JPH08240822A - 利得制御可能な光フィルタ - Google Patents

利得制御可能な光フィルタ

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JPH08240822A JP7334369A JP33436995A JPH08240822A JP H08240822 A JPH08240822 A JP H08240822A JP 7334369 A JP7334369 A JP 7334369A JP 33436995 A JP33436995 A JP 33436995A JP H08240822 A JPH08240822 A JP H08240822A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光増幅システムのためのゲイン(利得)コン
トロール 【解決手段】 本発明は、異なった波長でのゲイン(利
得)コントロールを行うために、減衰ファイバー部分と
組み合わせたファイバーの反射形(回折)格子を利用す
る。本発明による、光のゲイン制御配置によって、異な
った周波数において、選択的にゲイン対波長の特性を改
善する一方で、WDMシステムにおいて望まれるよう
に、当該曲線の応答を効果的に平らにしたり、広い帯域
の波長を通じての複数の信号に対して正確な制御が提供
される。また、当該格子は、当該反射形(回折)格子上
での温度及び張力を調節することで、良好な調整状態を
備えるように遠隔的に制御されることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
関し、特に、異なった波長でのゲイン(利得)コントロ
ールを行うための、減衰光ファイバ部分と組み合わせた
光ファイバの反射形(回折)格子の利用に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】光通信システムは、情報信号の通信路に
利用可能な広い帯域幅を有するため、望ましいものと考
えられている。しかしながら、信号のコンテントにとっ
て、広い帯域幅が利用可能であるということは、また、
同じ帯域幅上にノイズ(雑音)が存在し得ることを許容
するものであり、従って、所望の信号と望まれないノイ
ズ(雑音)の両方が光システムの増幅器によって増幅さ
れるのである。加えて、希土類元素を添加した光ファイ
バ状の増幅器(エルビウムあるいはエルビウム−イッテ
ルビウムを添加したような)は、幅広い帯域を有する光
増幅器として有用である一方で、そのゲイン(利得)が
当該光の波長にわたって均一でないという重要な欠点を
有している。このことは、複数の波長が同時に増幅され
る、波長分割多重化(WDM)システムにおいて、特に
重要な問題となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】広い帯域を有する光増
幅器について、ゲイン(利得)対波長の曲線を、いわば
平らにすることを企図した複雑な受動フィルタの利用
は、これまでは、過度の損失を導入する手法であった。
米国特許番号No.5,283,686において論じら
れている、その他の手法は、エルビウム添加の光ファイ
バ状光増幅器を狭い帯域幅を有する光フィルタと結びつ
けることであった。光フィルタは、光屈折効果により光
ファイバ内に誘起された、光ファイバ内ブラッグ(回
折)格子から形成されており、当該格子が所望の信号を
構成する、非常に狭い帯域の波長を反射するものであ
る。しかしながら、このようなアプローチは、異なった
周波数において、選択的にゲイン(利得)対波長の特性
を改善する一方で、WDMシステムにおいて望まれるよ
うに、当該曲線の応答を効果的に平らにしたり、広い帯
域の波長を通じての複数の信号に対して正確な制御を提
供したりするものではない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明においては、光シ
ステムに対するゲイン(利得)制御あるいはゲイン(利
得)の等化は、スペクトルの制御において、適切な波長
を有する高損失のいわゆる、減衰光ファイバを直列に相
互接続させた、単一モードフィルタの光ファイバの反射
形(回折)格子を組み合わせて用いることで備えられて
いる。そこで、異なった波長における相対的な損失(低
透過性)は、目標とされた周波数における所望のゲイン
(利得)(高透過性)と同じ程度に調整されている。直
列に配置された格子は、所望の信号の波長あるいは帯域
において、実質的に100%反射することが可能であ
り、直接に減衰光ファイバへと送り込まれることが可能
である。選択的には、ゲイン(利得)を等化したり、所
望の帯域間で低透過性を設定したりすることが望まれて
いるときには、当該格子のゲイン(利得)は、100%
反射よりも低くされることが可能である。また、当該格
子は、当該反射形(回折)格子上での温度及び張力を調
節することにより、離れた位置における損失曲線の調整
を備えるように、ピーク反射波長を遠隔的に制御可能と
なされることができる。
【0005】本発明の一つの側面においては、一つもし
くはそれ以上の反射形(回折)格子及び高損失の光ファ
イバ部分が相互接続され、光サーキュレータ(循環器)
の一つのポートに結合されている。信号は、広い帯域の
(光)増幅器から第一の光ポートへと接続されており、
ゲイン(利得)を修正された信号は、サーキュレータ
(循環器)の第三のポートにおいて形成されている。融
合形の光ファイバスプリッター(分岐器)の挿入損失が
許容できるものであるか、あるいは光増幅器によって補
償されうるものである場合には、当該サーキュレータ
(循環器)は、このような融合形の光ファイバスプリッ
ター(分岐器)に置き換えられ得るものである。
【0006】また、本発明のその他の実施例において
は、異なった所定の波長のチャネルにおける信号強度を
調整するように、光増幅器の出力が、アイソレータ(分
離器)を経由して、それぞれ100%以下の反射性を有
する、一つもしくはそれ以上の反射形(回折)格子へと
結合している。不要なもしくは必要とされない信号につ
いては、各アイソレータ(分離器)へと反射され、戻さ
れる。
【0007】各信号間あるいは信号とノイズ(雑音)の
比を均一化するか、あるいは、その他の何らかの望まし
い比へ相対的な強度を調整するように、信号強度を調整
することを希望しうるという点は留意すべきである。重
要な点としては、光のゲイン(利得)制御配置の各個別
の実施例は、ゲイン(利得)対波長の曲線について、良
好な調整状態を備えるように遠隔的に制御されることが
可能であるという点がある。反射形(回折)格子の波長
は温度依存性を有するため、当該配置の操作特性は、特
定の格子をとりまく環境温度を変化させることにより調
整されることが可能である。それに伴って、温度に影響
を及ぼし、さらにそれによって特定の波長におけるゲイ
ン(利得)に影響を及ぼすように、信号が導線によって
送られ、あるいは局部的な制御回路へと伝送され得るの
である。また、各格子は、張力を与えることにより、平
均反射波長を調整することで、フィルタのスペクトル特
性を合わせるように調節されうるのである。
【0008】
【発明の実施の形態】ここで、図1を参照するに、光フ
ァイバシステム10が例示されている。これは、(光)
増幅器4の出力より受け取られた信号を修正及び等化す
ることが可能なゲイン(利得)コントローラ20と共に
統合化されている、エルビウム添加光ファイバ状光増幅
器を含んでいる。32として示された入力信号は、要求
されている波長すべてを、挿入損失を最小にして透過さ
せることの可能なWDMのデバイス5に結びつけられて
いる。WDMのデバイス5は、(光)増幅器4へと結合
されており、この増幅器は、さらに光サーキュレータ
(循環器)のポート1へと結合されている。便宜のため
に、光サーキュレータ(循環器)11の3つのポート
は、それぞれポート1、2、3として表示されている。
光サーキュレータ(循環器)11においては、ポート1
における信号の入力は、循環器のポート2まで循環され
る。
【0009】(回折)格子反射器21、22及び23
は、光サーキュレータ(循環器)11のポート2へと直
列に接続されている。光フィルタもしくはゲイン(利
得)コントローラ20は、実例としては、直列に相互接
続された格子21、22、23のような一連の反射形
(回折)格子より構成されており、格子の各対の間に
は、数字24及び25によって示されている高損失の減
衰光ファイバの部分が相互接続されている。本発明の実
施例においては、格子21、22、23は直列に配置さ
れており、それぞれ、所望の信号波長において、実質的
に100%の反射がなされることが可能である。また、
本発明においては、適切な長さを有する高損失の減衰光
ファイバ部分24及び25は、異なった波長における相
対的損失が、所望のゲイン(利得)の等化を生じるべく
調整されるように、反射形(回折)格子間でつなぎあわ
されている。多重化システムにおいては、各チャネル
(通信路)の波長は、反射器の強度(10%から100
%まで)を別個に利用するか、あるいは光ファイバの減
衰部分を用いて、当該光ファイバ部分に反射器を配置す
ることによって、等化されることが可能である。
【0010】単一モードの光ファイバの構成要素及びシ
ステムにおける、光の出力の減衰に適切な高損失の光フ
ァイバの例としては、AT&Tにより製造されているH
LF−707がある。
【0011】この光ファイバのデザインは、高い光吸収
を生じさせるために添加がなされた、Ge−Alを共に
添加したシリカのコアから成っている。その伝送特性
は、光ファイバ長さによって決まる減衰により、単一モ
ードでの光ファイバの構成要素及びシステム上で、減衰
光ファイバとして用いられることを許容するものといえ
る。典型的には、そのような減衰は50dB/kmより
も大きい。
【0012】簡単に図4を参照すると、ピーク80及び
81を有する、典型的な、(光)増幅器のゲイン(利
得)対波長の曲線が示されている。この曲線は、光増幅
器の特性を有した応答を示している。本発明において
は、反射形(回折)格子を伴った、高損失の減衰を行う
ケーブルの一連の部分は、結果としてのゲイン(利得)
対波長の特性が曲線83に対応するものとして示される
ように、組み立てられている。曲線83は、格子と挿入
された高損失のケーブル部分についての適切な組み合わ
せより生じる、ゲイン(利得)曲線の減衰部分を点線で
示すものである。本発明は、光システムが、帯域B1、
B2、B3での伝送を最適化することを企図していると
きには、これらの帯域を等化するために用いられ得ると
いう点で有効である。
【0013】それに伴って、ゲイン(利得)コントロー
ラ20により、反射され戻される信号は、不要な自発放
射やノイズ(雑音)を取り除かれており、さらに、特定
の(光)増幅器4の応答特性に対する修正、あるいはそ
の後の信号の流れの下流に位置する増幅器(示されてい
ないが)の応答特性に対し、前もって修正を与えておく
ように、信号が調整されている。サーキュレータ(循環
器)のポート2に反射された所望の信号は、そこで、循
環器のポート3へと循環され、出力線30へとつながれ
ている。
【0014】図1は、ヒーター13と組み合わされたゲ
イン(利得)コントローラ20を記述している。本発明
においては、ヒーター13は、ゲイン(利得)コントロ
ーラ20をとりまく周辺の環境温度を上下させるため
に、アンテナ線15を通じて得られた遠隔信号へ応答す
る制御回路により調整されうる。認識されることかもし
れないが、これらの特定の実施例におけるゲイン(利
得)特性の遠隔制御を提供するために、同様のヒーター
制御回路及び遠隔制御配置が、図2及び図3に示された
ゲイン(利得)制御についてもなされる得る。最大の選
択性及び正確な制御のために、各格子それぞれについて
温度(あるいは張力)を制御することが望ましいであろ
う。
【0015】図2は、光サーキュレータ(循環器)11
の代わりに融合形の光ファイバスプリッター(分岐器)
あるいは導波スプリッター(分岐器)42が用いられて
いる以外には、図1の配置に非常によく似ている配置を
示している。(光)増幅器40からの増幅された信号
は、反射された信号が当該増幅器に入ることを避けるた
めに機能する(光)アイソレータ41を通じて、結び付
けられている。(光)アイソレータ41を通じて、結び
付けられた、(光)増幅器40の出力は、ゲイン(利
得)コントロール53へと接続されている。ゲイン(利
得)コントロール53は、様々な反射形(回折)格子及
び高損失のケーブル部分から構成されている。例えば、
反射形(回折)格子44、45、46と高損失部分4
7、48は、それぞれの格子対に結び付けられている。
本発明においては、不要な信号あるいは放射は、光ファ
イバスプリッター(分岐器)42へと反射され、戻され
るということはなく、代わりに、これらの信号が当該シ
ステムから出ていく線52へと向けられている。本発明
において、修正がなされた所望の信号を示す、反射され
た信号は、光ファイバスプリッター(分岐器)42をえ
て、(光)増幅器43へ結び付けられ、最終的には図1
における信号出力に当たる、線51へと結び付けられて
いる。
【0016】図3は、本発明の選択的な実施例であり、
構造的には図1のゲイン(利得)コントローラ20及び
図2の(ゲイン(利得)コントロール)53に類似して
おり、(光)増幅器60と出力線63の間に直列に配置
された、ゲイン(利得)コントロール62を示してい
る。より特定するに、信号は(光)増幅器60へと結び
付けられており、さらに、(光)アイソレータ61を通
じて、ゲイン(利得)コントロール62へと結び付けら
れている。ゲイン(利得)コントロール62は、それぞ
れが100%以下の反射性を有する複数の反射形(回
折)格子71、72、73を有する直列の単一モード光
ファイバより構成されている。このような光ファイバの
配置においては、減衰光ファイバは用いられていない。
本実施例においては、不要な信号は、実際には(光)ア
イソレータ61へ向けて反射されて、所望の信号はゲイ
ン(利得)コントロール62及び(光)アイソレータ7
5を透過する。この点が、図1及び図2の実施例と本実
施例の間の主な差異である。認識されることかもしれな
いが、ゲイン(利得)コントロール62を透過する信号
は、当該ゲイン(利得)対波長の特性曲線で必要とされ
る所望の修正に際し、様々な波長において減衰されるこ
とが可能である。より正確には、ゲイン(利得)コント
ロール62(あるいは光フィルタ)は、一つあるいはそ
れ以上の所望の信号帯域においては、非反射器となって
いるが、不要な信号帯域においては反射性を示し、図4
で示されているように、帯域B1、B2、B3を作り出
している。
【0017】本発明は、特に多重化光ファイバ通信シス
テムにおける光信号帯域の等化へ適したものである。よ
く知られているように、これらのシステムは一般的に、
伝送媒体、例えば光ファイバへ適合するために、変調さ
れた信号帯域を統合化及び分離化するための多重化及び
逆多重化ユニットを含んでいる。そのようなシステムに
おいては、大抵は、一つあるいはそれ以上の、その数は
損失及び距離に依存することになるが、光増幅器が必要
とされている。その他の要因のなかでは、波長を異なら
せることに応答した、光増幅器の非線形性が、ゲイン
(利得)コントロールあるいは等化への必要性を生じさ
せることになる。多重化システムにおいては、そのよう
な応答のヴァリエーションは、本発明によって調節され
るが、本発明は、格子を用いる選択的な反射性の損失と
組み合わさった、減衰光ファイバを通じての損失を導入
する設計上の性能をも備えるものである。適切な設計に
より、単一の等化器部分がシステム全体において非線形
的に調整されることが許され、さらに重要な点として
は、光受信器における応答を改良することが許容される
ことになろう。
【発明の効果】本発明によって、光通信システムにおい
て、異なった複数の波長での正確なゲイン(利得)コン
トロールシステムが実現され、広い帯域幅を有する光増
幅器に対して、均一なゲイン(利得)コントロールが可
能となった。とりわけ複数の波長が存在する、波長分割
多重化(WDM)システム等の多重化システムにおい
て、ゲイン(利得)対波長曲線の応答を効果的に平らに
したり、広い帯域の波長を通じての複数の信号に対して
正確な制御を提供することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の原理において、反射形(回
折)格子を接続し、高損失の光ファイバ部分を相互接続
した列と組み合わされた光サーキュレータ(循環器)を
用いている、光ゲイン(利得)コントロールの配置のう
ち、選択された実施例についての線図による例図であ
る。
【図2】図2は、光サーキュレータ(循環器)が融合形
の光ファイバスプリッター(分岐器)によって置き換え
られている点以外は、図1の実施例に類似する、別の実
施例の線図による例図である。
【図3】図3は、光アイソレータによって分離された、
光増幅器の出力と列をなしており、本発明のゲイン(利
得)コントロールの配置を記述する、さらに別の実施例
についての線図による例図である。
【図4】図4は、高損失の光ファイバ部分と相互接続さ
れた反射形(回折)格子を接続した列の組み合わせを用
いる発明に従って等化がなされる前後における、所望の
不均一なスペクトル形状を作り出すための、エルビウム
を添加した光ファイバ状増幅器のゲイン(利得)スペク
トルの例図である。
【符号の説明】
1 ポート 2 ポート 3 ポート 4 (光)増幅器 5 波長分割多重化(wavelength divi
sion multi−plexed,WDM)デバイ
ス 6 ポンプ(レーザーポンプ) 10 光ファイバシステム 11 光サーキュレータ(循環器) 20 ゲイン(利得)コントロール 21 (回折)格子反射器 22 (回折)格子反射器 23 (回折)格子反射器 24 減衰光ファイバ 25 減衰光ファイバ 30 信号出力 32 信号入力 33 自発放射 40 (光)増幅器 41 (光)アイソレータ 42 光ファイバスプリッター(分岐器) 43 (光)増幅器 44 反射性(回折)格子 45 反射性(回折)格子 46 反射性(回折)格子 47 高損失部分(減衰光ファイバ) 48 高損失部分(減衰光ファイバ) 50 信号入力 51 信号出力 52 通信路からの脱落及び自発放射 53 ゲイン(利得)コントロール 60 (光)増幅器 61 (光)アイソレータ 62 ゲイン(利得)コントロール 71 反射性(回折)格子 72 反射性(回折)格子 73 反射性(回折)格子 75 (光)アイソレータ 80 ピーク 81 ピーク 83 曲線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス リー ウォーカー アメリカ合衆国,07974 ニュージャージ ー,ニュー プロヴィデンス,セントラル アヴェニュー 1003

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の信号帯域において、高透過性を
    備えて、前記信号帯域の間において、低透過性を備える
    ことが可能であり、 単一モード光ファイバ出力ポートと単一モード光ファイ
    バ入力ポートを有し、 それぞれが、信号帯域において反射性を示す、複数の光
    ファイバ格子を組み込んでいるスペクトル制御単一モー
    ド光ファイバを含み、 前記入力ポートを前記スペクトル制御単一モード光ファ
    イバに結び付ける結合手段を含み、 前記結合手段が、また、前記スペクトル制御光ファイバ
    から反射された信号を結び付け、さらに前記スペクトル
    制御単一モード光ファイバが、また、前記信号帯域の2
    つの間における伝送を減少させるのに効率的な、少なく
    とも一つの波長に依存する、損失要素を含んでいる、 ことを特徴とする光フィルタ。
  2. 【請求項2】 前記損失要素たる格子が、異なった信号
    帯域において、それぞれ光学的に反射性を示すことを特
    徴とする請求項1の光フィルタ。
  3. 【請求項3】 張力を調整することによって、前記光フ
    ァイバ格子の平均反射波長を調整する手段を、さらに含
    むことを特徴とする請求項2の光フィルタ。
  4. 【請求項4】 温度を調整することによって、前記光フ
    ァイバ格子の平均反射波長を調整する手段を、さらに含
    むことを特徴とする請求項2の光フィルタ。
  5. 【請求項5】 光ファイバの減衰損失を調整することに
    よって、フィルタのスペクトル特性を調整する手段を、
    さらに含むことを特徴とする請求項4の光フィルタ。
  6. 【請求項6】 前記結び付ける手段が少なくとも3つの
    ポートを有する光サーキュレータ(循環器)であること
    を特徴とする、請求項1の光フィルタ。
  7. 【請求項7】 前記結び付ける手段が導波スプリッター
    (分岐器)であることを特徴とする、請求項1の光フィ
    ルタ。
  8. 【請求項8】 信号帯域について、所望の不均一なスペ
    クトル形状を作り出すために、光通信システムにおい
    て、伝送された広帯域の光信号と相互作用を行うための
    光フィルタにおいて、 所望の信号帯域において非反射性を示し、不要な信号帯
    域においては反射性を示す、一つもしくはそれ以上の光
    ファイバ格子を有する、直列の単一モード光ファイバ
    と、 反射された不要な信号帯域を除去する光アイソレータ、 を含むことを特徴とする光フィルタ。
  9. 【請求項9】 張力を調整することによって、前記光フ
    ァイバ格子の平均反射波長を調整する手段をさらに含む
    ことを特徴とする、請求項8の光フィルタ。
  10. 【請求項10】 前記格子の温度環境を調整することに
    よって、前記光ファイバ格子の平均反射波長を調整する
    手段をさらに含むことを特徴とする、請求項8の光フィ
    ルタ。
  11. 【請求項11】 所望の信号帯域において反射性を示す
    光ファイバ格子を組み込んでいるスペクトル制御単一モ
    ード光ファイバを利用して、所望の不均一なスペクトル
    形状を得られる、遠隔的に制御可能な光フィルタにおい
    て、 張力を調整することによって、前記格子の平均反射波長
    を調整する手段、 反射波長を変化させるための情報信号を受け取るため
    に、遠隔的な位置に接続された手段、 を含むことを特徴とする、光フィルタ。
  12. 【請求項12】 前記光フィルタが、少なくとも一つの
    波長に依存性のある減衰光ファイバを含んでいることを
    特徴とする、請求項11の光フィルタ。
  13. 【請求項13】 複数の光ファイバ格子を組み込んでい
    る、スペクトル制御単一モード減衰光ファイバを組み合
    わせて用いて、広帯域の信号から、一連の、別個で区別
    される、個々の信号帯域を得られる、遠隔的に制御可能
    な光フィルタにおいて、 前記格子のそれぞれについての平均反射波長を調整する
    手段、 反射波長を変化させるための遠隔的に作り出された調整
    信号へ応答する手段、 を含むことを特徴とする、光フィルタ。
  14. 【請求項14】 前記調整手段が、張力を調整すること
    によって、前記格子の平均反射波長を変化させることを
    特徴とする、請求項13の光フィルタ。
  15. 【請求項15】 前記調整手段が、温度を調整すること
    によって、前記格子の平均反射波長を変化させることを
    特徴とする、請求項13の光フィルタ。
  16. 【請求項16】 距離を隔てて、多重化された光信号
    を生成し、伝送し、受信する光通信システムにおける組
    み合わせにおいて、 平均波長を有する、変調された信号帯域を作り出す複数
    の光伝送器、 前記信号帯域を結合する多重化器、 結合された多重化信号帯域を距離を隔てて搬送する光フ
    ァイバを含む媒体、 多重化された信号帯域を増幅する前記媒体に接続された
    広帯域光増幅器、 前記結合された信号を、別個の信号帯域へと分離する逆
    多重化器、 各帯域に対応した前記信号を検波する受信器、 信号帯域において実質的に反射性を示す光ファイバ格子
    を有する、直列の単一モード光ファイバを含み、システ
    ム全体のスペクトル形状の等化を行うための、前記媒体
    に接続された光フィルタ、 を含むことを特徴とする、光通信システム。
  17. 【請求項17】 前記光ファイバ格子の少なくとも一つ
    の平均反射波長を調整する手段を含むことを特徴とす
    る、請求項16の光通信システム。
  18. 【請求項18】 前記調整手段が、前記格子の温度環境
    を変化させるために効率的であることを特徴とする、請
    求項17の光通信システム。
  19. 【請求項19】 前記調整手段が、前記光ファイバ格子
    上の張力を変化させるために効率的であることを特徴と
    する、請求項17の光通信システム。
  20. 【請求項20】 前記光フィルタにおいて、ある信号の
    伝送を減少するために効率的な、少なくとも一つの波長
    に依存性のある損失要素を含むことを特徴とする、請求
    項16の光通信システム。
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