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JP3706271B2 - Variable optical attenuation method and variable optical attenuator - Google Patents
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JP3706271B2 - Variable optical attenuation method and variable optical attenuator - Google Patents

Variable optical attenuation method and variable optical attenuator Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信の分野に用いられる可変光減衰技術に関し、詳しくは、波長分割多重通信における光信号を伝達するための光信号伝送装置における基本要素となる可変光減衰方法及び可変光減衰器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大容量光通信網を構築する有力な手段として波長分割多重方式があり、近年、盛んに研究・開発が行われている。図10に一般的な波長分割多重方式による光通信装置を示す。この光通信装置は、異なる波長の光信号を発生するN個の光送信器301とNx1光合波器302と光増幅器307から構成される光送信装置LTと、光増幅器307と1xN光分波器304とN個の光信号受信器305から構成される光受信装置LRと、光送信装置LTと光受信装置LRの間に配置される光伝送用路306から構成される。ここで、光送信器301としてはDFB分布帰還型(DFB)レーザを直接変調する場合、DFBレーザと符号化を行うリチウムナイオベイト光強度変調器を用いる場合、DFBレーザとEA変調器を集積化した光源を用いる場合などがある。1xN光合分波器としてはAWG(Arrayed Waveguide Grating)が用いられる。光増幅器としては希土類元素を添加した光ファイバ型増幅器やラマン増幅器が用いられる。光伝送路としては零分散波長が1.3μmあるいは1.55μmである単一モード光ファイバを用い、必要に応じて光増幅器や3R中継器が配置される。この様な波長分割多重方式は1本の光ファイバに波長空間で多重した信号を伝送することから、通信網の大容量化を実現できるという特徴を有する。典型的な波長分割多重システムとしては、波長数32〜64、ビットレート10Gbit/s、伝送距離1000kmが実用化になっている。また、スループット1Tbit/sの波長分割多重伝送が研究段階にある。
【0003】
このような光通信装置を設計・製造する場合、伝送用光ファイバ線路への光信号の強度を制御することが重要である。これは、信号光強度が所望の値より高い場合、波長多重信号光が受ける光ファイバの非線形光学効果が信号光パルスの波形劣化を発生し、符号誤り率を増大するからである。(光ファイバの非線形光学効果に関しては、例えば、「M.Fukui, S.Aisawa, O.Ishida, K.Shimano, A.Umeda, T.Sakamoto, K.Oda, and N.Takachio,“Allowable fiber input power for installed dispersion shifted fiber in equal/unequal channel spaced WDM transmission systems,”Electron.Lett.,vol.33,pp693-694,1997.」)。
【0004】
また、信号光強度が所望の値より低い場合、光増幅器で発生する雑音によりS/Nが低下し、符号誤り率を増大する。従って、光信号伝送特性が最良になるように、光ファイバへの最適信号光強度を決定しなければならない。さらに、光ファイバ中の非線形光学効果の問題は、近年の信号光波長域の広帯域化に伴い、より顕著となっている。つまり、通信波長域に関して、従来の1.55μm帯に加え、利得シフト光増幅器(GS−EDFA)、ファイバラマン増幅器、ツリウム添加ファイバ型光増幅器(TDFA)等新規波長帯における光増幅器開発の進展に伴い、1.58μm帯、1.52μm帯、1.48μm帯での光通信が開発されつつある。
【0005】
こうした新規波長帯を用いた光通信技術が進展しつつある状況において、従来の帯域40nm程度を有する1.55μm帯の枠を超え、波長域1400〜1600nmの200nmにも及ぶ広帯域な波長分割多重方式の出現が必須である。このような広帯域な波長分割多重方式における光通信において、光ファイバ内の非線形光学効果はより顕著になり、従来以上に精密な信号光強度の制御が重要となる(広帯域な波長分割多重方式における非線形光学効果に関して、例えば、「J.Kani, M.Jinno, T.Sakamoto, K.Hattori, and K.Oguchi,“Bi-directional transmission to suppress inter-wavelength-band nonlinear interactions in ultra-wide band WDM transmissions systems,”in Tech.Digest of 3rd OECC,pp.412-413,1998.」)。
【0006】
ここで、従来の波長多重方式において光ファイバへの信号光強度を制御する手段として、▲1▼波長多重光を一括して可変光減衰器で調整する方法、▲2▼光送信機の出力光強度を個別に調整する方法、▲3▼合波器の後段にポストアンプを配置し、ポストアンプの利得を制御して波長多重光の光出力を一括して調整する方法、が考えられる。ここで、現実的な実現方法は、前記▲1▼の可変光減衰器を用いる方法である。これは、前記▲2▼の方法では、光送信器の送信する光信号が、通常、GHz程度の厳密な光周波精度を求められるため、光周波数を一定に保ちながら光強度を調整する必要が生じ、そのため装置構成が複雑になる。従って、現実的には光送信器の後に個別の可変光減衰器を波長数台分用意することとなり、装置規模が増加する。
【0007】
前記▲3▼の方法では、通常、光アンプは利得の波長依存性があり、利得を変化させると短波長側と長波長側の利得が異なる(ゲインチルト)結果、利得の波長依存性を抑制する必要が生じ、そのため装置構成が複雑になるという問題点があるためである。従って、前記▲1▼の可変光減衰器を用いる方法が装置構成を簡略化でき、高い制御精度を実現できる。
【0008】
以上、広帯域波長分割多重方式における信号光波形劣化抑圧と簡易な光ファイバ入力光強度の制御の観点から、信号光波長帯において波長依存性が少なく、制御精度の良い可変光減衰器が要素技術として重要となるわけである。
【0009】
従来、可変光減衰器には、石英系光導波路の熱光学効果を利用する方法、バルク型のNDフィルタをステッピングモータで駆動する方法、光ファイバ型光アイソレータのファラデー回転角を制御する方法、音響光学素子を用いる方法がある。
【0010】
ここで、石英系光導波路を用いる方法は、集積化による小型化、量産性、低損失である光学特性に優れており、光通信に用いる光部品として他技術よりも秀でている。石英系光導波路を用いた光回路はPlanar Lightwave Circuit(PLC)技術による回路設計、チップ製造、ファイバ実装をもとに製造される。従来、PLCで可変光減衰器を実現する方法として、マッハツェンダ干渉計と熱光学効果を利用した構成が提案されている。
【0011】
図9にその光回路構成を示す。2個の3dBカップラ11と2本のアーム導波路12から構成されるマッハツェンダ干渉計10と、一方のアーム導波路12に設けた位相調整器13から構成される。図10中、Linは入力信号光、Loutは出力信号光である。
【0012】
石英系光導波路における位相調整機構は、導波路の上に形成された金属薄膜ヒータを熱源とした熱光学効果を利用して屈折率を変化させる方法である。本可変光減衰器は、例えば、対称型マッハツェンダ干渉計を用いる場合、ヒータに電力を印加していない状態で入力信号光は入力ポートと対角の位置にある出力ポートに出力され、ヒータヘ印加する電力に応じて光減衰量が増大し、光出力が小さくなる。従って、ヒータヘ供給する電力に応じて光出力強度を制御することが可能となる。
【0013】
さらに、出力ポートに分岐器を設け、この分岐器から出力される光強度をモニタしながらフィードバック制御することにより、光入力強度の変化に対して光出力を一定に制御する自動レベル制御(ALC)を付加することも可能である。PLCマッハツェンダ干渉計を用いたALCに関しては、例えば、「K.Hattori, M.Fukui, M.Jinno, M.Oguma, and K.Oguchi,“All-PLC-based optical ADM with high isolation and polarization independent level equalizer,”in Proc.ECOC'98,1998,pp.327-328.」に開示されている。
【0014】
現在、最大光減衰量20dB程度の光減衰器がPLC型可変光減衰器で実現されている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、小型・集積化が可能なマッハツェンダ干渉計を用いた可変光減衰器には、減衰量に波長依存性が存在するという問題があった。これは、マッハツェンダ干渉計の2本のアーム導波路間の位相差が波長依存性を有することに起因しており、光の干渉を利用した回路に本質的な特性である。例えば、図9に示した一段のマッハツェンダ干渉計では、波長域1400〜1600nmにおいて、減衰量3dBで1dB、減衰量6dBで2dB、減衰量10dBで4dB程度の波長依存性がある。光減衰量の波長依存性を解消する方法として、マッハツェンダ干渉計を2段直列に接続し、ヒータを互い違いに配置する光回路が提案されている(「T.V. Clapp, S.Day, S.Ojha, and R.G.Peall,“Broadband variable optical attenuator in silica waveguide technology,”in Proc.ECOC'98,1998,pp.301-302.」)。この光回路では、1530〜1560nmの帯域において1dB以内の平坦な光減衰特性が得られると報告している。
【0016】
しかしながら、本光回路を用いても、1400〜1600nmに及ぶ広帯域な波長領域で波長依存性を抑制することは不可能である。例えば、シミュレーションによると、波長域1400〜1600nmにおいて、減衰量3dBで1dB、減衰量6dBで2dB、減衰量10dBで4dB程度の波長依存性があり、従来から提案されている1段のマッハツェンダ干渉計の有する波長依存性と同等な波長依存性が発生することがわかる。つまり、原理的に発生する干渉計の位相差の波長依存性が光減衰量の波長依存性を支配する結果、広帯域な波長域で平坦な特性をもつ可変光減衰器は実現できないと考えられていた。それ故に、図10における光通信装置の光ファイバ入力光強度を、小型で、集積性に優れたPLC可変光減衰器を用いて一括制御するという光通信装置を実現することは不可能であった。
【0017】
以上に述べた理由により、PLCを用いて可変光減衰器の光減衰量波長依存性を解消する技術の出現が望まれていた。
【0018】
本発明の目的は、集積小型化に有望な導波路型光部品において、波長依存性の小さい可変光減衰器を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的及び新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
(1)第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変光減衰方法であって、前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前記第2の光干渉計を通過する際の第2の位相差の関係を、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零となるように、前記第2の位相差を前記第1の位相差の二次関数として近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記第2の位相差を前記前記二次関数から一義的に求めた位相差調整する方法である。
【0020】
(2)前記手段(1)の可変光減衰方法において、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入力端と、該入力端に斜めに対向する出力端を用いるクロス型マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
【0021】
(3)前記手段(1)の可変光減衰方法において、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入力端と、該入力端に平行に向かい合う出力端を用いるバー型マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
【0022】
(4)前記手段(1)の可変光減衰方法において、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マッハツェンダ干渉計で構成する方法である。
【0024】
)前記手段(1)の可変光減衰方法において、前記位相差は2π以内である方法である。
【0026】
)第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変光減衰器であって、前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手段と、前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前記第2の光干渉計とを通過する際の第2の位相差の関係を、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零となるように、前記第2の位相差前記第1の位相差の二次関数として近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記第2の位相差を前記二次関数から一義的に求めた位相差に調整する第2の位相調整手段を備えたものである。
【0027】
)前記手段()の可変光減衰器において、前記位相差は2π以内である。
【0028】
)前記手段(6)または(7)の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成される、2本の入力光導波路と、2入力2出力である2つの光合分波器と、該光合分波器の光分波器の2本の出力光導波路と光合波器の2本の入力光導波路を接続する2本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器と、2本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ干渉計である。
【0029】
)前記手段(6)または(7)の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成される、1本の入力光導波路と、1入力2出力であるY分岐器と、2入力1出力であるY分岐器と、Y分岐器の2本の出力光導波路と2本の入力光導波路間を接続する2本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器と、1本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ干渉計である。
【0030】
10)前記手段()の可変光減衰器において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路を入力端とし、入力端に斜めに対向する出力光導波路を出力端とするクロス型マッハツェンダ干渉計で構成するものである。
【0031】
11)前記手段()の可変光減衰器において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路を入力端とし、入力端に平行に向かい合う出力光導波路を出力端とするバー型マッハツェンダ干渉計で構成するものである。
【0032】
12)前記手段()の可変光減衰器において、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マッハツェンダ干渉計で構成するものである。
【0033】
本発明の可変光減衰方法及び可変光減衰器のポイントは、光干渉計の位相を調整することにより光干渉計からの光出力強度を所望の値に設定する可変光減衰方法及び可変光減衰器において、光干渉計を2個縦列に接続し、第1の光干渉計の動作波長範囲内の中心波長における透過光強度の波長微分量と第2の光干渉計の中心波長における透過光強度の波長微分量の和が零となる関係を保ちながら第1及び第2の光干渉計の位相調整器を駆動することにある。
【0034】
すなわち、本発明の可変光減衰方法及び可変光減衰器は、将来実現するであろう広帯域波長多重光通信に必要な、広帯域な光減衰特性を満足するものであり、広波長域において、本質的に発生する光干渉計の光減衰量の波長依存性を、2段の光干渉計とその位相制御方法の組み合わせにより、本質的に、抑制するものである。つまり、第1の光干渉計の動作波長範囲内の中心波長における透過光強度の波長微分量に対し、第2の光干渉計の中心波長における透過光強度の波長微分量が逆符号で等しい値になるように、第2の光干渉計の位相を調整することにより、2つの光干渉計を透過した光信号において、中心波長における透過光強度の波長微分量の和が零となる関係を保つことができる。
【0035】
また、中心波長における透過光強度の波長微分量の和が零の関係を保つ位相制御を施すことにより、動作中心波長における透過光強度の波長微分量を零、すなわち、動作中心波長において透過光強度の波長依存性を解消することができる。その結果、動作波長範囲における透過光強度の波長依存性が最小となる。
【0036】
また、波長微分量の和が零の関係を保つ位相制御方法を実現する上で、位相制御を二次関数に近似する方法も、波長依存性を効果的に低減することができる。
【0037】
この二次関数の近似を用いれば、簡単なアナログ制御回路により、効果的に波長依存性を低減することができる。
【0038】
さらに、本発明の可変光減衰器に用いる干渉計としては、PLC型マッハツェンダ干渉計が効果的である。これは、PLCが先に述べたように、小型、集積性、量産性に優れているからであり、さらに、なかでもマッハツェンダ干渉計は、リング共振器などの他の干渉回路に比べそれ自体の波長依存性が小さいからである。 また、本発明の可変光減衰器は、波長依存性を低減するに当たり、簡単な基本回路であるマッハツェンダ干渉計を2個用いる構成であり、装置の複雑化・大型化は最小限である。つまり、二次関数で近似した位相制御方法と2段のPLCマッハツェンダ干渉計を用いることにより、簡単な装置構成で、小型で、しかも、波長依存性の小さい可変光減衰器を実現することができる。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面を参照して、本発明による実施形態(実施例)とともに詳細に説明する。
なお、本実施形態(実施例)を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0040】
(実施形態1)
図1は、本発明による実施形態1の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。本実施形態1では、光干渉計としてマッハツェンダ干渉計を用い、位相制御方法としては二次関数による近似を用いる例を示す。これは、マッハツェンダ干渉計が他の光干渉計に比べ光減衰量の波長依存性が少なく、広帯域な動作における波長依存性の低減に効果的であるためである。また、二次関数による近似は、この位相制御方法が簡単なアナログ回路で構成可能であり、かつ、この近似を用いたとしても、波長依存性低減に効果が大きいためである。
【0041】
本実施形態1の可変光減衰器は、光導波路を用いており、図1に示すように、2本の入力光導波路101と、2入力2出力である2つの光合分波器102と、光合分波器102の光分波器の2本の出力光導波路と光合波器の2本の入力光導波路を接続する2本のアーム光導波路103A,103Bと、アーム光導波路103A,103Bにそれぞれ設けられた位相調整器104A,104Bと、二本の出力導波路105とで構成されるマッハツェンダ型干渉計100A,100Bの2個から構成されている。前記マッハツェンダ干渉計100A,100Bをクロス型マッハツェンダ干渉計で構成することを基本とする。ここで、クロス型マッハツェンダ干渉計とは、マッハツェンダ干渉計の2本の入出力光導波路のうち入力端と出力端が対角の位置にあるものである。
【0042】
本実施形態1では、マッハツェンダ干渉計100A,100Bは、対称型、つまり、2本のアーム導波路の長さは等しいとする。つまり、マッハツェンダ干渉計100A,100Bのそれぞれの位相量は、あらかじめ0に設定されている。また、図1に示すように、出力端に光分岐器106を設け、分岐光をフォトディテクタ107でモニタし、フィードバック制御回路108でフィードバック制御することにより、ALC機能を実現することも可能となっている。前記位相調整器104Bによる位相調整量は、制御回路109により制御される。前記制御回路109は、前記位相調整器104Bによる位相調整量を前記位相調整器104Aによる位相調整量に対して二次関数で与える制御を行うものである。
【0043】
図2は、光減衰の波長無依存化を実現するための位相制御方法を説明するための図である。横軸は前段または後段の一方(第1)のマッハツェンダ干渉計(例えば100A)の位相量であり、縦軸は他方(第2)のマッハツェンダ干渉計(例えば100B)の位相量である。黒丸印はマッハツェンダ干渉計(100A,100B)を構成する光合分波器102の結合率が波長1500nmで50%の場合、黒三角印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器102の結合率が波長1400nmで50%の場合、黒四角印はマッハツェンダ干渉計(100A,100B)を構成する光合分波器102の結合率が波長1600nmで50%の場合を示す。また、それぞれプロットは波長依存性が最小となる厳密解であり、曲線はそれぞれ二次関数による近似を示す。厳密解を用いた位相制御方法は、光減衰量の波長依存性を最小限にできる。
【0044】
厳密解を用いた制御方法を実現するには、2段のマッハツェンダ干渉計100A,100Bのそれぞれの位相量をメモリに記憶させ、ファームウェアなどソフト的な処理によりこの位相情報にのっとって制御する。
【0045】
また、二次関数による近似解を用いた位相制御方法は、簡単なアナログ回路を用いることで、一方の位相量に対して他方の位相量を二次関数近似として与えることができる。次に、マッハツェンダ干渉計100A,100Bを構成する光合分波器102の結合率が変動する場合の位相制御方法について説明する。
【0046】
まず、光合分波器102の結合率が理想的に作製され、想定する動作波長域1400〜1600nmのうち中心波長である1500nmで結合率50%を満足する場合について考える。この場合、一方のマッハツェンダ干渉計(例えば100A)の位相の増加に対して他方のマッハツェンダ干渉計(例えば100B)の位相を図2に示したような二次関数で近似されるように減少させる制御を行うことにより、波長依存性を最小限にすることができる。
【0047】
次に、マッハツェンダ干渉計100A,100Bを構成する光合分波器102の結合率が作製誤差によってずれることを考える。例えば、結合率50%となる波長が1400nm、あるいは、1600nmにずれた場合において、図2に示す黒三角印、あるいは、黒四角印で示したような二次関数で近似される制御を行うことにより、波長依存性を最小限にすることができる。このことは、位相制御回路104A,104Bの設定を調整することによって、可変光減衰器の作製誤差を許容できることを示しており、可変光減衰器の製造における歩留まり向上に大きな効果がある。
【0048】
以上説明したように、マッハツェンダ干渉計100A,100Bを2段直列に連結し、一方のマッハツェンダ干渉計(例えば100B)の位相を、他方のマッハツェンダ干渉計(例えば100A)の位相の二次関数で制御した場合の光減衰量のスペクトルのシミュレーションを図3に示す。なお、参考までに、従来の1段のマッハツェンダ干渉計(図9)を用いた場合の光減衰量の波長依存性を細線で示す。前記図3から、本実施形態1の可変光減衰器の波長依存性は、減衰量10dBにおいて0.5dB以内に抑制されている。これは、従来の1段のマッハツェンダ干渉計の場合、減衰量10dBにおいて波長依存性が4dB程度であったことから、約1/8に抑制されていることがわかる。従って、位相制御方法を二次関数で近似したにも係わらず、光減衰量の波長依存性を効果的に低減できることが明らかとなった。このように、本実施形態1の可変光減衰器は、広波長域において波長依存性の少ない光減衰特性を実現できることが判明し、広帯域波長多重通信への適用に有効な光減衰器であると結論できる。
【0049】
本実施形態1では、前段のマッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相に対して、後段のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調整器104Bの位相を二次関数として与えたが、逆の場合、つまり、後段のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調整器104Bの位相に対して、前段のマッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相を二次関数として与えても同様な効果が得られることは自明である。また、位相調整器としては、石英系光導波路の場合金属薄膜ヒータが一般的であり、ヒータの位置は対称型マッハツェンダ干渉計の2つのアーム光導波路103のどちらに設けても良い。
【0050】
(実施形態2)
図4は、本発明による実施形態2の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。本実施形態2の可変光減衰器は、図4に示すように、前記図1に示す実施形態1の2つの対称型マッハツェンダ干渉計100A,100Bのうち一方を非対称型マッハツェンダ干渉計100Cとし、あらかじめ2πの位相量を設けておくものである。前記一方(第1)のマッハツェンダ干渉計100Aは対称型であり、2本のアーム光導波路103の長さを等しくし、他方(第2)のマッハツェンダ干渉計100Cは非対称型であり、2本のアーム導波路103の長さを光路長差として2π分異なるものとしたものである。位相2πを実際の導波路長に換算すると、例えば、屈折率1.45程度である石英系ガラスを光導波路の材料とし、動作波長1550nm帯を想定した場合、2本のアーム光導波路103A,103Bの長さの差は約1034nmとなる。さらに、非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整器104Cは短いアーム光導波路103Aに設ける。これは、一般的に位相調整器は、駆動電気信号強度に対して屈折率が上昇するものであるためであり、あらかじめ非対称構成で2π設けた位相差を位相調整器で減少させる動作を実現するためである。例えば、石英系光導波路では、ヒータを位相調整器として用い、ヒータを短い側のアーム光導波路103Aに搭載することにより、駆動電力の上昇に伴い非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相は減少する。
【0051】
さらに、回路構成として、図4に示したように、主出力光導波路105に光分岐器106を設け、分岐光をフォトディテクタ107でモニタし、フィードバック制御回路108でフィードバック制御することにより、ALC機能を実現することも可能となっている。
【0052】
図5は、光減衰の波長無依存化を実現するための位相制御方法を説明するための図である。横軸は対称型マッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相調整量であり、縦軸は非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整器104Cの位相調整量である。また、黒丸印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器の結合率が波長1500nmで50%の場合、黒三角印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器の結合率が波長1400nmで50%の場合、黒四角印はマッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器の結合率が波長1600nmで50%の場合を示す。さらに、それぞれのプロットは波長依存性が最小となる厳密解であり、曲線はそれぞれ二次関数による近似を示す。厳密解を用いた位相制御方法は光減衰量の波長依存性を最小限にできる。
【0053】
厳密解を用いた制御方法を実現するには、2段のマッハツェンダ干渉計100A,100Cのそれぞれの位相量をメモリに記憶させ、ファームウェアなどソフト的な処理によりこの位相情報にのっとって制御する。また、二次関数による近似解を用いた位相制御方法は、簡単なアナログ回路を用いることにより、一方の位相量に対して他方の位相量を二次関数近似として与えることができる。
【0054】
以下に、マッハツェンダ干渉計100A及び100Cを構成する合分波器104A及び104Bの結合率が変動する場合の位相制御方法について説明する。
【0055】
まず、光合分波器102の結合率が理想的に作製され、想定する動作波長域1400nm〜1600nmのうち中心波長である1500nmで結合率50%を満足する場合について考える。この場合、対称型マッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相調整量の増加に対して、非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整器104Cの位相調整量を図2に示したような厳密解、あるいは、二次関数で近似されるように増加させる制御を行うことにより、波長依存性を最小限にすることができる。これは、図4に示す位相調整器104Cの位相調整量IIが図2に示した位相量IIを2πから引いた値となっており、可変光減衰器上で、あらかじめ非対称構成で2πの位相量を設けこれに対し図5の位相調整量IIを加えることにより、非対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整量は、図2に示した位相量IIと等価になるためである。
【0056】
次に、マッハツェンダ干渉計を構成する光合分波器102の結合率が作製誤差によってずれることを考える。例えば、結合率50%となる波長が1400nm、あるいは、1600nmにずれた場合において、図2に示す黒三角印、あるいは、黒四角印で示したような二次関数で近似される制御を行うことにより、波長依存性を最小限にすることができる。このことは、前記実施形態1と同様に、位相中整器104Cの設定を調整することによって、可変光減衰器の作製誤差を許容できることを示しており、可変光減衰器の製造において、歩留まり向上に大きな効果がある。
【0057】
以上に説明したように、対称型マッハツェンダ干渉計100Aと非対称型マッハツェンダ干渉計100Cを組み合わせた可変光減衰器の光減衰量の波長依存性は図3に示すものとなり、本実施形態2の可変光減衰器は、図1に示した可変光減衰器の構成と等価である。さらに、本実施形態2の可変光減衰器の構成は、図1に示した可変光減衰器の構成に比べて低消費電力化に有効である。これは、図5と図2の位相IIを比べれば明らかである。つまり、図1の構成では、図2より位相IIがπから2πであるのに対し、図4構成では、図5より位相調整量IIが0からπと小さい。それ故に、位相調整器(104B,100C)の消費電力を抑制することができるという効果を有する。つまり、本実施形態2の可変光減衰器は、前記実施形態1と同様に、二次関数による近似を用いたにもかかわらず、光減衰量の波長依存性を効果的に抑制できることが明らかとなった。
【0058】
以上説明したように、本実施形態2の可変光減衰器は、広帯域において波長依存性の少ない光減衰特性を実現できることが判明し、広帯域波長多重通信において有効な光減衰器であると結論できる。
【0059】
本実施形態2では、前段のマッハツェンダ干渉計100Aを対称型、後段のマッハツェンダ干渉計100Cを非対称型としたが、逆に、前段のマッハツェンダ干渉計100Aを非対称型、後段のマッハツェンダ干渉計100Cを対称型としても同様な効果が得られることは自明である。この場合、後段の対称型マッハツェンダ干渉計100Cの位相調整器104Cの位相に対して、前段の非対称型マッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相を二次関数として与えることになる。また、位相調整器としては、石英系光導波路の場合金属薄膜ヒータが一般的であり、対称型マッハツェンダ干渉計のヒータの位置はの2つのアーム導波路103のどちらに設けても良い。
【0060】
以上の本実施形態2では、クロス型マッハツェンダ干渉計を2段連結した構成について具体的に述べたが、一方、または、両方をバー型マッハツェンダ干渉計としても、一方のマッハツェンダ干渉計の位相調整器の位相量を他方のマッハツェンダ干渉計の位相調整器の位相量の二次関数に近似して駆動することにより、同様な効果が得られる。ただし、方向性結合器の結合率の50%からのずれに対して光減衰量が影響を受けないクロス型マッハツェンダ干渉計を用いる方がより大きい光減衰量を達成でき、効果的である。
【0061】
(実施形態3)
図6は、本発明による実施形態3の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。
【0062】
本実施形態3の可変光減衰器は、図6に示すように、前記図1に示す実施形態1の2つのマッハツェンダ干渉計をY光分岐器102Aで構成されるマッハツェンダ干渉計100A,100Bとしたものである。本実施形態3の可変光減衰器は、光導波路を用いており、1本の入力光導波路101と、1入力2出力であるY分岐器102Aと、2入力1出力であるY分岐器102Bと、Y分岐器102Aの2本の出力光導波路とY分岐器102Bの2本の入力導波路間を接続する2本のアーム光導波路103と、アーム光導波路103に設けられた位相調整器104A,104Bと、1本の出力導波路105から構成されるマッハツェンダ干渉計100A,100Bの2個から構成され、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計100A,100Bを縦列に連結して構成する。ここで、2つのマッハツェンダ干渉計100A,100Bは、対称型であり、2本のアーム光導波路103の長さは等しいとする。さらに、回路構成として、図6に示すように、出力端に分岐回路106を設け、分岐光をフォトディテクタ107でモニタし、フィードバック制御回路108でフィードバック制御することにより、ALC機能を実現することも可能となっている。
【0063】
本実施形態3の可変光減衰器は、前記実施形態1で説明したとおり、一方のマッハツェンダ干渉計100Aの位相調整器104Aの位相調整量Iの増加に対して、他方のマッハツェンダ干渉計100Bの位相調整器104Bの位相調整量IIを二次関数で近似されるように制御することにより、図3に示すように、光減衰量の波長依存性を最小限にすることができる。さらに、前記実施形態2で説明したような対称型マッハツェンダ干渉計と非対称型マッハツェンダ干渉計を組み合わせた場合も波長依存性を低減できることは自明である。
【0064】
以上説明したように、本実施形態3の可変光減衰器は、広帯域において波長依存性の少ない光減衰特性を実現できることが判明し広帯域波長多重通信において有効な光減衰器である。
【0065】
以上、本実施形態1〜3で説明した可変光減衰器は、導波路型光部品一般に適用可能な回路構成である。ここで、本実施形態3の可変光減衰器の回路構成を低損失性に優れた石英系光導波路に用いることは好適である。また、石英系光導波路の位相調整器としては、前記実施形態で述べたようにヒータ加熱による熱光学効果を利用するのが良いが、他の手段、例えば電気光学効果を用いることも可能である。また、光導波路の材料として石英系ガラス以外、多成分ガラス、リチウムナイオベート、高分子ポリマーを用い、位相調整機構として電気光学効果や熱光学効果を用いることもできる。また、マッハツェンダ干渉計を構成する2つの合分光波回路は方向性結合器以外にMMIカップラを用いることができる。
【0066】
さらに、小型なALC機能を実現するため、フォトディタクタを導波路基板にハイブリッド集積することは効果的である。
【0067】
また、波長依存性を極力抑制するため、2段のマッハツェンダ干渉計にあらかじめ設定する位相量を2π以下とすることが望ましい。これは、あらかじめ設定する位相量を2π以下と小さくすることによって、図9に示した一段のマッハツェンダ干渉計を可変光減衰器に用いた場合の光減衰量の波長依存性を小さくでき、その結果、2段のマッハツェンダ干渉計を通過した光強度の波長依存性を最小にできるからである。
【0068】
(実施形態4)
本実施形態4では、本発明による可変光減衰器を用いた光増幅器の制御の一例を示す。光増幅器の概略構成を図7に示す。本実施形態4の光増幅器201は、利得一定制御(AGC)光増幅器において、入力信号の光強度に変動がある場合出力信号光強度を一定にするための構成であり、AGC光増幅器201の後段に本発明の可変光減衰器を用いた自動レベル制御装置(ALC)200を配置する。本光増幅器201の動作を簡単に説明する。AGC光増幅器201のAGC動作により入力信号光は一定の利得で増幅される。ここで、AGC光増幅器201を入力信号光強度が異なる状況に適応させる場合、入力信号光強度に応じて出力信号強度が変化する。ここで、本発明の可変光減衰器を用いたALC200をAGC光増幅器201の後段に配置し、出力光強度を一定となるよう制御する。
【0069】
本実施形態4では、AGC光増幅器201の後段にALC200を配置したが、AGC光増幅器201の前段にALC200を配置する構成、或いは、2段のAGC光増幅器の間にALC200を配置する構成が考えられる。AGC光増幅器201としては、従来、EDFAが一般的であったが、この他に、EDFAとGSEDFAを組み合わせた光増幅器やラマン増幅器等広帯域光増幅器にAGCを施す場合に適用することが有効である。これは、増幅帯域が広帯域になるほど本発明のALC200の特徴である波長依存性の小さい光減衰特性を活かせるためである。
【0070】
以上、本発明の可変光減衰器を用いたALCは、AGC光増幅器201と組み合わせることにより、入力信号光強度が変動するような場合でも出力信号光強度を一定に制御することが可能となり、広帯域光増幅器への応用として重要である。
【0071】
(実施形態5)
図8は、本発明による可変光減衰器を用いた光通信装置の実施形態5の概略構成を示す模式図である。本実施形態5の光通信装置は、異なる波長の光信号を発生するN個の光送信器301、Nx1光合波器302、本発明の可変光減衰器を用いた自動レベル調整装置(ALC)303から構成される光信号送信装置LTと、1xN光分波器304とN個の光受信器305から構成される光信号受信装置LRと、前記光信号送信装置LTと光信号受信装置LRの間に配置される伝送用光ファイバ線路306と、光増幅器307とから構成される。ここで、必要に応じて、光信号送信装置LTのうちNx1光合波器と自動レベル調整装置303の間または自動レベル調整装置303の後段、及び光信号受信装置LRのうち1xN光分波器304の前段に光増幅器307が配置される。本発明の可変光減衰器は、波長依存性が小さいことから、伝送用ファイバ線路306へ入力する広帯域な波長分割信号の光強度を一括して制御できる。これより、可変光減衰器を複数台用いる必要がない。
【0072】
さらに、必要に応じて光信号受信装置LRの光受信器305で受信される信号の符号誤り率が最小となるよう可変光減衰器の減衰量を制御する。このようなフィードバック制御を行うと、例えば、本実施形態5の光通信装置を新たに設置し通信を開始するような場合に、光ファイバ線路306への信号光強度が最適になるように受信器の誤り率を測定しながら調整することができ、通信開始時における通信の信頼性を確保することができる。
【0073】
さらに、システム動作中において、波長数を増設あるいは撤去するような場合、波長数の変化に応じて最適な光ファイバ線路306への信号光強度を決定することができる。これにより、装置の動作を停止することなく波長数の増減に対応できるという、いわゆる、自立的な光通信装置を提供することができる。
【0074】
さらに、本発明の可変光減衰器を1xN光分波器として用いるアレー導波路型回折格子と集積化することも有効である。
【0075】
以上説明したように、本発明の可変光減衰器は、200nmに及ぶ広波長域で波長依存性のない光減衰特性を達成できることから、広帯域な波長分割多重方式を用いた光通信システムにおいて、波長分割多重信号光強度を一括して制御するような適用領域において威力を発揮する。
【0076】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、波長域200nmにも及ぶ広帯域領域において、波長依存性の小さい光減衰特性を実現することができる。
また、小型・集積化が可能な光導波を用いるので、2段のマッハツェンダ干渉計を組み合わせる簡易な回路構成で小型化することができる。
また、干渉計の位相制御は、一方の位相を他方の位相の二次関数で与える制御回路を用いるので、制御精度を高くすることができる。
また、マッハツェンダ干渉計を構成する光合分波回路の作製誤差に対して、制御回路の設定を調整することのみで対応可能であることから、歩留まり高く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施形態1の可変光減衰器を用いた自動レベル制御装置の概略構成を示す模式図である。
【図2】本実施形態1の可変光減衰器におけるマッハツェンダ干渉計の位相制御方法を説明するための図である。
【図3】本実施形態1の光減衰量のスペルトルのシミュレーションを示す図である。
【図4】本発明による実施形態2の可変光減衰器を用いた自動レベル制御装置の概略構成を示す模式図である。
【図5】本実施形態2の可変光減衰器におけるマッハツェンダ干渉計の位相制御方法を説明するための図である。
【図6】本発明による実施形態3の自動レベル制御装置の概略構成を示す模式図である。
【図7】本発明による実施形態4の自動レベル制御装置を用いた光増幅器の概略構成を示す模式図である。
【図8】本発明による実施形態5の自動レベル制御装置を用いた光通信装置の概略構成を示す模式図である。
【図9】従来の可変光減衰器の概略構成を示す模式図である。
【図10】従来の可変光減衰器を用いた光通信装置の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
Lin…入力信号光、Lout…出力信号光、100A,100B…対称型マッハツェンダ干渉計、100C…非対称型マッハツェンダ干渉計、101…入力光導波路、11,102…光合分波器、12,103…アーム光導波路、13,104A,104B,104C…位相調整器、105…出力光導波路、106…分岐器、107…フォトディテクタ、108…フィードバック制御回路、109…位相調整量IIを位相調整量Iに対して二次関数で与える制御回路、200,303…自動レベル調整装置(ALC)、201…AGC光増幅器、301…光送信器、302…Nx1光合波器、303…自動レベル調整装置(ALC)、304…1xN光分波器、305…光受信器、306…伝送用光ファイバ線路、307…光増幅器。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable optical attenuating technique used in the field of optical communications, and more specifically, a variable optical attenuating method and a variable optical attenuator as basic elements in an optical signal transmission apparatus for transmitting an optical signal in wavelength division multiplexing communication. It is about.
[0002]
[Prior art]
There is a wavelength division multiplexing system as an effective means for constructing a large-capacity optical communication network, and research and development have been actively conducted in recent years. FIG. 10 shows an optical communication apparatus using a general wavelength division multiplexing system. This optical communication apparatus includes an optical transmitter LT composed of N optical transmitters 301, Nx1 optical multiplexers 302, and optical amplifiers 307 that generate optical signals of different wavelengths, an optical amplifier 307, and a 1xN optical demultiplexer. The optical receiver LR includes 304 and N optical signal receivers 305, and the optical transmission path 306 is disposed between the optical transmitter LT and the optical receiver LR. Here, when the DFB distributed feedback (DFB) laser is directly modulated as the optical transmitter 301, the DFB laser and the lithium niobate light intensity modulator for encoding are used, and the DFB laser and the EA modulator are integrated. In some cases, the light source is used. An AWG (Arrayed Waveguide Grating) is used as the 1 × N optical multiplexer / demultiplexer. As the optical amplifier, an optical fiber type amplifier or a Raman amplifier to which a rare earth element is added is used. As the optical transmission line, a single mode optical fiber having a zero-dispersion wavelength of 1.3 μm or 1.55 μm is used, and an optical amplifier and a 3R repeater are arranged as necessary. Such a wavelength division multiplexing system has a feature that the capacity of a communication network can be increased because a signal multiplexed in a wavelength space on one optical fiber is transmitted. As a typical wavelength division multiplexing system, the number of wavelengths is 32 to 64, the bit rate is 10 Gbit / s, and the transmission distance is 1000 km. In addition, wavelength division multiplexing transmission with a throughput of 1 Tbit / s is in the research stage.
[0003]
When designing and manufacturing such an optical communication device, it is important to control the intensity of the optical signal to the transmission optical fiber line. This is because when the signal light intensity is higher than a desired value, the nonlinear optical effect of the optical fiber received by the wavelength multiplexed signal light causes the waveform deterioration of the signal light pulse and increases the code error rate. (For example, “M. Fukui, S. Aisawa, O. Ishida, K. Shimano, A. Umeda, T. Sakamoto, K. Oda, and N. Takachio,“ Allowable fiber input. power for installed dispersion shifted fiber in equal / unequal channel spaced WDM transmission systems, “Electron. Lett., vol. 33, pp693-694, 1997.”).
[0004]
When the signal light intensity is lower than a desired value, the S / N is reduced due to noise generated in the optical amplifier, and the code error rate is increased. Therefore, it is necessary to determine the optimum signal light intensity to the optical fiber so that the optical signal transmission characteristics are the best. Furthermore, the problem of the nonlinear optical effect in the optical fiber becomes more prominent with the recent widening of the signal light wavelength range. In other words, regarding the communication wavelength range, in addition to the conventional 1.55 μm band, the development of optical amplifiers in new wavelength bands such as gain-shifted optical amplifier (GS-EDFA), fiber Raman amplifier, thulium-doped fiber type optical amplifier (TDFA), etc. Accordingly, optical communication in the 1.58 μm band, 1.52 μm band, and 1.48 μm band is being developed.
[0005]
In a situation where optical communication technology using such a new wavelength band is advancing, a wideband wavelength division multiplexing system that extends beyond the conventional 1.55 μm band having a bandwidth of about 40 nm and extends to 200 nm in the wavelength range of 1400 to 1600 nm. The appearance of is essential. In optical communication using such a wideband wavelength division multiplexing system, the nonlinear optical effect in the optical fiber becomes more prominent, and it is important to control the signal light intensity more precisely than before (nonlinearity in the wideband wavelength division multiplexing system). Regarding optical effects, see, for example, `` J. Kani, M. Jinno, T. Sakamoto, K. Hattori, and K. Oguchi, “Bi-directional transmission to suppress inter-wavelength-band nonlinear interactions in ultra-wide band WDM transmissions systems. "In Tech. Digest of 3rd OECC, pp. 412-413, 1998.").
[0006]
Here, as means for controlling the signal light intensity to the optical fiber in the conventional wavelength multiplexing system, (1) a method of adjusting wavelength multiplexed light in a lump with a variable optical attenuator, and (2) output light of an optical transmitter A method of individually adjusting the intensity, and (3) a method of arranging a post-amplifier after the multiplexer and controlling the gain of the post-amplifier to collectively adjust the optical output of the wavelength multiplexed light are conceivable. Here, a practical realization method is a method using the variable optical attenuator of (1). In the method (2), since the optical signal transmitted from the optical transmitter usually requires strict optical frequency accuracy of about GHz, it is necessary to adjust the light intensity while keeping the optical frequency constant. As a result, the device configuration becomes complicated. Therefore, in reality, several variable optical attenuators are prepared for several wavelengths after the optical transmitter, which increases the scale of the apparatus.
[0007]
In the above method (3), the optical amplifier usually has a wavelength dependency of the gain. When the gain is changed, the gain on the short wavelength side and the long wavelength side are different (gain tilt), thereby suppressing the wavelength dependency of the gain. This is because there is a problem in that the device configuration becomes complicated. Therefore, the method using the variable optical attenuator (1) can simplify the apparatus configuration and realize high control accuracy.
[0008]
As described above, a variable optical attenuator with less wavelength dependency in the signal light wavelength band and good control accuracy is an elemental technology from the viewpoint of suppressing signal light waveform degradation and simple optical fiber input light intensity control in the wideband wavelength division multiplexing system. It is important.
[0009]
Conventionally, for variable optical attenuators, a method using the thermo-optic effect of a silica-based optical waveguide, a method of driving a bulk ND filter with a stepping motor, a method of controlling the Faraday rotation angle of an optical fiber type optical isolator, an acoustic There is a method using an optical element.
[0010]
Here, a method using a silica-based optical waveguide is excellent in optical characteristics such as miniaturization, mass productivity, and low loss by integration, and is superior to other technologies as an optical component used in optical communication. An optical circuit using a silica-based optical waveguide is manufactured based on circuit design, chip manufacture, and fiber mounting by Planar Lightwave Circuit (PLC) technology. Conventionally, a configuration using a Mach-Zehnder interferometer and a thermo-optic effect has been proposed as a method for realizing a variable optical attenuator with PLC.
[0011]
FIG. 9 shows the optical circuit configuration. It comprises a Mach-Zehnder interferometer 10 composed of two 3 dB couplers 11 and two arm waveguides 12, and a phase adjuster 13 provided in one arm waveguide 12. In FIG. 10, Lin is input signal light, and Lout is output signal light.
[0012]
The phase adjustment mechanism in the quartz optical waveguide is a method of changing the refractive index using the thermo-optic effect using a metal thin film heater formed on the waveguide as a heat source. For example, when the variable optical attenuator uses a symmetric Mach-Zehnder interferometer, the input signal light is output to the output port at a position diagonal to the input port without applying power to the heater, and applied to the heater. The amount of light attenuation increases with the power, and the light output decreases. Therefore, it is possible to control the light output intensity according to the power supplied to the heater.
[0013]
Furthermore, an automatic level control (ALC) that controls the optical output constant with respect to changes in the optical input intensity by providing a branching device at the output port and performing feedback control while monitoring the light intensity output from this branching device. It is also possible to add. For ALC using a PLC Mach-Zehnder interferometer, see, for example, “K. Hattori, M. Fukui, M. Jinno, M. Oguma, and K. Oguchi,“ All-PLC-based optical ADM with high isolation and polarization independent level. equalizer, "in Proc. ECOC '98, 1998, pp. 327-328."
[0014]
Currently, an optical attenuator having a maximum optical attenuation of about 20 dB is realized by a PLC type variable optical attenuator.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
However, the variable optical attenuator using the Mach-Zehnder interferometer that can be miniaturized and integrated as described above has a problem that the attenuation is wavelength-dependent. This is due to the fact that the phase difference between the two arm waveguides of the Mach-Zehnder interferometer has wavelength dependence, which is an essential characteristic for a circuit using optical interference. For example, the one-stage Mach-Zehnder interferometer shown in FIG. 9 has a wavelength dependence of about 1 dB for an attenuation of 3 dB, 2 dB for an attenuation of 6 dB, and about 4 dB for an attenuation of 10 dB in the wavelength region of 1400 to 1600 nm. As a method for eliminating the wavelength dependence of optical attenuation, an optical circuit in which two Mach-Zehnder interferometers are connected in series and heaters are arranged alternately has been proposed ("TV Clapp, S.Day, S.Ojha, and RGPeall, “Broadband variable optical attenuator in silica waveguide technology,” in Proc. ECOC '98, 1998, pp. 301-302.). In this optical circuit, it is reported that a flat optical attenuation characteristic within 1 dB can be obtained in a band of 1530 to 1560 nm.
[0016]
However, even if this optical circuit is used, it is impossible to suppress the wavelength dependence in a wide wavelength range extending from 1400 to 1600 nm. For example, according to the simulation, in the wavelength region of 1400 to 1600 nm, the wavelength dependence is about 1 dB at an attenuation of 3 dB, 2 dB at an attenuation of 6 dB, and 4 dB at an attenuation of 10 dB, and a conventionally proposed one-stage Mach-Zehnder interferometer It can be seen that wavelength dependency equivalent to the wavelength dependency possessed by is generated. In other words, the wavelength dependence of the phase difference of the interferometer that occurs in principle dominates the wavelength dependence of the optical attenuation, and as a result, a variable optical attenuator with flat characteristics in a wide wavelength range cannot be realized. It was. Therefore, it has been impossible to realize an optical communication apparatus that collectively controls the optical fiber input light intensity of the optical communication apparatus in FIG. 10 using a small PLC variable optical attenuator with excellent integration. .
[0017]
For the reasons described above, there has been a demand for the emergence of a technique for eliminating the wavelength dependence of the optical attenuation of the variable optical attenuator using the PLC.
[0018]
An object of the present invention is to provide a variable optical attenuator having a small wavelength dependency in a waveguide type optical component which is promising for integration and miniaturization.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and attached drawings.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions among the inventions disclosed in the present application.
(1) The first optical interferometer and the second optical interferometer are connected in cascade, the phase difference of the signal light bifurcated by the optical interferometer is adjusted, and the intensity of the signal light is set to a desired value. A variable optical attenuation method to be set, wherein the signal light passes through the first optical interferometer. First Phase difference And the relationship of the second phase difference when passing through the second optical interferometer The sum of the differential wavelength of the transmitted light intensity of the first optical interferometer and the differential wavelength of the transmitted light intensity of the second optical interferometer at the center wavelength of the signal light is zero. Above After approximating the second phase difference as a quadratic function of the first phase difference and adjusting the first phase difference, the second phase difference was uniquely obtained from the quadratic function. Phase difference In It is a method to adjust.
[0020]
(2) In the variable optical attenuation method of the means (1), the optical interferometer is constituted by a cross type Mach-Zehnder interferometer using one input end of the Mach-Zehnder interferometer and an output end obliquely opposed to the input end. It is a method to do.
[0021]
(3) In the variable optical attenuation method of the means (1), the optical interferometer is constituted by a bar-type Mach-Zehnder interferometer using one input end of the Mach-Zehnder interferometer and an output end facing the input end in parallel. Is the method.
[0022]
(4) In the variable optical attenuation method of the means (1), one of the first and second Mach-Zehnder interferometers is a cross-type Mach-Zehnder interferometer and the other is a bar-type Mach-Zehnder interferometer.
[0024]
( 5 ) Said means (1 )of In the variable optical attenuation method, the phase difference is within 2π.
[0026]
( 6 ) The first optical interferometer and the second optical interferometer are connected in cascade, the phase difference of the signal light bifurcated by the optical interferometer is adjusted, and the intensity of the signal light is set to a desired value. A variable optical attenuator, first phase difference adjusting means for adjusting a phase difference when the signal light passes through the first optical interferometer; A relationship between a first phase difference when the signal light passes through the first optical interferometer and a second phase difference when the signal light passes through the second optical interferometer, The sum of the wavelength differential amount of the transmitted light intensity of the first optical interferometer and the wavelength differential amount of the transmitted light intensity of the second optical interferometer at the center wavelength of the signal light is zero. ,Previous Second phase difference The After approximating as a quadratic function of the first phase difference and adjusting the first phase difference, The second phase difference Uniquely obtained from the quadratic function Place A second phase adjusting means for adjusting to the phase difference is provided.
[0027]
( 7 ) Said means ( 6 ), The phase difference is within 2π.
[0028]
( 8 ) Said means ( 6) or (7 In the variable optical attenuator, the optical interferometer is composed of a planar optical waveguide formed of a core part having a high refractive index and a clad part surrounding the core part and having a refractive index lower than that of the core part. Two input optical waveguides, two optical multiplexers / demultiplexers with two inputs and two outputs, two output optical waveguides of the optical multiplexer / demultiplexer of the optical multiplexer / demultiplexers, and two input optical waveguides of the optical multiplexer The Mach-Zehnder interferometer is composed of two arm optical waveguides that connect the two, a phase adjuster provided in the arm optical waveguides, and two output optical waveguides.
[0029]
( 9 ) Said means ( 6) or (7 In the variable optical attenuator, the optical interferometer is composed of a planar optical waveguide formed of a core part having a high refractive index and a clad part surrounding the core part and having a refractive index lower than that of the core part. One input optical waveguide, one input and two output Y branch, two input and one output Y branch, and the connection between the two output optical waveguides of the Y branch and the two input optical waveguides The Mach-Zehnder interferometer is composed of two arm optical waveguides, a phase adjuster provided in the arm optical waveguide, and one output optical waveguide.
[0030]
( 10 ) Said means ( 8 ) Is configured with a cross-type Mach-Zehnder interferometer having one input optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer as an input end and an output optical waveguide diagonally opposed to the input end as an output end.
[0031]
( 11 ) Said means ( 8 ), A bar-type Mach-Zehnder interferometer having one input optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer as an input end and an output optical waveguide facing the input end parallel to the output end.
[0032]
( 12 ) Said means ( 8 1), one of the first and second Mach-Zehnder interferometers is a cross-type Mach-Zehnder interferometer, and the other is a bar-type Mach-Zehnder interferometer.
[0033]
The variable optical attenuating method and variable optical attenuator of the present invention are characterized in that the optical output intensity from the optical interferometer is set to a desired value by adjusting the phase of the optical interferometer and the variable optical attenuator. , Two optical interferometers are connected in series, and the differential amount of the transmitted light intensity at the center wavelength within the operating wavelength range of the first optical interferometer and the transmitted light intensity at the center wavelength of the second optical interferometer are It is to drive the phase adjusters of the first and second optical interferometers while maintaining the relationship that the sum of the wavelength differential amounts becomes zero.
[0034]
That is, the variable optical attenuation method and variable optical attenuator of the present invention satisfy the broadband optical attenuation characteristic necessary for broadband wavelength division multiplexing optical communication that will be realized in the future. The wavelength dependence of the optical attenuation amount of the optical interferometer generated in the above is essentially suppressed by the combination of the two-stage optical interferometer and its phase control method. That is, the differential value of the transmitted light intensity at the center wavelength of the second optical interferometer is equal to the wavelength differential amount of the transmitted light intensity at the center wavelength within the operating wavelength range of the first optical interferometer. By adjusting the phase of the second optical interferometer so that the optical signal transmitted through the two optical interferometers has a relationship that the sum of the wavelength differential amounts of the transmitted light intensity at the center wavelength becomes zero. be able to.
[0035]
In addition, by applying phase control that maintains the relationship that the sum of the wavelength differential amounts of the transmitted light intensity at the center wavelength is zero, the wavelength differential amount of the transmitted light intensity at the operation center wavelength is zero, that is, the transmitted light intensity at the operation center wavelength. The wavelength dependence of can be eliminated. As a result, the wavelength dependence of the transmitted light intensity in the operating wavelength range is minimized.
[0036]
Further, in realizing a phase control method that maintains a relationship in which the sum of wavelength differential amounts is zero, a method that approximates phase control to a quadratic function can also effectively reduce wavelength dependency.
[0037]
If this quadratic function approximation is used, the wavelength dependency can be effectively reduced by a simple analog control circuit.
[0038]
Further, a PLC type Mach-Zehnder interferometer is effective as the interferometer used in the variable optical attenuator of the present invention. This is because, as described above, the PLC is excellent in small size, integration, and mass productivity, and in particular, the Mach-Zehnder interferometer has its own characteristics compared to other interference circuits such as a ring resonator. This is because the wavelength dependency is small. In addition, the variable optical attenuator of the present invention has a configuration in which two Mach-Zehnder interferometers, which are simple basic circuits, are used to reduce wavelength dependence, and the complexity and size of the apparatus are minimal. That is, by using a phase control method approximated by a quadratic function and a two-stage PLC Mach-Zehnder interferometer, it is possible to realize a variable optical attenuator with a simple apparatus configuration and a small wavelength dependency. .
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with embodiments (examples) according to the present invention with reference to the drawings.
Note that, in all drawings for explaining the present embodiment (examples), parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
[0040]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a variable optical attenuator according to Embodiment 1 of the present invention. In the first embodiment, a Mach-Zehnder interferometer is used as an optical interferometer, and an approximation using a quadratic function is used as a phase control method. This is because the Mach-Zehnder interferometer has less wavelength dependency of the optical attenuation than other optical interferometers, and is effective in reducing the wavelength dependency in a broadband operation. Further, the approximation by the quadratic function is possible because the phase control method can be configured with a simple analog circuit, and even if this approximation is used, the effect of reducing the wavelength dependency is great.
[0041]
The variable optical attenuator of Embodiment 1 uses an optical waveguide. As shown in FIG. 1, two input optical waveguides 101, two optical multiplexers / demultiplexers 102 having two inputs and two outputs, and an optical multiplexer are used. Two arm optical waveguides 103A and 103B connecting the two output optical waveguides of the optical demultiplexer 102 and the two input optical waveguides of the optical multiplexer, and arm optical waveguides 103A and 103B, respectively. The Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B, each including the phase adjusters 104A and 104B and the two output waveguides 105, are configured. The Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are basically constituted by cross-type Mach-Zehnder interferometers. Here, the cross-type Mach-Zehnder interferometer is one in which the input end and the output end of the two input / output optical waveguides of the Mach-Zehnder interferometer are at diagonal positions.
[0042]
In the first embodiment, it is assumed that the Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are symmetrical, that is, the lengths of the two arm waveguides are equal. That is, the respective phase amounts of the Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are set to 0 in advance. As shown in FIG. 1, an ALC function can be realized by providing an optical branching device 106 at the output end, monitoring the branched light with a photodetector 107, and performing feedback control with a feedback control circuit 108. Yes. The amount of phase adjustment by the phase adjuster 104B is controlled by the control circuit 109. The control circuit 109 performs control to give a phase adjustment amount by the phase adjuster 104B as a quadratic function to the phase adjustment amount by the phase adjuster 104A.
[0043]
FIG. 2 is a diagram for explaining a phase control method for realizing wavelength independence of optical attenuation. The horizontal axis represents the phase amount of one (first) Mach-Zehnder interferometer (for example, 100A) at the front stage or the rear stage, and the vertical axis represents the phase amount of the other (second) Mach-Zehnder interferometer (for example, 100B). The black circle marks indicate the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometer when the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometer (100A, 100B) is 50% at a wavelength of 1500 nm. When the wavelength is 1400 nm and 50%, the black square mark indicates that the coupling factor of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometer (100A, 100B) is 50% at the wavelength of 1600 nm. Each plot is an exact solution with a minimum wavelength dependency, and each curve is approximated by a quadratic function. The phase control method using the exact solution can minimize the wavelength dependence of the optical attenuation.
[0044]
In order to realize a control method using an exact solution, the respective phase amounts of the two-stage Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are stored in a memory, and controlled according to this phase information by software processing such as firmware.
[0045]
Further, the phase control method using the approximate solution by the quadratic function can provide the other phase amount as the quadratic function approximation for one phase amount by using a simple analog circuit. Next, a phase control method when the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B varies will be described.
[0046]
First, let us consider a case where the coupling ratio of the optical multiplexer / demultiplexer 102 is ideally manufactured and the coupling ratio of 50% is satisfied at 1500 nm which is the central wavelength in the assumed operating wavelength range of 1400 to 1600 nm. In this case, control for decreasing the phase of the other Mach-Zehnder interferometer (for example, 100B) to be approximated by a quadratic function as shown in FIG. By performing the above, wavelength dependency can be minimized.
[0047]
Next, it is considered that the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B is shifted due to a manufacturing error. For example, when the wavelength at which the coupling rate is 50% is shifted to 1400 nm or 1600 nm, control that is approximated by a quadratic function as indicated by the black triangle mark or black square mark shown in FIG. Thus, wavelength dependency can be minimized. This indicates that a production error of the variable optical attenuator can be allowed by adjusting the settings of the phase control circuits 104A and 104B, which has a great effect on the yield improvement in the manufacture of the variable optical attenuator.
[0048]
As described above, two stages of Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are connected in series, and the phase of one Mach-Zehnder interferometer (for example, 100B) is controlled by a quadratic function of the phase of the other Mach-Zehnder interferometer (for example, 100A). FIG. 3 shows a simulation of the spectrum of light attenuation in the case of the above. For reference, the wavelength dependence of the light attenuation when a conventional one-stage Mach-Zehnder interferometer (FIG. 9) is used is indicated by a thin line. From FIG. 3, the wavelength dependence of the variable optical attenuator of the first embodiment is suppressed to within 0.5 dB at an attenuation of 10 dB. In the case of the conventional one-stage Mach-Zehnder interferometer, it can be seen that the wavelength dependency is about 4 dB at the attenuation of 10 dB, so that it is suppressed to about 1/8. Accordingly, it has been clarified that the wavelength dependence of the optical attenuation can be effectively reduced despite the approximation of the phase control method by a quadratic function. Thus, it has been found that the variable optical attenuator of the first embodiment can realize optical attenuation characteristics with less wavelength dependence in a wide wavelength region, and is an optical attenuator effective for application to wideband wavelength division multiplexing communication. I can conclude.
[0049]
In the first embodiment, the phase of the phase adjuster 104B of the subsequent stage Mach-Zehnder interferometer 100B is given as a quadratic function with respect to the phase of the phase adjuster 104A of the previous stage Mach-Zehnder interferometer 100A. It is obvious that the same effect can be obtained even if the phase of the phase adjuster 104A of the preceding Mach-Zehnder interferometer 100A is given as a quadratic function with respect to the phase of the phase adjuster 104B of the latter-stage Mach-Zehnder interferometer 100B. . As the phase adjuster, a metal thin film heater is generally used in the case of a silica-based optical waveguide, and the heater may be provided in either of the two arm optical waveguides 103 of the symmetric Mach-Zehnder interferometer.
[0050]
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a variable optical attenuator according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 4, the variable optical attenuator of the second embodiment has one of the two symmetric Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B of the first embodiment shown in FIG. 1 as an asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C. A phase amount of 2π is provided. The one (first) Mach-Zehnder interferometer 100A is symmetric, the lengths of the two arm optical waveguides 103 are equal, and the other (second) Mach-Zehnder interferometer 100C is asymmetric. The length of the arm waveguide 103 is different by 2π as the optical path length difference. When the phase 2π is converted into an actual waveguide length, for example, when quartz glass having a refractive index of about 1.45 is used as an optical waveguide material and an operating wavelength band of 1550 nm is assumed, the two arm optical waveguides 103A and 103B are used. The difference in length is about 1034 nm. Further, the phase adjuster 104C of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C is provided in the short arm optical waveguide 103A. This is because the phase adjuster generally increases the refractive index with respect to the drive electric signal intensity, and realizes the operation of reducing the phase difference provided in advance by 2π with an asymmetric configuration by the phase adjuster. Because. For example, in a silica-based optical waveguide, the phase of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C decreases as the drive power increases by using the heater as a phase adjuster and mounting the heater on the short side arm optical waveguide 103A.
[0051]
Further, as shown in FIG. 4, as the circuit configuration, an optical branching device 106 is provided in the main output optical waveguide 105, the branched light is monitored by the photodetector 107, and feedback control is performed by the feedback control circuit 108, whereby the ALC function is achieved. It can also be realized.
[0052]
FIG. 5 is a diagram for explaining a phase control method for realizing wavelength independence of optical attenuation. The horizontal axis represents the phase adjustment amount of the phase adjuster 104A of the symmetric Mach-Zehnder interferometer 100A, and the vertical axis represents the phase adjustment amount of the phase adjuster 104C of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C. Further, when the coupling ratio of the optical multiplexer / demultiplexer constituting the Mach-Zehnder interferometer is 50% at a wavelength of 1500 nm, the black circle mark indicates that the coupling ratio of the optical multiplexer / demultiplexer constituting the Mach-Zehnder interferometer is 50% at a wavelength of 1400 nm. In this case, a black square mark indicates a case where the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer constituting the Mach-Zehnder interferometer is 50% at a wavelength of 1600 nm. Furthermore, each plot is an exact solution with a minimum wavelength dependence, and each curve represents an approximation by a quadratic function. The phase control method using the exact solution can minimize the wavelength dependence of the optical attenuation.
[0053]
In order to realize a control method using an exact solution, the respective phase amounts of the two-stage Mach-Zehnder interferometers 100A and 100C are stored in a memory and controlled according to this phase information by software processing such as firmware. Moreover, the phase control method using the approximate solution by the quadratic function can give the other phase amount as the quadratic function approximation to the one phase amount by using a simple analog circuit.
[0054]
A phase control method when the coupling rates of the multiplexers / demultiplexers 104A and 104B constituting the Mach-Zehnder interferometers 100A and 100C vary will be described below.
[0055]
First, let us consider a case where the coupling ratio of the optical multiplexer / demultiplexer 102 is ideally manufactured and satisfies a coupling ratio of 50% at 1500 nm, which is the center wavelength, in the assumed operating wavelength range of 1400 nm to 1600 nm. In this case, for the increase in the phase adjustment amount of the phase adjuster 104A of the symmetric Mach-Zehnder interferometer 100A, the phase adjustment amount of the phase adjuster 104C of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C is an exact solution as shown in FIG. Alternatively, the wavelength dependence can be minimized by performing control to increase so as to be approximated by a quadratic function. This is because the phase adjustment amount II of the phase adjuster 104C shown in FIG. 4 is a value obtained by subtracting the phase amount II shown in FIG. 2 from 2π, and the phase of 2π is previously asymmetrically configured on the variable optical attenuator. This is because the phase adjustment amount of the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C becomes equivalent to the phase amount II shown in FIG. 2 by providing the amount and adding the phase adjustment amount II of FIG.
[0056]
Next, let us consider that the coupling rate of the optical multiplexer / demultiplexer 102 constituting the Mach-Zehnder interferometer is shifted due to a manufacturing error. For example, when the wavelength at which the coupling rate is 50% is shifted to 1400 nm or 1600 nm, control that is approximated by a quadratic function as indicated by the black triangle mark or black square mark shown in FIG. Thus, wavelength dependency can be minimized. This indicates that, as in the first embodiment, by adjusting the setting of the phase neutralizer 104C, a manufacturing error of the variable optical attenuator can be tolerated. In the manufacture of the variable optical attenuator, the yield is improved. Has a great effect.
[0057]
As described above, the wavelength dependence of the optical attenuation of the variable optical attenuator in which the symmetric Mach-Zehnder interferometer 100A and the asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100C are combined is as shown in FIG. The attenuator is equivalent to the configuration of the variable optical attenuator shown in FIG. Furthermore, the configuration of the variable optical attenuator of the second embodiment is more effective in reducing power consumption than the configuration of the variable optical attenuator shown in FIG. This is clear when phase II in FIG. 5 and FIG. 2 are compared. That is, in the configuration of FIG. 1, the phase II is from π to 2π from FIG. 2, whereas in the configuration of FIG. 4, the phase adjustment amount II is smaller from 0 to π than from FIG. Therefore, the power consumption of the phase adjusters (104B, 100C) can be suppressed. That is, it is clear that the variable optical attenuator of the second embodiment can effectively suppress the wavelength dependence of the optical attenuation amount, even though the approximation by the quadratic function is used as in the first embodiment. became.
[0058]
As described above, it has been found that the variable optical attenuator of the second embodiment can realize optical attenuation characteristics with little wavelength dependency in a wide band, and it can be concluded that it is an effective optical attenuator in broadband wavelength division multiplexing communication.
[0059]
In the second embodiment, the Mach-Zehnder interferometer 100A at the front stage is a symmetric type and the Mach-Zehnder interferometer 100C at the rear stage is asymmetrical. It is obvious that the same effect can be obtained as a mold. In this case, the phase of the phase adjuster 104A of the preceding asymmetric Mach-Zehnder interferometer 100A is given as a quadratic function with respect to the phase of the phase adjuster 104C of the latter-stage symmetric Mach-Zehnder interferometer 100C. As the phase adjuster, a metal thin film heater is generally used in the case of a quartz optical waveguide, and the position of the heater of the symmetric Mach-Zehnder interferometer may be provided in either of the two arm waveguides 103.
[0060]
In the second embodiment described above, the configuration in which the cross-type Mach-Zehnder interferometers are connected in two stages has been specifically described. However, even if one or both of them is a bar-type Mach-Zehnder interferometer, the phase adjuster of one Mach-Zehnder interferometer is used. A similar effect can be obtained by driving the phase amount of the second approximation to a quadratic function of the phase amount of the phase adjuster of the other Mach-Zehnder interferometer. However, it is more effective to use a cross type Mach-Zehnder interferometer in which the optical attenuation is not affected by a deviation from 50% of the coupling ratio of the directional coupler, because a larger optical attenuation can be achieved.
[0061]
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a variable optical attenuator according to Embodiment 3 of the present invention.
[0062]
As shown in FIG. 6, in the variable optical attenuator of the third embodiment, the two Mach-Zehnder interferometers of the first embodiment shown in FIG. 1 are Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B each including a Y optical splitter 102A. Is. The variable optical attenuator of Embodiment 3 uses an optical waveguide, and includes one input optical waveguide 101, a Y-branch 102A having one input and two outputs, and a Y-branch 102B having two inputs and one output. , Two arm optical waveguides 103 connecting the two output optical waveguides of the Y branching device 102A and the two input waveguides of the Y branching device 102B, and phase adjusters 104A provided in the arm optical waveguide 103, The Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are composed of 104B and one output waveguide 105, and the first and second Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are connected in series. Here, it is assumed that the two Mach-Zehnder interferometers 100A and 100B are symmetrical, and the lengths of the two arm optical waveguides 103 are equal. Further, as shown in FIG. 6, as the circuit configuration, an ALC function can be realized by providing a branch circuit 106 at the output end, monitoring the branched light with the photodetector 107, and performing feedback control with the feedback control circuit 108. It has become.
[0063]
As described in the first embodiment, the variable optical attenuator of the third embodiment is configured such that the phase of the other Mach-Zehnder interferometer 100B increases as the phase adjustment amount I of the phase adjuster 104A of one Mach-Zehnder interferometer 100A increases. By controlling the phase adjustment amount II of the adjuster 104B so as to be approximated by a quadratic function, the wavelength dependence of the optical attenuation can be minimized as shown in FIG. Further, it is obvious that wavelength dependency can be reduced even when a symmetric Mach-Zehnder interferometer and an asymmetric Mach-Zehnder interferometer as described in the second embodiment are combined.
[0064]
As described above, the variable optical attenuator of Embodiment 3 has been found to be able to realize optical attenuation characteristics with little wavelength dependence in a wide band, and is an effective optical attenuator in wideband wavelength multiplex communication.
[0065]
As described above, the variable optical attenuator described in the first to third embodiments has a circuit configuration applicable to a waveguide type optical component in general. Here, it is preferable to use the circuit configuration of the variable optical attenuator of the third embodiment for a silica-based optical waveguide excellent in low loss. Further, as the phase adjuster of the silica-based optical waveguide, it is preferable to use the thermo-optical effect by heating the heater as described in the above embodiment, but other means such as an electro-optical effect can also be used. . In addition to quartz glass, a multicomponent glass, lithium niobate, or a polymer can be used as the material of the optical waveguide, and an electro-optic effect or a thermo-optic effect can be used as the phase adjustment mechanism. In addition to the directional coupler, an MMI coupler can be used for the two combining spectrum circuits constituting the Mach-Zehnder interferometer.
[0066]
Furthermore, in order to realize a small ALC function, it is effective to hybridly integrate a photo detector on a waveguide substrate.
[0067]
In order to suppress the wavelength dependence as much as possible, it is desirable that the phase amount set in advance in the two-stage Mach-Zehnder interferometer is 2π or less. This is because by reducing the preset phase amount to 2π or less, the wavelength dependence of the optical attenuation when the one-stage Mach-Zehnder interferometer shown in FIG. 9 is used for the variable optical attenuator can be reduced. This is because the wavelength dependence of the light intensity that has passed through the two-stage Mach-Zehnder interferometer can be minimized.
[0068]
(Embodiment 4)
Embodiment 4 shows an example of control of an optical amplifier using a variable optical attenuator according to the present invention. A schematic configuration of the optical amplifier is shown in FIG. The optical amplifier 201 of the fourth embodiment is a configuration for making the output signal light intensity constant when the light intensity of the input signal varies in the constant gain control (AGC) optical amplifier. The automatic level control device (ALC) 200 using the variable optical attenuator of the present invention is arranged in the above. The operation of the optical amplifier 201 will be briefly described. The input signal light is amplified with a constant gain by the AGC operation of the AGC optical amplifier 201. Here, when the AGC optical amplifier 201 is adapted to a situation where the input signal light intensity is different, the output signal intensity changes according to the input signal light intensity. Here, the ALC 200 using the variable optical attenuator of the present invention is arranged at the subsequent stage of the AGC optical amplifier 201, and the output light intensity is controlled to be constant.
[0069]
In the fourth embodiment, the ALC 200 is disposed in the subsequent stage of the AGC optical amplifier 201. However, a configuration in which the ALC 200 is disposed in the preceding stage of the AGC optical amplifier 201 or a structure in which the ALC 200 is disposed between the two stages of the AGC optical amplifier is considered. It is done. As the AGC optical amplifier 201, an EDFA has been generally used. However, it is effective to apply the AGC to a wideband optical amplifier such as an optical amplifier combining a EDFA and a GSEDFA or a Raman amplifier. . This is because as the amplification band becomes wider, the light attenuation characteristic having a smaller wavelength dependency, which is a feature of the ALC 200 of the present invention, can be utilized.
[0070]
As described above, by combining the ALC using the variable optical attenuator of the present invention with the AGC optical amplifier 201, the output signal light intensity can be controlled to be constant even when the input signal light intensity fluctuates. This is important as an application to optical amplifiers.
[0071]
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical communication apparatus using the variable optical attenuator according to the fifth embodiment of the present invention. The optical communication apparatus according to the fifth embodiment includes an N level optical transmitter 301 that generates optical signals of different wavelengths, an Nx1 optical multiplexer 302, and an automatic level adjustment apparatus (ALC) 303 using the variable optical attenuator of the present invention. Between the optical signal transmitter LT, 1 × N optical demultiplexer 304 and N optical receivers 305, and between the optical signal transmitter LT and the optical signal receiver LR. The transmission optical fiber line 306 and the optical amplifier 307 are arranged. Here, if necessary, between the Nx1 optical multiplexer and the automatic level adjuster 303 in the optical signal transmitter LT or the subsequent stage of the automatic level adjuster 303, and the 1xN optical demultiplexer 304 of the optical signal receiver LR. An optical amplifier 307 is disposed in the previous stage. Since the variable optical attenuator of the present invention has a small wavelength dependency, it is possible to collectively control the light intensity of a wideband wavelength division signal input to the transmission fiber line 306. Thus, it is not necessary to use a plurality of variable optical attenuators.
[0072]
Further, the attenuation amount of the variable optical attenuator is controlled as necessary so that the code error rate of the signal received by the optical receiver 305 of the optical signal receiver LR is minimized. When such feedback control is performed, for example, when the optical communication apparatus according to the fifth embodiment is newly installed and communication is started, the receiver can optimize the signal light intensity to the optical fiber line 306. The error rate can be adjusted while measuring, and the reliability of communication at the start of communication can be ensured.
[0073]
Further, when the number of wavelengths is increased or removed during system operation, the optimum signal light intensity to the optical fiber line 306 can be determined according to the change in the number of wavelengths. Thereby, it is possible to provide a so-called self-supporting optical communication apparatus that can cope with an increase or decrease in the number of wavelengths without stopping the operation of the apparatus.
[0074]
Furthermore, it is also effective to integrate the variable optical attenuator of the present invention with an arrayed waveguide type diffraction grating using a 1 × N optical demultiplexer.
[0075]
As described above, since the variable optical attenuator of the present invention can achieve optical attenuation characteristics having no wavelength dependence in a wide wavelength range extending to 200 nm, in an optical communication system using a wideband wavelength division multiplexing system, This is effective in application areas where the intensity of the division multiplexed signal light is collectively controlled.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a light attenuation characteristic with a small wavelength dependency in a wideband region as long as 200 nm.
In addition, since an optical waveguide that can be miniaturized and integrated is used, the optical waveguide can be miniaturized with a simple circuit configuration that combines a two-stage Mach-Zehnder interferometer.
In addition, since the phase control of the interferometer uses a control circuit that gives one phase as a quadratic function of the other phase, the control accuracy can be increased.
Further, since it is possible to cope with the manufacturing error of the optical multiplexing / demultiplexing circuit constituting the Mach-Zehnder interferometer only by adjusting the setting of the control circuit, it can be manufactured with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an automatic level control apparatus using a variable optical attenuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a phase control method of a Mach-Zehnder interferometer in the variable optical attenuator of the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a simulation of a light attenuation amount spell according to the first embodiment;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an automatic level control apparatus using a variable optical attenuator of Embodiment 2 according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a phase control method of a Mach-Zehnder interferometer in the variable optical attenuator according to the second embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an automatic level control apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical amplifier using an automatic level control device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical communication apparatus using an automatic level control apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a conventional variable optical attenuator.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an optical communication apparatus using a conventional variable optical attenuator.
[Explanation of symbols]
Lin ... input signal light, Lout ... output signal light, 100A, 100B ... symmetric Mach-Zehnder interferometer, 100C ... asymmetric Mach-Zehnder interferometer, 101 ... input optical waveguide, 11,102 ... optical multiplexer / demultiplexer, 12, 103 ... arm Optical waveguide 13, 104A, 104B, 104C ... phase adjuster, 105 ... output optical waveguide, 106 ... branching device, 107 ... photo detector, 108 ... feedback control circuit, 109 ... phase adjustment amount II with respect to phase adjustment amount I Control circuit given by quadratic function, 200, 303 ... automatic level adjustment device (ALC), 201 ... AGC optical amplifier, 301 ... optical transmitter, 302 ... Nx1 optical multiplexer, 303 ... automatic level adjustment device (ALC), 304 1xN optical demultiplexer, 305 optical receiver, 306 optical fiber line for transmission, 307 optical amplifier.

Claims (12)

第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変光減衰方法であって、
前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前記第2の光干渉計を通過する際の第2の位相差の関係を、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零となるように、前記第2の位相差前記第1の位相差の二次関数として近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記第2の位相差を前記二次関数から一義的に求めた位相差に調整することを特徴とする可変光減衰方法。
A variable in which the first optical interferometer and the second optical interferometer are connected in cascade, the phase difference of the signal light bifurcated by the optical interferometer is adjusted, and the intensity of the signal light is set to a desired value. A light attenuation method,
The relationship between the first phase difference when the signal light passes through the first optical interferometer and the second phase difference when the signal light passes through the second optical interferometer is expressed as a center wavelength of the signal light. the first as the sum of the wavelength derivative of the transmitted light intensity of the wavelength derivative amount of the transmitted light intensity and the second optical interferometer of the optical interferometer is zero, the prior SL second retardation It said first approximated as a quadratic function of the phase difference, the first After adjusting the phase difference, characterized by adjusting the second phase difference phase difference which uniquely determined from the quadratic function Variable optical attenuation method.
請求項1に記載の可変光減衰方法において、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入力端と、該入力端に斜めに対向する出力端を用いるクロス型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰方法。  2. The variable optical attenuation method according to claim 1, wherein the optical interferometer includes a cross type Mach-Zehnder interferometer using one input end of the Mach-Zehnder interferometer and an output end obliquely opposed to the input end. A variable optical attenuation method characterized. 請求項1に記載の可変光減衰方法において、前記光干渉計は、マッハツェンダ干渉計の一方の入力端と、該入力端に平行に向かい合う出力端を用いるバー型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰方法。  2. The variable optical attenuation method according to claim 1, wherein the optical interferometer includes a bar-type Mach-Zehnder interferometer using one input end of the Mach-Zehnder interferometer and an output end facing the input end in parallel. Variable optical attenuation method. 請求項1に記載の可変光減衰方法において、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰方法。  2. The variable optical attenuation method according to claim 1, wherein one of the first and second Mach-Zehnder interferometers is a cross-type Mach-Zehnder interferometer and the other is a bar-type Mach-Zehnder interferometer. Method. 請求項1に記載の可変光減衰方法において、前記位相差は2π以内であることを特徴とする可変光減衰方法。The variable optical attenuation method according to claim 1 , wherein the phase difference is within 2π. 第1の光干渉計と第2の光干渉計を縦列接続し、前記光干渉計で二分岐された信号光の位相差を調整して、前記信号光の強度を所望の値に設定する可変光減衰器であって、
前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の位相差を調整する第1の位相差調整手段と、
前記信号光が前記第1の光干渉計を通過する際の第1の位相差と前記第2の光干渉計とを通過する際の第2の位相差の関係を、前記信号光の中心波長での前記第1の光干渉計の透過光強度の波長微分量と前記第2の光干渉計の透過光強度の波長微分量との和が零となるように、前記第2の位相差前記第1の位相差の二次関数として近似し、前記第1の位相差を調整したのち、前記第2の位相差を前記二次関数から一義的に求めた位相差に調整する第2の位相調整手段を備えたことを特徴とする可変光減衰器。
A variable in which the first optical interferometer and the second optical interferometer are connected in cascade, the phase difference of the signal light bifurcated by the optical interferometer is adjusted, and the intensity of the signal light is set to a desired value. An optical attenuator,
First phase difference adjusting means for adjusting a phase difference when the signal light passes through the first optical interferometer;
The relationship between the first phase difference when the signal light passes through the first optical interferometer and the second phase difference when the signal light passes through the second optical interferometer is expressed as a center wavelength of the signal light. the first such that the sum of the wavelength derivative of the transmitted light intensity of the wavelength derivative amount of the transmitted light intensity and the second optical interferometer of the optical interferometer is zero, pre-Symbol second phase difference at was approximated as a quadratic function of the first phase difference, after adjusting the first phase difference, the second for adjusting the second phase difference phase difference which uniquely determined from the quadratic function A variable optical attenuator comprising the phase adjusting means.
請求項に記載の可変光減衰器において、前記位相差は2π以内であることを特徴とする可変光減衰器。The variable optical attenuator according to claim 6 , wherein the phase difference is within 2π. 請求項6または請求項7に記載の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成される、2本の入力光導波路と、2入力2出力である2つの光合分波器と、該光合分波器の光分波器の2本の出力光導波路と光合波器の2本の入力光導波路を接続する2本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器と、2本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする可変光減衰器。8. The variable optical attenuator according to claim 6 , wherein the optical interferometer is formed of a core portion having a high refractive index and a clad portion surrounding the core portion and having a lower refractive index than the core portion. Two input optical waveguides, two input and two optical multiplexers / demultiplexers, and two output optical waveguides of the optical demultiplexer of the optical multiplexer / demultiplexer and optical multiplexing A Mach-Zehnder interferometer comprising two arm optical waveguides connecting two input optical waveguides of the detector, a phase adjuster provided in the arm optical waveguides, and two output optical waveguides A variable optical attenuator. 請求項6または請求項7に記載の可変光減衰器において、前記光干渉計は、屈折率の高いコア部と該コア部を囲み該コア部より屈折率の低いクラッド部とから形成された平面型光導波路で構成される、1本の入力光導波路と、1入力2出力であるY分岐器と、2入力1出力であるY分岐器と、前記Y分岐器の2本の出力光導波路と2本の入力光導波路間を接続する2本のアーム光導波路と、該アーム光導波路に設けられた位相調整器と、1本の出力光導波路から構成されるマッハツェンダ干渉計であることを特徴とする可変光減衰器。8. The variable optical attenuator according to claim 6 , wherein the optical interferometer is formed of a core portion having a high refractive index and a clad portion surrounding the core portion and having a lower refractive index than the core portion. One input optical waveguide composed of a type optical waveguide, a Y-branch having one input and two outputs, a Y-branch having two inputs and one output, and two output optical waveguides of the Y-branch It is a Mach-Zehnder interferometer comprising two arm optical waveguides connecting two input optical waveguides, a phase adjuster provided in the arm optical waveguides, and one output optical waveguide. Variable optical attenuator. 請求項に記載の可変光減衰器において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路を入力端とし、入力端に斜めに対向する出力光導波路を出力端とするクロス型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰器。9. The variable optical attenuator according to claim 8 , comprising a cross type Mach-Zehnder interferometer having one input optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer as an input end and an output optical waveguide diagonally opposed to the input end as an output end. A variable optical attenuator characterized by that. 請求項に記載の可変光減衰器において、前記マッハツェンダ干渉計の一方の入力光導波路を入力端とし、入力端に平行に向かい合う出力光導波路を出力端とするバー型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰器。9. The variable optical attenuator according to claim 8 , comprising a bar-type Mach-Zehnder interferometer having one input optical waveguide of the Mach-Zehnder interferometer as an input end and an output optical waveguide facing in parallel with the input end as an output end. A variable optical attenuator. 請求項に記載の可変光減衰器において、第1及び第2のマッハツェンダ干渉計のうち一方をクロス型マッハツェンダ干渉計とし、他方をバー型マッハツェンダ干渉計で構成することを特徴とする可変光減衰器。9. The variable optical attenuator according to claim 8 , wherein one of the first and second Mach-Zehnder interferometers is a cross-type Mach-Zehnder interferometer and the other is a bar-type Mach-Zehnder interferometer. vessel.
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