JPH02140028A - 波長多重光通信システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、１つの送信局と１つまたは複数の受信局と
の間で光ファイバを介して波長多重伝送を行うようにし
た波長多重光通信システムに関する。

〈従来の技術〉 光ファイバを介して光信号を伝送する光フアイバ通信と
しては、送信情報のすべてを受信するようにしたものや
、送信情報の中から必要な情報を選択して受信するよう
にしたものがある。前者の例としては、電話があり、後
者の例としては、放送のようなしのや、電話やファクシ
ミリ等の複数の端末が同一光ファイバから光分配された
情報を受信するようにしたしのがある。

後者の光フアイバ通信に波長多重伝送を採用したらのに
波長多重光通信がある。この波長多重光通信は、１本の
光ファイバを用いて双方向伝送が可能である事、大容舟
化か可能である事、異種・異速度の信号を独立したまま
伝送でき、信号チャンネル数の増設が容易である事など
の特長を何しており、更に可変波長選択素子を用いる事
によって、極めて経済性、拡張性に富んだ通信システム
の実現が可能である。

このような波長多重光通信システムとしては、従来、第
７図に示すようなものがある（特開昭５８−１１７７３
９号公報）。この通信システムは、送信局ｌに発信者１
０１，１０２，１０３からの信号が集められ、それぞれ
の信号は異なる発光波長を何する発光素子１１，１２．
１３にそれぞれ人力される。この発光素子１１，１２．
１３より発した光は光スターカブラ３５で混合され、光
ファイバ４０．４１．４２に分配される。

光ファイバ４０を伝送され、受信局２に達した光は、レ
ンズ８５によって平行ビームにされ、干渉フィルタ５５
に入射する。この干渉フィルタ５５は、特定の波長の光
のみを透過するが、その透過波長は光の入射角を変える
事によって可変となる。ここでは、干渉フィルタ５５の
光線に対する傾きを、駆動モーター５６によって変化さ
せている。受信者が、スイッチ９１によって信号の選択
を行うと、干渉フィルタ５５の傾きが制御されて、その
信号を伝送する波長の光だけが選択的に透過され、受光
素子７０に達し、ここで光信号は電気信号に変換され、
受信機９０に送られる。

この光通信システムは、可変波長選択素子を用いる事に
より、次の利点を有している。１つは受信側システムの
簡素化である。従来の波長多重光通信システムは、波長
多重化された光信号を一度すべて電気信号に変換し、そ
のあとで電気的スイッチによって受信すべき信号を選択
するようにしていたか、このシステムによれば、光信号
の段階で選択が行なわれるため、分波器の分波エレメン
ト、受光素子等の部品点数が大幅に削減される。もう１
つの利点は、多重度の拡張が容易に行なえる事である。

例えば送信局が新しい波長を用いて送信を開始しても、
受信側はシステムに変更を加えることなくそのまま受信
できる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記従来の波長多重光通信システムは、可変
波長選択素子として、光線に対する傾きを変化させる事
が必要な干渉フィルタ５５を用い、その傾きを変化させ
るために外部モーターで駆動するようにしている。この
ため、精密な機械的メカニズムと組合せる必要があり、
装置が大がかりになり、振動に弱く、また高価になると
いう問題がある。また、干渉フィルタ以外の可変波長選
択素子としてプリズムあるいは回折格子を用いても、素
子の傾きを変化させる事が必要であり、問題の解決には
ならない。

また波長多重光通信においては、多重度の増大はシステ
ムの効率化の上で重要であるが、現在、光源に主として
使われている半導体レーザーの発光波長のばらつき・変
動が大きいため、通常の固定波長の光合分波器と組合せ
た場合、波長多重度の増大が困難なものとなっている。

この欠点を解決する方法としては、特開昭５５１５８７
４４号公報や特開昭５ｉ７−２６７２０号公報に開示さ
れているように、回折格子型分波器の分波特性を全体と
してシフトしたり、特開昭６２−９００４２号公報に開
示されているように、回折格子型分波器とフ］・トダイ
オードアレイを用い、プログラマブル分波器としたりす
ることが考えられる。

前者の方法は、発光波長の温度依存性が使用波長によら
ずほぼ一定である性質を利用してその補償を可能にする
ものであるが、発光波長の初期偏差は補償できないとい
う問題がある。

また、後者の方法は、ある使用波長の光源の光が、複数
のフォトダイオード上に集光される様になっており、波
長のばらつきに対して、用いるフォトダイオードの組合
せを変えることにより、常に良好な受信状態を得る事が
でき、また、光源波長の初期偏差と温度依存を同時に補
償する事が可能であるが、フォトダイオードの後段に接
続するアナログスイッチ回路が大がかりなものとなり、
送信されてくる複数の波長信号のうち１つらしくは少数
の波長信号を選択的に受信する通信システムに適用する
には複雑ずぎるという問題がある。

これらの問題を解決する方法として、可変波長選択素子
を用いて、この可変波長選択素子の選択波長を受信すべ
き光の波長に同調させるようにしたのが上記従来の波長
多重光通信システムであるが、このシステムに用いられ
た可変波長選択素子としての干渉フィルタは、上述した
ようにその駆動装置が大がかりとなるため、応答速度が
遅く上記同調動作のような高速動作に適していないとい
う問題がある。

そこで、この発明の目的は、小型で振動に強い可変波長
選択素子を用いて、その選択波長を受信すべき光の波長
に同調させ、光源波長の初期偏差とその温度依存を補償
するようにした波長多重光通信システムを提供すること
にある。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するため、この発明は、発光波長が異な
る複数の光源と、上記複数の光源が発した光線を光ファ
イバに導入する光導入手段とを有する１つの送信局と、
上記光ファイバから出射された光のうちから選択された
波長の光を透過させる１つまたは複数の波長可変フィル
タと、上記波長可変フィルタの選択波長を制御する制御
手段と、上記波長可変フィルタが透過さ仕た光を受光す
る受光素子とを有する１つまたは複数の受信局との間で
、上記光ファイバを介して光信号を伝送するようにした
波長多重光通信システムにおいて、上記波長可変フィル
タがファプリーペロー型可変干渉フィルタであることを
特徴としている。また、この発明は、上記制御手段が、
上記波長可変フィルタを制御して選択波長よりも短波長
側と長波長側の各々において透過光量が大きくなるよう
にし、上記短波長側と長波長側における上記受光素子の
出力レベルを比較し、短波長側の出力レベルが長波長側
の出力レベルよりも大きい場合は選択波長を短波長側に
変化させる一方、長波長側の出力レベルが短波長側の出
力レベルよりも大きい場合は選択波長を長波長側に変化
させて、選択波長を受光すべき光信号の波長に同調させ
るようにすることができる。

〈作用〉 上記構成において、制御手段がファプリーペロー型可変
干渉フィルタの選択波長を制御し、受光素子か上記ファ
プリーペロー型可変干渉フィルタを透過した光を受光す
る。あるいは、上記制御手段が、上記波長可変フィルタ
を制御して選択波長よりも短波長側と長波長側の各々に
おいて透過光量が大きくなるようにし、上記短波長側と
長波長側における上記受光素子の出力レベルを比較し、
短波長側の出力レベルが長波長側の出力レベルよりも大
きい場合は選択波長を短波長側に変化させる一方、長波
長側の出力レベルが短波長側の出力レベルよりら大きい
場合は選択波長を長波長側に変化させて、選択波長を受
光すべき光信号の波長に同調させ、受光素子が上記ファ
プリーペロー型可変干渉フィルタを透過した光を受光す
る。従って、光源波長の初期偏差とその温度依存を補償
できる。

〈実施例〉 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１の実施例 第１図は本実施例のンステム構成図である。この波長多
重光通信システムは、第７図に示す従来例における干渉
フィルタ５５の代わりにファプリーペロー型可変干渉フ
ィルタ５０を用い、フィルタ制御回路９２がこの可変干
渉フィルタ５０をスイッチ９１によって選択された信号
の波長を透過させるように制御するようになっている。

その他の構成は従来例と同様であり、同一部品には同一
番号を付しである。

本実施例においては、発光素子１１，１２．１３として
それぞれ中心波長７８０，８３０，８９０ｎｍの半導体
レーザーを用い、上記ファプリーペロー型可変干渉フィ
ルタ５０もこの波長領域で動作するものを用いている。

ほかにも１．３μｍを中心とする波長帯域、あるいは１
．５５μｍを中心とする波長帯域などにおける波長多重
光通信を行ってもよく、またその方が光ファイバの低損
失領域にあたるため、特に長距離光通信システムにおい
て有利であろうと考えられる。

光スターカプラ３５は、通常の光合波器によって各波長
の光を１本の光ファイバにまとめ、さらに光分岐器によ
って光ファイバを分割する構成としてもよい。

光ファイバ４０．４１．４２は、送信局１と受信局２間
に光分岐が挿入され、その光分岐から新たな光ファイバ
を介して別の受信局が結ばれていてもよい。また、加入
者端局側から送信局側への信号伝送に共用してもよい。

送信局１は、直接発信者１０１，１０２，１０３からの
信号を集めるのではなく、−変則の送信局が集めた信号
を中継する中継局であってもよい。

本実施例に用いたファプリーペロー型可変干渉フィルタ
５０の断面図を第２図（ａ）に示す。

この可変干渉フィルタ５０は、次の様にして作製する。

まず、ガラスよりなる透光性基板５１Ｏ３５２０上に、
半透光性反射膜５１１，５２１を形成する。これらの反
射膜は、Ａｇ、Ａρ、Ａｕ等の金属膜であってもよいが
、ここでは誘導体Ｔ　ｉ　Ｏｔと５ｉＯｙの９層交互多
層膜を用いている。この反射膜の分光反射率を第３図（
ａ）に示す。すなわち、この反射膜は、波長８３０ｎ＋
＋＋で最大反射率をとる様に設計されており、使用波長
７８０〜８９０ｎｍにおいて９０％以上の反射率を有し
ている。次に、上記反射膜５１１，５２１上に、静電駆
動用電極５１５．５２５及びスペーサ５３０を薄膜形成
法によって形成し、基板５２０を反射膜５１１，５２１
が対向する様にスペーサ５３０に接触さ仕、両基板を静
電接合法により接合する。

対向する反射膜５１１と５２１の間は空洞であって、ガ
ラス基板５２０が印加された力Ｆに応じて変形ずろ事に
より、その空洞間隔ｄが変化する。

Ｆ＝Ｏのときの空洞間隔をｄ。とすると、比例定数をα
として、 ｄ−ｄｏ−αＦ　　　　・・・（り なる関係がある。なお、上記力Ｆは、電圧源５７０から
電極５１５，５２５間に電圧を印加した時に両電極間に
生ずる静電力である。

一般にファプリーペロー干渉計は、その内部光路長ｎｄ
（ｎは反射膜間媒質の屈折率）に応じて、複数の特定の
波長λ１．λ２．λ３・・・近傍の光を透過し、その他
の光はほとんど透過しない特性を有する。

λｍ＝　　　　　　　　　・・・（２）である。ただし
ｍは共鳴次数（＋ｎ＝１．２，３．・・りである。なお
（２）式は反射膜での反射の際に生じる光の位相シフト
効果を無視しである。この（２）式により、透過波長λ
ｍは、空洞間隔ｄまたは媒質の屈折率ｎを変えることに
よって変化させうる事がわかる。本実施例における可変
干渉フィルタにおいては、空洞間隔ｄを制御する事によ
って中心透過波長λｍを制御するようにしている。なお
媒質としてここでは空気を用いているが、流体（真空、
気体、液体）であれば特に制限はない。また、本実施例
においては、ｍ＝４の共鳴波長を中心透過波長として使
用する様設計した。このとき使用波長領域を７８０〜８
９０ｎｍとすると、空洞間隔ｄはほぼ１５６０〜１７８
０ｒ＋ｍの範囲で調整できればよい。

上記可変干渉フィルタ特性を第３図（ｂ）に示す。

横軸が波長、縦軸が分光透過率である。図中、曲線Ａ、
Ｂ、Ｃは、それぞれ中心透過波長を８９０゜８３０．７
８０ｎｍに合わせたときの分光透過率曲線である。この
曲線には、それぞれ副透過帯Ａ゛。

［３”（及びＢ”）、Ｃ゛等が存在するが、これらは使
用波長範囲外（斜線部）にあるため問題はない。

この図より、本フィルタを用いる事により、中心透過波
長と一致する発光波長に対しては良好な透過特性が得ら
れ、その他の発光波長に対しては良好な遮断特性が得ら
れる事が認められる。しかし波長多重度を十分高めよう
とすると、分光透過率曲線のすそ野（遮断特性の完全で
ない部分）の重なりによって、わずかに非同調波長の光
が受光される事が予想される。この影響を取除くために
は、光通信の信号変調法として光量レベルの微小変動の
影響を受けにくいパルス変調法（パルス化ＦＭ。

ＰＣＭ等）を用いる事が望ましい。

なお、ファブリーペロー型可変干渉フィルタとしては第
２図（ｂ）や第２図（ｃ）に示したものを用いる事もで
きる。

第２図（ｂ）は、外力によって干渉空洞間隔が制御され
る可変干渉フィルタの断面図である。この可変干渉フィ
ルタは、第２図（ａ）に示した可変干渉フィルタと比べ
て電極５１５，５２５がなく、駆動方式として、外力発
生機構５７１から外力伝達部５７５を介してガラス板５
２０に力を加えるようにしたものであり、その他の構成
は第２図（ａ）に示す可変干渉フィルタと同じである。

上記外力発生機槽としては、電磁力発生機構等がある。

また、外力伝達部５７５に相当する部分自体が外力を発
生するバイモルフよりなるようにしてもよい。

第２図（ｃ）は、半透光性反射膜５１１，５２１が形成
された対向するガラス板５１０，５２０を外部のホルダ
ー５３５によって支持した構造のファプリーペロー型可
変フィルタである。空洞間隔の制御は、ホルダーに組込
まれた圧電素子５８５が、その両端にある電極５８６，
５８７間に加えられる電圧に応じて伸縮する事を利用し
て行なわれる。

以下、上記ファプリーペロー型可変干渉フィルタの動作
方法と発光波長追尾同調法について述べる。

第４図（ａ）〜（ｃ）は、発光波長λＱのレーザー光ス
ペクトルと可変干渉フィルタの透過スペクトルの関係を
示すグラフであって、横軸は波長、縦軸は発光スペクト
ルに対して光量、透過スペクトルに対しては分光透過率
を示す。また第５図は波長可変フィルタの中心透過波長
λＬの時間的変化を示したグラフであり、横軸は時間、
縦軸は中心透過波長である。横軸上に示した（ａ）　、
　（ｂ）　、　（ｃ）の時間領域は、それぞれ第４図（
ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）に対応している。

最初、フィルタ制御回路９２（第１図）は、第４図（ａ
）に示す様に、可変干渉フィルタの透過スペクトル（中
心波長λｔ）を、発光波長λｇに接近する様走査する（
第５図参照）。波長λｔがλＣとある程度以上接近する
と、可変干渉フィルタの透過光量が増大しはじめ、それ
か一定レベルに達した時点で制御回路９２は発光波長追
尾同調動作を開始する。

この動作によって、可変干渉フィルタの中心透過波長λ
ｔは、光信号の変調周波数に比べて十分低い周波数ｆ（
例えば５ｌ−１ｚ〜５ｋＨｚ）で変調される。

本例では、周波数ｆの矩形波で交互にλｔ＋ΔλＬ。

λＬ−Δλｔに振られるものとする。ただしλｔは中心
透過波長λｔの時間平均である。このときの透過スペク
トルを、図４（ｂ）において、それぞれ曲線り１曲線Ｓ
で示す。

制御回路９２は透過スペクトルが曲線りの場合（中心波
長＝λＬ＋Δλｔ）と曲線Ｓの場合（中心波長＝λを一
Δλｔ）のそれぞれの平均受光ＩＮ＋、とＩＳを比較す
る。もしＩＳ：ｌＬなら、平均中心波長λｔは少し短波
長側に移されたのち、再び長・短に±Δλしたけ振られ
る。この動作を繰り返す事によって、平均中心波長、１
１はｌ５＝ＩＬとなる点、すなわち発光波長λＱに同調
される（第４図（ｃ）実線及び第５図）。

発光波長λＱが、発光素子の温度変化等によってλｇ°
に変化したとしても、平均中心透過波長λｔもλＱ′を
追尾するため、受信状態は変化しない（第４図（ｃ）点
線及び第５図）。以上の様にして受信状態の安定化が達
成される。

この動作において注意しなければならない点は、光信号
のレベルが平均してほぼ一定である必要があることであ
る。一般にデジタル信号においては「目と「０」が連続
しないコーディング法を使えば問題ないが、アナログ信
号の直接強度変調信号には適用できない場合がある。

本実施例においては、第２図（ａ）　、　（ｂ）　、　
（ｃ）に示すファブリーペロー型可変干渉フィルタを用
いたが、本実施例に示した変調法を適用できる応答度を
有し、使用波長帯域内に１つしか選択波長ピークをもた
ず、また、中心選択波長の伝達率が高く、選択波長帯域
以外の波長を十分阻止することができるしのであれば他
の形式の波長可変フィルタを用いてもよい。例えばファ
プリーペロー干渉計内に電気光学効果を有する媒質を用
い、その屈折率変化によって内部光路長を変化させるも
の、あるいは直交する２つの偏光子の間に複屈折率が印
加電圧によって変化する電気光学材料を挿入した乙の等
を用いてもよい。（参考：“エレクトローオブテイカリ
・ヂューンド・スベクトラル・フィルターズ：評論”、
ダブリュ・ジエー・ガニング著、オプティカル　エンジ
ニアリング、　　ｐ８３７．Ｖｏ１２ＯＮｏ、６（１９
８１）　（“Ｅ　１ｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌｌｙ　
ｔｕｎｅｄｓｐｅｃｔｒａｌ　ｆｉｌｔｅｒｓ：　ａ　
ｒｅｖｉｅｗ　、　Ｗ、Ｊ　、Ｇｕｎｎｉｎｇ。

０ｐｔｉｃａｌ　　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、　ｐ８３
７　、　Ｖｏｌ、２０゜Ｎｏ、６（１９８１））） 第２の実施例 第６図は本実施例の波長多重光通信システムにおける受
信側の構成を示す図である。ここで、送信側は第１の実
施例に示した構成（第１図）と同一であるため省略され
ている。

第６図において、光ファイバ４０から、異なる波長の光
源１１．１２．１３の混合光が出射され、レンズ８５で
平行にされた後、ファブリーペロー型干渉フィルタ５０
−１に入射する。そこで反射された光は反射鏡５２によ
って方向を変えられフィルタ５０−２に入射する。そし
て、このフィルタ５０−２で反射された光は反射鏡５２
によって方向を変えられ、フィルタ５０−３に入射する
。このように、光ファイバ４０を出射した光は３つのフ
ァブリーペロー型可変干渉フィルタ５０−１５０−２　
５０−３に順次入射する。

これらのファブリーペロー型可変干渉フィルタ５０−１
．５０−２．５０−３はそれぞれ光源１１゜１２．１３
の波長に同調されており、その同調波長の光のみを透過
する。各透過光はそれぞれ受光素子７１，７２．７３に
よって電気信号に変換されろ。

上記各フィルタ５０−１．５０−２．５０−３は、それ
ぞれ独立に第１の実施例で述べた受信安定化法により制
御される。フィルタ５０−２を例にとると、このフィル
タの同調波長における信号は受光素子７２によって電気
信号によって変換され、フィルタ制御回路９２−２に人
力される。この制御回路は、受光信号に基づいて第１の
実施例に示した受信安定化法によりフィルタ５０−２の
同調波長を制御する。以上の様にして、各波長毎に受信
安定化が可能になるため、光源の発光波長の偏差及び任
意の変動に対して受信が安定化される。

〈発明の効果〉 以上より明らかなように、この発明の波長多重光通信シ
ステムは、受信局側が、送信局から光ファイバを介して
送られてきた複数の波長の光信号から必要な光信号のみ
を選択受信するために、ファプリーペロー型可変干渉フ
ィルタを用いているので、装置が小型となり、振動に強
く、また、上記ファブリーペロー型可変干渉フィルタが
薄膜スペーサを介して上下の透光性基板を接合した構造
であるため量産性に浸れており、低価格化が可能である
。

また、この発明の波長多重光通信ノステムは、上記ファ
プリーペロー型可変干渉フィルタが実質上可動部分を持
たないため高速動作が可能であり、また、上記ファプリ
ーペロー型可変干渉フィルタの選択波長を制御する上記
制御手段が、上記波長可変フィルタを制御して選択波長
よりも短波長側と長波長側の各々において透過光量が大
きくなるようにし、上記短波長側と長波長側における上
記受光素子の出力レベルを比較し、短波長側の出力レベ
ルが長波長側の出力レベルよりも大きい場合は選択波長
を短波長側に変化させる一方、長波長側の出力レベルが
短波長側の出力レベルよりも大きい場合は選択波長を長
波長側に変化させて、選択波長を受光ずべき光信号の波
長に同調させろようにしているので、発光波長の初期偏
差や温度依存性によらず極めて安定した受信が実現でき
、そのことにより光源の発光波長を十分隣接させ、波長
多重度を増大させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例のシステム構成図、第
２図は上記実施例におけるファブリーペロー型可変干渉
フィルタの構造を示す断面図、第３図は上記実施例にお
けるファブリーペロー型可変干渉フィルタの特性を示す
図、第４図および第５図は上記実施例におけるファプリ
ーペロー型可変干渉フィルタの動作説明図、第６図はこ
の発明の第２の実施例における受信側のシステム構成図
、第７図は従来例のシステム構成図である。 １・・送信局、２・・・受信局、 ！１．１２．１３・・・発光素子、 ３５・・・光スターカブラ、 ４０．４１゜４２・・・光ファイバ、 ５０・・・ファプリーペロー型可変干渉フィルタ、７０
・・・受光素子、９０・・・受信機、９１・・・信号選
択スイッチ ９２・・・フィルタ制御回路。 特　許　出　願　人　　シャープ株式会社代　理　人　
弁理士　　前出　葆　はか１名第４図 （ａ） 今光透遵幸 （％） 分光反射宇 （％） 第５図 時間 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光波長が異なる複数の光源と、上記複数の光源
   が発した光線を光ファイバに導入する光導入手段とを有
   する１つの送信局と、上記光ファイバから出射された光
   のうちから選択された波長の光を透過させる１つまたは
   複数の波長可変フィルタと、上記波長可変フィルタの選
   択波長を制御する制御手段と、上記波長可変フィルタが
   透過させた光を受光する受光素子とを有する１つまたは
   複数の受信局との間で、上記光ファイバを介して光信号
   を伝送するようにした波長多重光通信システムにおいて
   、 上記波長可変フィルタがファブリーペロー型可変干渉フ
   ィルタであることを特徴とする波長多重光通信システム
   。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の波長多重光通信シ
   ステムにおいて、 上記制御手段が、上記波長可変フィルタを制御して選択
   波長よりも短波長側と長波長側の各々において透過光量
   が大きくなるようにし、上記短波長側と長波長側におけ
   る上記受光素子の出力レベルを比較し、短波長側の出力
   レベルが長波長側の出力レベルよりも大きい場合は選択
   波長を短波長側に変化させる一方、長波長側の出力レベ
   ルが短波長側の出力レベルよりも大きい場合は選択波長
   を長波長側に変化させて、選択波長を受光すべき光信号
   の波長に同調させるようになっていることを特徴とする
   波長多重光通信システム。