜20、光サーキュレータ21、基準波長光源22は図1と同様な物であり、それらの動作も図1と同様である。本実施形態はは図1に示した第1の実施形態に比較し、の光合波器17が光カプラに置き換わったものである。光カプラ35は合波及び分波動作に波長選択性が無いため、出射側の光ファイバ18から入力された基準波長光信号は入力側の光ファイバ5〜8に等しく分配される。

0020

従って、基準波長光源22では波長λref1〜λref4の各々に固有識別信号を重畳して、各光送信器において波長制御の対象とすべき波長を選択する。各光送信器1〜4では基準波長光信号31〜34に含まれる波長λref1〜λref4の中から、自光送信器に固有の識別信号を有した波長を選択した後、自光送信器の光源波長を一致、もしくは一定のオフセットを有して固定するような波長制御を行う。なお、基準波長光源22が送出する波長λref1〜λref4の基準波長光信号は、同時に4つを送出しても一定時間毎に送出してもよい。

0021

また図4では光送信器が4つの場合を示しているが光送信器の個数は限定されない。さらに図4の実施形態では各光送信器1…4と光合波器17及び光合波器17と基準波長光源22を接続する光ファイバ18を使用した例を示しているが、相互の接続のためには光ファイバに限らず、光信号を伝達可能な物質(空気中も含む)であれば使用できる。

0022

<実施形態3>図5は本発明による光送信装置の更に他の実施形態の構成を示す図である。光送信器1〜4、光ファイバ5〜8、光信号9〜12、光合波器17、光ファイバ18は図1の同じ番号で示すものと実質的に同様な構成、動作である。本実施形態では、基準波長光源22は光ファイバ41〜44によってそれぞれ各光送信器1〜4に直接接続されている。基準波長光源22は各光送信器1〜4に対応した基準波長光信号45〜48を生成し、各々を光ファイバ41〜44を通して各光送信器1〜4へ送出する。各光送信器1〜4では、図6で説明するような波長制御を行う。

0023

図6は実施形態1、2、3の光送信器1…4の構成例を示した図である。光源51が送出する光信号61は光ファイバ55により光分岐器52に入射する。光分岐器52には光ファイバ56を通して基準波長光信号63も入射する。光分岐器52は2入力2出力の9:1光カプラなどで構成される。2入力2出力の9:1光カプラで構成された場合には、光分岐器52は光信号61の90%を光ファイバ56側へ光信号62として出射するとともに、光信号61の10%と基準波長光信号63の10%を同時に光ファイバ57側へ光信号64として出射する。光ファイバ57は透過波長可変型光学素子53に接続されている。

0024

透過波長可変型光学素子53としては、音響光学型波長可変フィルタや誘電体多層膜フィルタ機械的、もしくは温度的に掃引する可変光フィルタ等が利用できる。光信号64は透過波長可変型光学素子53に入射後、光ファイバ58へ光信号65として出射される。

0025

光ファイバ58は制御回路54に接続されている。制御回路54は、光信号65に含まれている基準波長光信号の強度が最大となるように透過波長可変型光学素子53の制御を行うための制御信号67を生成し、電線60を通して送出して、透過波長可変型光学素子53の透過波長の制御を行う。この際、基準波長光信号と光源51の光信号とを識別する必要があるが、基準波長光源22において基準波長光信号に識別信号を重畳しておくことで可能である。

0026

次に制御回路54は光源51の光信号が最大となるような光源51の制御信号66を生成し、電線59を通して光源51に送出して光源51の波長を制御する。この一連の動作によって、光源51の波長は対応する基準波長光信号の波長と一致する。なお図中で光ファイバで表した光伝送路は、光信号を伝達可能な物質(空気中も含む)であれば利用できる。

0027

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態では、光送信器が4つの場合を示しているが光送信器の個数は限定されない。さらに各光送信器と光合波器、及び光合波器と基準波長光源を接続するために光ファイバを使用した例を示しているが、相互の接続のためには光ファイバに限らず、光信号を伝達可能な物質(空気中も含む)であれば使用できる。

0028

さらに、基準波長光源からの基準波長光信号を分配する手段として図1図4図5の場合だけには限らない。例えば、光ファイバ5〜8の各々の途中に光サーキュレータを挿入し、各々の光サーキュレータを通して各光送信器へ基準波長光信号を分配するように構成してもよい。すなわち、各光送信器へ基準波長光源が生成した基準波長光信号を光学的に接続する手段は問わない。

発明の効果

0029

以上説明したように、本発明では各光送信器が送出する光信号に、情報伝送に必要な情報以外の情報を重畳する必要が無い。そのため伝送光信号の伝送品質が向上する。また各光送信器と外部の機器は光伝送路(光ファイバ等)でしか接続されておらず、波長制御のために電気的な接続が必要無い。そのため光送信器単体の故障等により差し替える場合にも、他の正常な光送信器に影響を与えることが無い。さらに各光送信器内に波長固定の光学素子を搭載していないため、光源として波長可変レーザを用いた場合には波長可変レーザの波長可変領域内で自由な波長に制御することができる。このように本発明を用いることにより、伝送品質が高く、高信頼で、設定波長の自由度が高い波長安定化光送信装置およびその波長安定化光送信装置を含んだ光伝送システムを構築できる。

図面の簡単な説明

0030

図1本発明による光送信装置の一実施形態の構成を示す図。
図2本発明の実施例中の基準波長光源を説明する構成図。
図3本発明の実施例中の基準波長光源出力信号例を説明する図。
図4本発明の他の実施例を説明する構成図。
図5本発明のさらに他の実施例を説明する構成図。
図6図6は実施形態1、2の光送信器1…4の構成例を示した図。
図7従来の光送信装置の構成を示す図。

--

0031

1,2,3,4:光送信器
5,6,7,8:光ファイバ
9,10,11,12:送信光信号
13,14,15,16:基準波長光信号
17:光合波器
18,19,20:光ファイバ
21:光サーキュレータ
22:基準波長光源
31,32,33,34:基準波長光信号
35:光カプラ
41,42,43,44:光ファイバ
45,46,47,48:基準波長光信号
50:光送信器
51:光源
52:光分岐器
53:透過波長可変型光学素子
54:制御回路
55,56,57:光ファイバ
58,59,60:電線
61,62:送信光信号
63:基準波長光信号
64:送信光信号:& 基準波長光信号
65:波長信号
66:制御信号
67:制御信号
100:光合波器又は光カプラ
101:波長制御信号生成回路
102:波長誤差識別部
104,106,107:光ファイバ
105:光分岐器
109:電線
110,111:送信光信号
113:波長誤差信号
121,122,123,124:電線
131,132,133,134:波長制御信号
201:光源
202:光信号
203,207:ハーフミラー
204:マイクロ波空洞共振器
205:LiNbO3結晶
206:マイクロ波発振器
208:集光用レンズ

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