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JP2004282793A - Optical transmission system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transmission system capable of dealing with wavelength fluctuation on the transmitting side. <P>SOLUTION: The optical transmission system is equipped with a plurality of optical transmitters for outputting signal beams and an optical multiplexer for adding together the signal beams from the optical transmitters for sending to one or more optical transmission lines. Each optical transmitter includes a light source, a band pass filter for passing light from the light source, a beam splitting means for splitting the light passed through the band pass filter into at least two split beams, a photo-detector for converting one of split beams into an electric signal with a level corresponding to its intensity, and a control means for receiving the electric signal and controlling a wavelength of the light source to fix the intensity of the split beam, and the other split beam is sent as a signal beam. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光送信機並びに波長多重光送信用の光送信システム及び光受信システム並びにこれらシステムに適用可能な光フィルタアレイに関する。   The present invention relates to an optical transmitter, an optical transmission system and an optical reception system for wavelength multiplexed optical transmission, and an optical filter array applicable to these systems.

近年、エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)の出現により、光の直接増幅を行う伝送システムの検討が行われている。EDFAは1.5μm帯において、数十nmの広い増幅帯域を有しているため、複数の光源を用いて波長多重(WDM)をなされた信号光を一括して増幅することができる。このため、例えば幹線系の大容量化を目的として、EDFA及びWDMが適用される伝送システムについての研究及び開発が活発化している。   In recent years, with the advent of erbium-doped optical fiber amplifiers (EDFAs), transmission systems for directly amplifying light have been studied. Since the EDFA has a wide amplification band of several tens of nm in the 1.5 μm band, it is possible to collectively amplify the wavelength division multiplexed (WDM) signal light using a plurality of light sources. For this reason, for example, for the purpose of increasing the capacity of a trunk system, research and development on a transmission system to which EDFA and WDM are applied have been activated.

EDFAを備えた光中継器が複数使用される伝送システムにおいては、総合的な増幅帯域(光出力の変動やSN比等の観点から伝送に用いることができる帯域)はEDFA単体での増幅帯域に比べて減少するが、それでも総合的な増幅帯域は15nm程度は確保することができると考えられている。この場合、単純に計算して、波長間隔1nmの等間隔に並んだ信号光を16波伝送することができることになる。   In a transmission system in which a plurality of optical repeaters equipped with EDFAs are used, the overall amplification band (a band that can be used for transmission from the viewpoint of fluctuations in optical output and SN ratio) is the amplification band of the EDFA alone. However, it is considered that the overall amplification band can still be secured at about 15 nm. In this case, simply calculating, it is possible to transmit 16 signal lights arranged at equal intervals with a wavelength interval of 1 nm.

このように波長間隔を1nm程度に詰めた高密度なWDM(従来検討されていたWDMにおいては、10nm程度の波長間隔が想定されていたため、これに比較して高密度という意味)を行う場合、送信側では、各送信光源の相対的な波長間隔の管理や絶対波長の管理が必要になる。その理由は以下の通りである。   As described above, when performing high-density WDM in which the wavelength interval is reduced to about 1 nm (in the WDM conventionally studied, a wavelength interval of about 10 nm is assumed, meaning higher density compared to this). On the transmitting side, it is necessary to manage the relative wavelength intervals of the transmission light sources and the absolute wavelength. The reason is as follows.

(1)光源として用いられるレーザダイオード(LD)には温度変動に伴う発振波長の変動がある。発振波長の変動は例えば0.1nm/°Cである。LDモジュールに温度制御を施したとしても、環境温度が大きく変動すると、LDの温度もわずかに変化するため、波長変動が生じる。温度制御を行っているにもかかわらずLDの温度が変化するのは、LDと温度制御用の温度センサとの距離が離れているため、温度センサの温度が一定になったとしても、LDと温度センサの間に温度勾配が生じ、この温度勾配が外気温度の変動に伴い変化するからである。   (1) A laser diode (LD) used as a light source has a fluctuation in oscillation wavelength due to a temperature fluctuation. The fluctuation of the oscillation wavelength is, for example, 0.1 nm / ° C. Even if the temperature of the LD module is controlled, if the ambient temperature fluctuates greatly, the temperature of the LD also slightly fluctuates, causing a wavelength fluctuation. The reason that the temperature of the LD changes despite the temperature control is that the distance between the LD and the temperature sensor for temperature control is large, so even if the temperature of the temperature sensor becomes constant, This is because a temperature gradient is generated between the temperature sensors, and the temperature gradient changes with a change in the outside air temperature.

(2)LDの経時劣化による波長変動がある。経時劣化の大きさは現状では不明であるが、安定動作を確保するためには、少なくとも0.5nm程度の変動があることを前提にシステム設計を行う必要があると考えられている。   (2) There is a wavelength variation due to the aging of the LD. Although the magnitude of the deterioration with time is unknown at present, it is considered that it is necessary to design a system on the assumption that there is at least a fluctuation of about 0.5 nm in order to ensure stable operation.

(3)LDの直接変調を行う場合には、光出力や変調振幅等を一定に保つために、LDに与えるバイアス電流を制御している。この制御に際してバイアス電流を変化させると、発振波長が変動する。   (3) When direct modulation of the LD is performed, the bias current applied to the LD is controlled in order to keep the optical output and the modulation amplitude constant. If the bias current is changed during this control, the oscillation wavelength changes.

送信側で発振波長に変動が生じると、受信側で所望の波長の信号光を選択的に受信するための波長選択受信機の受信可能な波長帯域から信号光の波長が外れ、受信品質が劣化したり受信不能になることがある。   If the oscillation wavelength fluctuates on the transmitting side, the wavelength of the signal light deviates from the receivable wavelength band of the wavelength selective receiver for selectively receiving the signal light of the desired wavelength on the receiving side, and the reception quality is degraded. Or may be unreceivable.

波長選択受信機に内蔵されている波長選択光フィルタが、透過波長を受信したい信号光の波長変動に追従させるトラッキング機能を有している場合には、ある程度の送信側での波長変動に耐えることができる。しかし、送信光源の波長が大きく変動し、WDMにおける隣接チャネルの信号光の波長に接近すると、隣接チャネルの信号パワーが本来受信したい信号のクロストーク成分となり、受信品質が劣化する。   If the wavelength selective optical filter built into the wavelength selective receiver has a tracking function to follow the wavelength variation of the signal light to receive the transmission wavelength, withstand a certain amount of wavelength variation on the transmitting side Can be. However, when the wavelength of the transmission light source fluctuates greatly and approaches the wavelength of the signal light of the adjacent channel in WDM, the signal power of the adjacent channel becomes a crosstalk component of the signal originally desired to be received, and the reception quality is degraded.

ところで、WDMが1点対1点を結ぶ閉じたシステムに適用されている場合には、送信光源の波長の絶対値はあまり重要ではない。従って、光部品やEDFAの波長特性が所要値を満足するように適当に波長を定めればよく、主として各送信光源の相対的な波長間隔を制御すれば足りる。しかし、さまざまなノードがネットワーク上にあるような1点対多点或いは多点対多点を結ぶようなシステムにWDMが適用されている場合には、各送信光源の絶対波長の管理も必要となってくる。   By the way, when WDM is applied to a closed system connecting one point to one point, the absolute value of the wavelength of the transmission light source is not so important. Therefore, the wavelength may be appropriately determined so that the wavelength characteristics of the optical component and the EDFA satisfy the required values, and it is sufficient to mainly control the relative wavelength interval between the transmission light sources. However, when WDM is applied to a point-to-multipoint or multipoint-to-multipoint system in which various nodes are on a network, it is necessary to manage the absolute wavelength of each transmission light source. It is becoming.

以上のように、WDMが適用される伝送システムにおいては、受信側での安定動作を維持するためには、送信側での信号光の波長の相対的な或いは絶対的な安定化が必要である。具体的には、受信側でのクロストークの影響を避けるためには、WDMにおける隣接チャネル間の波長間隔の1/10〜1/5程度、即ち、1nmの波長間隔の場合には、0.1〜0.2nm程度に波長間隔を安定化する必要がある。尚、この値は受信機に内蔵される波長選択フィルタの性能に依存する。絶対波長の管理が必要な場合でも、少なくとも上述の波長間隔と同じく0.1nm程度以下の精度で管理する必要がある。   As described above, in a transmission system to which WDM is applied, in order to maintain stable operation on the receiving side, relative or absolute stabilization of the wavelength of signal light on the transmitting side is necessary. . Specifically, in order to avoid the influence of crosstalk on the receiving side, in the case of a wavelength interval of about 1/10 to 1/5 of a wavelength interval between adjacent channels in WDM, that is, in the case of a wavelength interval of 1 nm, 0.1 to 1.0 is used. It is necessary to stabilize the wavelength interval to about 1 to 0.2 nm. Note that this value depends on the performance of the wavelength selection filter built in the receiver. Even when the absolute wavelength needs to be managed, it is necessary to manage the wavelength with an accuracy of about 0.1 nm or less at least as in the above-described wavelength interval.

ところで、WDMが適用される伝送システムのもう1つの課題として、必要な伝送容量に応じてチャネルを増設、休止させる場合や装置が故障した場合における安定動作の確保がある。例えば、チャネルを増設する場合において、送信光源にLDが用いられているときには、光源の立ち上げ(コールドスタート)に際してバイアス電流を所定の電流値まで上昇させる時間中やLDの温度を設定温度に安定化するまでの時間中に数nm程度の波長変動が生じてしまう。光源の休止時にも同様のことが生じる。   By the way, another problem of the transmission system to which WDM is applied is to secure a stable operation when a channel is added or suspended according to a required transmission capacity or when a device breaks down. For example, when an LD is used as a transmission light source when adding a channel, when the light source is started (cold start), the bias current is increased to a predetermined current value, and the temperature of the LD is stabilized at the set temperature. During this time, a wavelength fluctuation of about several nm occurs. The same occurs when the light source is stopped.

また、システムの一部に故障が生じた場合、特にLD自身又はLDのバイアス電流制御回路もしくは温度制御回路に障害が発生した場合には、突発的な波長変動が生じる可能性がある。送信側では、光源の波長変動の影響が他の光源に及ばないように安定な動作の確保が望まれる。   Further, when a failure occurs in a part of the system, particularly when a failure occurs in the LD itself or a bias current control circuit or a temperature control circuit of the LD, sudden wavelength fluctuation may occur. On the transmitting side, it is desired to ensure stable operation so that the influence of the wavelength fluctuation of the light source does not affect other light sources.

よって、本発明の主たる目的は、送信側における波長変動に対処することにある。本発明の他の目的は、以下の説明から明らかになる。   Therefore, a main object of the present invention is to cope with wavelength fluctuation on the transmission side. Other objects of the present invention will become clear from the following description.

本発明の一側面によると、信号光を出力する複数の光送信機と、該各光送信機からの信号光を加え合わせて一つ又はそれ以上の光伝送路に送出する光マルチプレクサとを備え、上記各光送信機は、それぞれ、光源と、該光源からの光を通過させるバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタを通過した光を少なくとも2つの分岐光に分岐する光分岐手段と、該分岐光のうちの1つをその強度に応じたレベルを有する電気信号に変換する受光器と、該電気信号を受け、上記分岐光の強度が一定になるように上記光源の波長を制御する制御手段とを含み、上記分岐光のうちの他の1つが上記信号光として送出される波長分割多重伝送用光送信システムが提供される。   According to one aspect of the present invention, a plurality of optical transmitters for outputting signal light, and an optical multiplexer for adding the signal light from each of the optical transmitters and transmitting the combined signal light to one or more optical transmission lines are provided. Each of the optical transmitters includes a light source, a band-pass filter that allows light from the light source to pass therethrough, an optical branching unit that splits the light that has passed through the band-pass filter into at least two split lights, A light receiver for converting one of the lights into an electric signal having a level corresponding to the intensity of the light, and a control means for receiving the electric signal and controlling the wavelength of the light source so that the intensity of the split light is constant. And an optical transmission system for wavelength division multiplex transmission in which another one of the split lights is transmitted as the signal light.

以上説明したように、本発明によると、送信側における波長変動に対処することができるようになるという効果が生じる。また、WDMに必要な光フィルタを精度良く安定に得ることができ、これを用いることでより実用的なWDMシステムの構築が可能になる。   As described above, according to the present invention, there is an effect that it becomes possible to cope with wavelength fluctuation on the transmission side. Also, an optical filter required for WDM can be obtained with high accuracy and stability, and by using this, a more practical WDM system can be constructed.

以下本発明の望ましい実施の形態を添付図面に従って詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明を適用可能なWDM伝送システムのブロック図である。互いに異なる波長が設定される複数の光送信機2(#1,#2,・・・,#n)からそれぞれ出力された信号光は、光マルチプレクサ4で加え合わされて光伝送路6に送出される。光伝送路6の途中には、例えばEDFAを備えてなる複数の光中継機8が設けられている。   FIG. 1 is a block diagram of a WDM transmission system to which the present invention can be applied. The signal lights respectively output from the plurality of optical transmitters 2 (# 1, # 2,..., #N) to which different wavelengths are set are added by the optical multiplexer 4 and sent out to the optical transmission line 6. You. In the middle of the optical transmission line 6, a plurality of optical repeaters 8 including, for example, EDFAs are provided.

多中継伝送されたWDM信号光は、受信側でまず光分配機10で多重数に対応したチャネルに分配される。分配された各光は、波長選択光フィルタ12(#1,#2,・・・,#n)に供給される。そして、選択された信号光がそれぞれ光受信機14(#1,#2,・・・,#n)によって受信される。   The WDM signal light transmitted through multiple relays is first distributed by the optical distributor 10 to channels corresponding to the number of multiplexes on the receiving side. Each of the distributed lights is supplied to the wavelength selection optical filters 12 (# 1, # 2,..., #N). Then, the selected signal lights are received by the optical receivers 14 (# 1, # 2,..., #N).

図2は図1のシステムに適用可能な本発明の光送信機の基本構成を示すブロック図である。この光送信機は、例えばLD及びその駆動回路を含む送信光源16と、光源16からの光を通過させるバンドパスフィルタ18と、バンドパスフィルタ18を通過した光を少なくとも2つの分岐光に分岐する光カプラ20と、分岐光のうちの1つをその強度に応じたレベルを有する電気信号に変換する受光器22とを備えている。   FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of the optical transmitter of the present invention applicable to the system of FIG. The optical transmitter includes, for example, a transmission light source 16 including an LD and a driving circuit thereof, a band-pass filter 18 that allows light from the light source 16 to pass, and light that passes through the band-pass filter 18 into at least two branch lights. It comprises an optical coupler 20 and a light receiver 22 for converting one of the split lights into an electric signal having a level corresponding to the intensity.

受光器22としては例えばフォトダイオードが用いられる。光カプラ20で分岐された他の1つの分岐光は図示しない光伝送路に送出される。   As the light receiver 22, for example, a photodiode is used. The other one of the split lights split by the optical coupler 20 is transmitted to an optical transmission line (not shown).

受光器22からの電気信号は増幅回路24で増幅されて制御回路26に供給される。制御回路26は、光カプラ20における分岐光の強度が一定になるように送信光源16の波長を制御する。   The electric signal from the light receiver 22 is amplified by the amplifier circuit 24 and supplied to the control circuit 26. The control circuit 26 controls the wavelength of the transmission light source 16 so that the intensity of the split light in the optical coupler 20 becomes constant.

バンドパスフィルタ18は、例えば、透過率と波長の関係において狭帯域な特性を有しており、この特性を維持するために、バンドパスフィルタ18の温度を一定に保つための温度制御回路28が設けられている。   The bandpass filter 18 has, for example, a narrow band characteristic in the relationship between the transmittance and the wavelength. In order to maintain this characteristic, the temperature control circuit 28 for keeping the temperature of the bandpass filter 18 constant is used. Is provided.

バンドパスフィルタ18としては、誘電体膜を多層に積層した干渉フィルタやグレーティングを用いたバルク型或いは導波路型のフィルタを用いることができる。干渉フィルタの経年劣化は0.1nm以下であり、前述の波長間隔1nm程度のWDMを行うのに十分な安定度を得ることができる。尚、バンドパスフィルタ18について温度制御を行わなくても所要の安定性が得られる場合には、温度制御回路28は不要である。   As the band-pass filter 18, an interference filter in which dielectric films are stacked in multiple layers or a bulk-type or waveguide-type filter using a grating can be used. The aging of the interference filter is 0.1 nm or less, and it is possible to obtain sufficient stability for performing the above-described WDM with a wavelength interval of about 1 nm. If the required stability can be obtained without performing temperature control on the bandpass filter 18, the temperature control circuit 28 is unnecessary.

この実施例では、波長基準としてバンドパスフィルタ18を用いているので、この光送信機を複数用いてWDMを行う場合に、送信光源16の波長が大きく変動したとしてもそれによる他チャネルの信号光への影響が回避される。つまり、バンドパスフィルタ18が波長基準として機能する他保護フィルタの役目をも果たすのである。   In this embodiment, the bandpass filter 18 is used as a wavelength reference. Therefore, when WDM is performed using a plurality of optical transmitters, even if the wavelength of the transmission light source 16 fluctuates greatly, the signal light of another channel is caused by the fluctuation. The effect on is avoided. That is, the band-pass filter 18 functions as a wavelength reference and also functions as a protection filter.

従って、この光送信機の立ち上げ(コールドスタート)に際しては、光スイッチ等を用いた信号光の遮断や他チャネルとの制御の同期を取ることが不要である。   Therefore, when starting up the optical transmitter (cold start), it is not necessary to shut off the signal light using an optical switch or the like and synchronize control with another channel.

図3は光送信機の第1実施例を示すブロック図である。この実施例では、送信光源としてレーザダイオード30が用いられている。レーザダイオード30から出力された光は、バンドパスフィルタ18を通ってビームスプリッタ32で分岐される。分岐光の一方は図示しない光伝送路に送出され、分岐光の他方は受光器22に供給される。   FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the optical transmitter. In this embodiment, a laser diode 30 is used as a transmission light source. The light output from the laser diode 30 passes through the bandpass filter 18 and is split by the beam splitter 32. One of the split lights is sent out to an optical transmission line (not shown), and the other of the split lights is supplied to the light receiver 22.

この実施例では、受光器22からの電気信号を受けて分岐光の強度が一定になるように光源の波長を制御する制御手段は、低周波信号を出力する発振器34と低周波信号でレーザダイオード30をわずかに周波数変調する手段と、発振器34からの低周波信号及び受光器22からの電気信号を受けてこの電気信号に含まれる低周波成分を検出する同期検波手段とを含んでいる。そして、レーザダイオード30の波長はバンドパスフィルタ18の特性におけるピークを与える波長に一致するように制御が行われる。具体的には次の通りである。   In this embodiment, the control means for receiving the electric signal from the light receiver 22 and controlling the wavelength of the light source so that the intensity of the branched light becomes constant includes an oscillator 34 for outputting a low-frequency signal and a laser diode using the low-frequency signal. It includes means for slightly modulating the frequency of the signal 30 and synchronous detection means for receiving the low-frequency signal from the oscillator 34 and the electric signal from the light receiver 22 and detecting the low-frequency component contained in the electric signal. Then, control is performed so that the wavelength of the laser diode 30 coincides with the wavelength giving the peak in the characteristics of the bandpass filter 18. Specifically, it is as follows.

発振器34からの低周波信号は、LD駆動回路36及び同期検波回路38に供給される。LD駆動回路36は、発振器34からの低周波信号に基づいてレーザダイオード30を小さい変調度で周波数変調する。   The low frequency signal from the oscillator 34 is supplied to an LD drive circuit 36 and a synchronous detection circuit 38. The LD drive circuit 36 frequency-modulates the laser diode 30 with a small modulation factor based on the low-frequency signal from the oscillator 34.

同期検波回路38には、発振器34からの低周波信号からの他に、増幅器24で増幅された受光器22からの電気信号が供給される。同期検波回路38の出力信号は、ローパスフィルタ40を通ってPIDコントローラ42に供給される。   To the synchronous detection circuit 38, in addition to the low frequency signal from the oscillator 34, the electric signal from the optical receiver 22 amplified by the amplifier 24 is supplied. The output signal of the synchronous detection circuit 38 is supplied to a PID controller 42 through a low-pass filter 40.

以下の説明では、発振器34から同期検波回路38に供給される信号を「低周波信号」と称し、増幅器24から同期検波回路38に供給される信号を「電気信号」と称する。同期検波回路38は、低周波信号と電気信号の位相差を検出する。従って、この位相差はローパスフィルタ40から出力されるDC信号に反映されることとなる。そして、このDC信号に基づいて、PIDコントローラ42が比例・積分・微分制御の原理に基づいて、レーザダイオード30の発振波長を制御して、これによりレーザダイオード30の発振波長がバンドパスフィルタ18の特性におけるピークを与える波長に一致するように制御される。   In the following description, a signal supplied from the oscillator 34 to the synchronous detection circuit 38 is referred to as a “low-frequency signal”, and a signal supplied from the amplifier 24 to the synchronous detection circuit 38 is referred to as an “electric signal”. The synchronous detection circuit 38 detects a phase difference between the low-frequency signal and the electric signal. Therefore, this phase difference is reflected on the DC signal output from the low-pass filter 40. Then, based on the DC signal, the PID controller 42 controls the oscillation wavelength of the laser diode 30 based on the principle of proportional / integral / differential control. Control is performed so as to coincide with the wavelength giving the peak in the characteristic.

図4により同期検波の原理を説明する。図4の(A)はバンドパスフィルタ18における透過率と波長の関係を表している。符号44はバンドパスフィルタ18の特性曲線を示す。   The principle of synchronous detection will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows the relationship between the transmittance and the wavelength in the bandpass filter 18. Reference numeral 44 indicates a characteristic curve of the band-pass filter 18.

レーザダイオード30の出力光の波長が特性曲線44におけるピーク波長よりも低い波長であるときに、符号46Aで示されるような低周波信号に基づいてレーザダイオード30が周波数変調されると、バンドパスフィルタ18の出力光は符号48Aで示されるように低周波信号と同相で強度変調される。   If the wavelength of the output light of the laser diode 30 is lower than the peak wavelength in the characteristic curve 44 and the frequency of the laser diode 30 is modulated based on the low frequency signal indicated by reference numeral 46A, the band-pass filter The output light 18 is intensity-modulated in phase with the low-frequency signal as indicated by reference numeral 48A.

一方、レーザダイオード30の出力光の波長が特性曲線44におけるピーク波長よりも大きい波長であるときに符号46Cで示されるような低周波信号によってレーザダイオード30が周波数変調されると、バンドパスフィルタ18の出力光は符号48Cで示されるように低周波信号と逆相で強度変調されることになる。   On the other hand, when the wavelength of the output light of the laser diode 30 is larger than the peak wavelength in the characteristic curve 44 and the frequency of the laser diode 30 is modulated by the low frequency signal indicated by reference numeral 46C, the bandpass filter 18 Will be intensity-modulated in phase opposite to that of the low-frequency signal as indicated by reference numeral 48C.

レーザダイオード30の出力光の波長が特性曲線44におけるピーク波長に一致しているときに低周波信号によってレーザダイオード30を周波数変調したとしても、バンドパスフィルタ18の出力光には低周波信号の成分が生じない。即ち、この場合には、バンドパスフィルタ18の出力光は符号48Bで示されるように低周波信号の周波数の倍の周波数によって強度変調されることになる。   Even if the laser diode 30 is frequency-modulated by the low-frequency signal when the wavelength of the output light of the laser diode 30 matches the peak wavelength in the characteristic curve 44, the low-frequency signal component is included in the output light of the bandpass filter 18. Does not occur. That is, in this case, the output light of the band-pass filter 18 is intensity-modulated by a frequency twice the frequency of the low-frequency signal, as indicated by reference numeral 48B.

従って、同期検波回路38によって分岐光に含まれる低周波信号の周波数成分を抽出することによって、レーザダイオード30の出力光についての周波数弁別(波長弁別)を行うことができる。   Therefore, the frequency detection (wavelength discrimination) of the output light of the laser diode 30 can be performed by extracting the frequency component of the low-frequency signal included in the branched light by the synchronous detection circuit 38.

図4の(B)に誤差電圧(ローパスフィルタ40からのDC信号のレベル)とピーク波長からの離上波長との関係を示す。前述の原理に従って、バンドパスフィルタ18の特性曲線44について微分した特性(符号50)が得られていることがわかる。レーザダイオード30の出力光の波長がピーク波長よりも大きい場合には誤差電圧は正となり、ピーク波長よりも小さい場合には誤差電圧は負となり、ピーク波長に一致しているときには誤差電圧は0となる。従って、微分特性の比例領域52を用いてBID制御を行うことによって、レーザダイオード30の出力光の波長をバンドパスフィルタ18の特性曲線のピーク波長に一致させることができる。   FIG. 4B shows the relationship between the error voltage (the level of the DC signal from the low-pass filter 40) and the separation wavelength from the peak wavelength. It can be seen that a characteristic (reference numeral 50) obtained by differentiating the characteristic curve 44 of the bandpass filter 18 is obtained according to the above-described principle. When the wavelength of the output light from the laser diode 30 is larger than the peak wavelength, the error voltage is positive. When the wavelength is smaller than the peak wavelength, the error voltage is negative. When the wavelength matches the peak wavelength, the error voltage is 0. Become. Therefore, by performing the BID control using the proportional region 52 of the differential characteristic, the wavelength of the output light of the laser diode 30 can be made to coincide with the peak wavelength of the characteristic curve of the bandpass filter 18.

本発明の光送信機の優位性を説明するために、図5に従来の光送信機のブロック図を示す。全図を通して実質的に同一の部分については同一の符号が付されている。   FIG. 5 shows a block diagram of a conventional optical transmitter to explain the superiority of the optical transmitter of the present invention. Throughout the drawings, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals.

この従来例では、波長基準として分子吸収セル54が設けられている。分子吸収セル54は、真空透明容器内にHCNやNH3 等のガスを適当な圧力で封入して構成されており、このセルはレーザダイオード30の出力光の光路上に配置される。   In this conventional example, a molecular absorption cell 54 is provided as a wavelength reference. The molecular absorption cell 54 is constructed by enclosing a gas such as HCN or NH3 at a suitable pressure in a vacuum transparent container, and this cell is arranged on the optical path of the output light of the laser diode 30.

分子吸収セル54は、封入ガスの種類によって定まる固有振動数に相当する波長の光をわずかに吸収するので、ちょうど図4の(A)の特性曲線と逆の形状をなす特性曲線が得られる。   Since the molecular absorption cell 54 slightly absorbs light having a wavelength corresponding to the natural frequency determined by the type of the sealed gas, a characteristic curve having a shape opposite to the characteristic curve of FIG. 4A can be obtained.

従って、前述した同期検波の原理に従ってレーザダイオード30の出力光の波長を分子吸収セル54における吸収波長に一致させることができる。   Therefore, the wavelength of the output light from the laser diode 30 can be made to match the absorption wavelength in the molecular absorption cell 54 according to the principle of the synchronous detection described above.

しかし、この従来例では、例えばこの光送信機のコールドスタートに際してや制御回路の故障に際してレーザダイオード30の出力光の波長が大きく変動したときに、レーザダイオード30の出力光の光伝送路への供給を遮断する手段が設けられていないので、この光送信機をWDM伝送システムに適用したときに他チャネルへの影響を回避することができない。   However, in this conventional example, when the wavelength of the output light of the laser diode 30 fluctuates greatly due to, for example, a cold start of the optical transmitter or a failure of the control circuit, the output light of the laser diode 30 is supplied to the optical transmission line. There is no means for blocking the transmission, so that when this optical transmitter is applied to a WDM transmission system, it is impossible to avoid the influence on other channels.

これに対して本発明の光送信機では、波長基準としてバンドパスフィルタ、特に図3の実施例では狭帯域のバンドパスフィルタを用いているので、光源の波長が大きく変動したとしても、この光はバンドパスフィルタを透過することがなく、従って、光送信機がWDM伝送システムに適用されている場合に他チャネルの信号への影響がほとんどない。   On the other hand, in the optical transmitter of the present invention, a bandpass filter is used as a wavelength reference, and in particular, in the embodiment of FIG. 3, a narrowband bandpass filter is used. Does not pass through the bandpass filter, and therefore has little effect on signals on other channels when the optical transmitter is applied to a WDM transmission system.

ところで、幹線系に適用される光送信機においては、強度変調時の波長変動を抑圧して高速伝送に対応するため、外部変調が行われることが一般的である。外部変調器としては、基板材料としてニオブ酸リチウム(LiNbO3 )を用いたマッハツェンダ型光変調器が実用化されている。   By the way, in an optical transmitter applied to a trunk system, external modulation is generally performed to suppress wavelength fluctuation at the time of intensity modulation to cope with high-speed transmission. As an external modulator, a Mach-Zehnder type optical modulator using lithium niobate (LiNbO3) as a substrate material has been put to practical use.

この種の光変調器においては、光変調器に供給するDCバイアスに低周波信号を重畳して光出力を一部分岐して受光し、同期検波により光変調器の動作点を安定化させる制御(ABC;Automatic Bias Control)が行われることがある。   In this type of optical modulator, control is performed such that a low-frequency signal is superimposed on a DC bias supplied to the optical modulator, the optical output is partially branched and received, and the operating point of the optical modulator is stabilized by synchronous detection ( ABC (Automatic Bias Control) may be performed.

また、光送信機においては、光出力を安定化するための制御(APC;Automatic Power Control )が行われる。尚、前述した波長の安定化の制御はAFC(Automatic Frequency Control )と称される。   Also, in the optical transmitter, control (APC; Automatic Power Control) for stabilizing the optical output is performed. Note that the above-described wavelength stabilization control is called AFC (Automatic Frequency Control).

以下、図6により、ABC,APC及びAFCが行われている外部変調方式の光送信機の実施例を説明する。図6は本発明の光送信機の第2実施例を示すブロック図である。   Hereinafter, an embodiment of an optical transmitter of an external modulation system in which ABC, APC, and AFC are performed will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a second embodiment of the optical transmitter according to the present invention.

これまでの実施例で送信光源(レーザダイオード)がその駆動回路によって直接変調されているのに対して、この実施例では、レーザダイオード30は一定強度の光を出力し、この出力光が光変調器56によって強度変調される。光変調器56は例えばLiNbO3 を導波路基板材料としたマッハツェンダ型光変調器である。光変調器56には伝送データに基づく変調信号と動作点制御用のバイアス電圧が供給される。光変調器56からの強度変調光は、バンドパスフィルタ18を通って光カプラ20で分岐され、分岐光の一方は図示しない光伝送路に送出され、他方は受光器22によって電気信号に変換される。変調信号は変調回路66から供給される。   While the transmission light source (laser diode) is directly modulated by its drive circuit in the previous embodiments, in this embodiment, the laser diode 30 outputs light of a constant intensity, and this output light is subjected to light modulation. The intensity is modulated by the device 56. The optical modulator 56 is a Mach-Zehnder type optical modulator using, for example, LiNbO3 as a waveguide substrate material. The optical modulator 56 is supplied with a modulation signal based on transmission data and a bias voltage for operating point control. The intensity-modulated light from the optical modulator 56 is split by the optical coupler 20 through the band-pass filter 18, one of the split lights is sent to an optical transmission line (not shown), and the other is converted into an electric signal by the light receiver 22. You. The modulation signal is supplied from a modulation circuit 66.

受光器22からの電気信号は、増幅回路24で増幅されて、ABC制御回路60、LD駆動回路36及び波長制御回路62に供給される。   The electric signal from the light receiver 22 is amplified by the amplifier circuit 24 and supplied to the ABC control circuit 60, the LD drive circuit 36, and the wavelength control circuit 62.

ABC制御回路60はABCを行うためのもので、その出力信号に基づいてLN駆動回路58が光変調器56に制御されたバイアス電圧を供給する。   The ABC control circuit 60 is for performing ABC, and the LN drive circuit 58 supplies a controlled bias voltage to the optical modulator 56 based on the output signal.

波長制御回路62はAFCのためのものであり、同期検波回路、ローパスフィルタ及びPIDコントローラ等がこの中に含まれる。   The wavelength control circuit 62 is for AFC, and includes a synchronous detection circuit, a low-pass filter, a PID controller, and the like.

LD駆動回路36は、波長制御回路62から与えられる信号に基づいてレーザダイオード30のバイアス電流を制御する。この例では、増幅回路24で増幅された受光器22からの電気信号もLD駆動回路36に直接供給され、APCが成されるようになっている。   The LD drive circuit 36 controls the bias current of the laser diode 30 based on a signal provided from the wavelength control circuit 62. In this example, the electric signal from the light receiver 22 amplified by the amplifier circuit 24 is also directly supplied to the LD drive circuit 36, and APC is performed.

ABC及びAPCでは同期検波が行われているので、同期検波のための回路を共通化することができる。例えば、光カプラ、受光器及び増幅回路を共通化し、同期検波で用いる低周波信号の周波数をABCとAFCとで異ならせておくことにより、両方の制御を独立に行うことができる。   Since ABC and APC perform synchronous detection, a circuit for synchronous detection can be shared. For example, by sharing the optical coupler, the light receiver, and the amplifier circuit and making the frequency of the low-frequency signal used in the synchronous detection different between ABC and AFC, both controls can be performed independently.

尚、この実施例では、タイミング制御回路64を用いて、ABC,AFC及びAPCを時分割制御するようにし、低周波発振器をも共通化するようにしている。   In this embodiment, the timing control circuit 64 controls the ABC, AFC, and APC in a time-division manner, and the low-frequency oscillator is also used in common.

図7に時分割制御のタイミングチャートの例を示す。この実施例では、タイミング制御回路64による切り換えによって、AFC,ABC及びAPCをこの順に順次切り換えて、制御のための回路を共通化するようにしている。各制御のタイムシーケンスは例えば1乃至10秒である。   FIG. 7 shows an example of a timing chart of the time division control. In this embodiment, AFC, ABC, and APC are sequentially switched in this order by switching by the timing control circuit 64, so that a common control circuit is used. The time sequence of each control is, for example, 1 to 10 seconds.

続いて本発明の光送信システムのいくつかの実施例を説明する。図8は本発明の光送信システムの第1実施例を示すブロック図である。   Next, several embodiments of the optical transmission system of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a first embodiment of the optical transmission system of the present invention.

この光送信システムは、信号光を出力する本発明の光送信機を複数有しており、各光送信機からの信号光は光マルチプレクサによって加え合わされて1つ又はそれ以上の光伝送路に送出される。この実施例では、光マルチプレクサとして光スターカプラ70が用いられている。
各光送信機には、それぞれ、波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn の信号光を出力する送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)が備えられている。各送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)内には、それぞれ、直接変調されるレーザダイオード或いは一定強度の光を出力するレーザダイオード及び外部変調器の組み合わせが収容されている。
This optical transmission system has a plurality of optical transmitters of the present invention that output signal light, and the signal light from each optical transmitter is added by an optical multiplexer and sent to one or more optical transmission lines. Is done. In this embodiment, an optical star coupler 70 is used as an optical multiplexer.
Each optical transmitter is provided with a transmission light source unit 68 (# 1, # 2,..., #N) for outputting signal light of wavelengths λ1, λ2,. Each of the transmission light source units 68 (# 1, # 2,..., #N) accommodates a laser diode that is directly modulated or a combination of a laser diode that outputs light of a constant intensity and an external modulator. ing.

また、各光送信機には、それぞれ、バンドパスフィルタ18(#1,#2,・・・,#n)、光カプラ20(#1,#2,・・・,#n)、受光器22(#1,#2,・・・,#n)、増幅回路24(#1,#2,・・・,#n)及び温度制御回路28(#1,#2,・・・,#n)が備えられている。   Each optical transmitter has a band-pass filter 18 (# 1, # 2,..., #N), an optical coupler 20 (# 1, # 2,. , #N, an amplifier circuit 24 (# 1, # 2,..., #N) and a temperature control circuit 28 (# 1, # 2,. n) is provided.

各受光器からの電気信号が供給される制御回路72(#1,#2,・・・,#n)は各送信光源ユニットのAFCを行うためのものであり、送信光源ユニットに外部変調器が含まれる場合には、各制御回路72(#1,#2,・・・,#n)内にはABCのための回路も含まれる。また、APCの機能を成すように各制御回路が構成されていてもよい。   The control circuit 72 (# 1, # 2,..., #N) to which the electric signal is supplied from each light receiver performs AFC of each transmission light source unit. Is included, each control circuit 72 (# 1, # 2,..., #N) also includes a circuit for ABC. Further, each control circuit may be configured to perform the function of the APC.

この光送信システムにおいては、各送信光源ユニットに異なる波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn が割り当てられているので、このシステムはそのままWDMに適用可能である。   In this optical transmission system, different wavelengths .lambda.1, .lambda.2,..., .Lambda.n are assigned to the respective transmission light source units, so that this system can be directly applied to WDM.

ところで、図8の実施例ではバンドパスフィルタが各光送信機毎に独立して設けられているが、バンドパスフィルタを波長基準として捉えた場合、基準が独立して複数個ある形態は望ましいものではない。例えば、各バンドパスフィルタの特性に温度依存性がある場合、各フィルタの環境温度が大きくばらつくと波長間隔の維持精度が劣化する可能性がある。   By the way, in the embodiment of FIG. 8, the band-pass filter is provided independently for each optical transmitter. However, when the band-pass filter is used as a wavelength reference, it is preferable that there be a plurality of independent references. is not. For example, when the characteristics of each band-pass filter have temperature dependency, if the environmental temperature of each filter greatly varies, the accuracy of maintaining the wavelength interval may be degraded.

そこで、以下の実施例では、各バンドパスフィルタとして、複数の入力ポート及びこの入力ポートの数に対応する数の出力ポートを有する空間分割型の光フィルタアレイの各フィルタエレメントを用いる。   Therefore, in the following embodiment, each filter element of a space division type optical filter array having a plurality of input ports and the number of output ports corresponding to the number of input ports is used as each bandpass filter.

図9に空間分割型の光フィルタアレイの例を示す。この光フィルタアレイ180は単一の基板SBを有しており、この基板上に、それぞれ波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn の透過中心波長を有するバンドパスフィルタエレメント18(#1,#2,・・・,#n)が形成される。   FIG. 9 shows an example of a space division type optical filter array. The optical filter array 180 has a single substrate SB, and the bandpass filter elements 18 (# 1, # 2) having transmission center wavelengths of wavelengths λ1, λ2,. ,..., #N) are formed.

符号74(#1,#2,・・・,#n)は各フィルタエレメントの入力ポートを示し、符号76(#1,#2,・・・,#n)は各フィルタエレメントの出力ポートを示している。   Reference numeral 74 (# 1, # 2, ..., #n) indicates an input port of each filter element, and reference numeral 76 (# 1, # 2, ..., #n) indicates an output port of each filter element. Is shown.

尚、図6の実施例では、レーザダイオード30からの光について光変調器56により変調した後で変調光がバンドパスフィルタ18を透過するようにしているが、変調による信号光のスペクトラムの広がりが大きい場合には、狭帯域なバンドパスフィルタ18によってスペクトルの側部がカットされ復調に際しての符号誤り率の増大の恐れがあるので、このような場合には、レーザダイオード30からの光にバンドパスフィルタ18を透過させた後光変調器による変調を行ってもよい。   In the embodiment of FIG. 6, the light from the laser diode 30 is modulated by the optical modulator 56, and then the modulated light is transmitted through the band-pass filter 18. However, the spectrum of the signal light due to the modulation is widened. If it is large, the side of the spectrum is cut by the narrow band-pass filter 18 and the code error rate may increase during demodulation. After passing through the filter 18, modulation by an optical modulator may be performed.

この場合には、図示はしないが、光送信機における各部分の配置は、レーザダイオード30、バンドパスフィルタ18、光変調器56及び光カプラ20の順となる。   In this case, although not shown, the arrangement of each part in the optical transmitter is in the order of the laser diode 30, the bandpass filter 18, the optical modulator 56, and the optical coupler 20.

空間分割型光フィルタアレイの具体例を図10乃至図13により説明する。図10は光フィルタアレイの第1実施例を示す図である。   A specific example of the space division type optical filter array will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram showing a first embodiment of the optical filter array.

この光フィルタアレイは、導波路基板76上に格子定数が異なる複数の導波路型回折格子78(#1,#2,・・・,#n)を形成して構成される。そして、各導波路型回折格子78(#1,#2,・・・,#n)の両端がそれぞれこの光フィルタアレイの入力ポート及び出力ポートを成している。   This optical filter array is formed by forming a plurality of waveguide type diffraction gratings 78 (# 1, # 2,..., #N) having different lattice constants on a waveguide substrate 76. Both ends of each waveguide type diffraction grating 78 (# 1, # 2,..., #N) form an input port and an output port of the optical filter array, respectively.

図11は光フィルタアレイの第2実施例を示す図である。この光フィルタアレイは、複数のV溝80Aを有する基板80と、各V溝80Aに着座する格子定数が異なる複数のファイバグレーティング型光フィルタ82(#1,#2,・・・,#n)とを備えている。   FIG. 11 is a view showing a second embodiment of the optical filter array. This optical filter array includes a substrate 80 having a plurality of V-grooves 80A, and a plurality of fiber grating optical filters 82 (# 1, # 2,..., #N) seated in each V-groove 80A and having different lattice constants. And

各V溝80Aは、装置の組み立て等を簡略化するために、この例では互いに平行に形成されている。そして、各ファイバグレーティング型光フィルタ82(#1,#2,・・・,#n)の両端がそれぞれこの光フィルタアレイの各入力ポート及び各出力ポートを成している。   In this example, the V-shaped grooves 80A are formed in parallel with each other in order to simplify the assembly of the device. Both ends of each fiber grating type optical filter 82 (# 1, # 2,..., #N) constitute each input port and each output port of this optical filter array.

図12は光フィルタアレイの第3実施例を示す図である。この光フィルタアレイの各入力ポートは互いに平行に配置された複数の入力側光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)であり、各出力ポートは入力側光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)に対向して互いに平行に配置された複数の出力側光ファイバ86(#1,#2,・・・,#n)である。   FIG. 12 shows a third embodiment of the optical filter array. Each input port of the optical filter array is a plurality of input optical fibers 84 (# 1, # 2,..., #N) arranged in parallel with each other, and each output port is an input optical fiber 84 (# , #N) and a plurality of output side optical fibers 86 (# 1, # 2,..., #N) arranged in parallel to each other.

そして、各入力ポートと出力ポートとの間に平行光ビームからなる光学パスを形成するために、入力側光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)の励振端の近傍にはそれぞれレンズ88(#1,#2,・・・,#n)が配置され、出力側光ファイバ86(#1,#2,・・・,#n)の励振端の近傍にはレンズ90(#1,#2,・・・,#n)が配置される。   Then, in order to form an optical path composed of a parallel light beam between each input port and the output port, the optical path is formed near the excitation end of the input side optical fiber 84 (# 1, # 2,..., #N). Have lenses 88 (# 1, # 2,..., #N) disposed therein, and a lens 90 near the excitation end of the output side optical fiber 86 (# 1, # 2,. (# 1, # 2,..., #N) are arranged.

符号92は上述の各光学パスと交錯するように設けられた透明基板を表している。透明基板92は例えば平行ガラス平板である。   Reference numeral 92 denotes a transparent substrate provided so as to intersect with the above-described optical paths. The transparent substrate 92 is, for example, a parallel glass flat plate.

透明基板92上には、厚みが各光学パスの配列方向に連続的に変化する干渉膜94が形成されている。干渉膜94としては、例えば、高屈折率層としてのTiO2 と低屈折率層としてのSiO2 とを交互に複数積層して成る誘電体多層膜が用いられる。   On the transparent substrate 92, an interference film 94 whose thickness continuously changes in the arrangement direction of each optical path is formed. As the interference film 94, for example, a dielectric multilayer film formed by alternately laminating a plurality of TiO2 as a high refractive index layer and SiO2 as a low refractive index layer is used.

干渉膜94の厚みを上述のように連続的に変化させるためには、この干渉膜を例えば蒸着により形成する場合に、透明基板92の一端92A及び他端92Bまでの蒸着源からの距離を異ならせておけばよい。即ち、蒸着装置内に収容される透明基板92を傾斜させておくのである。   In order to continuously change the thickness of the interference film 94 as described above, when this interference film is formed by, for example, vapor deposition, if the distance from the vapor deposition source to one end 92A and the other end 92B of the transparent substrate 92 is different. You should leave it. That is, the transparent substrate 92 accommodated in the vapor deposition device is inclined.

干渉膜94の厚みをこのように連続的に変化させているのは、各フィルタアレイにおける透過中心波長を異ならせるためである。   The reason why the thickness of the interference film 94 is continuously changed in this way is to make the transmission center wavelength in each filter array different.

以上のような空間分割型のバンドパスフィルタアレイを用いることによる利点は以下の通りである。   The advantages of using the above-described space division type bandpass filter array are as follows.

(1)同一基板上に各フィルタエレメントが形成されているので、透過波長の温度変調がある場合にこれを一元的に管理することができ、制御回路が1台で済むとともに安定度が向上する。   (1) Since each filter element is formed on the same substrate, if there is temperature modulation of the transmission wavelength, it can be managed in a unified manner, and only one control circuit is required and the stability is improved. .

(2)図10や図12の例のようにフィルタエレメントの特性を決定する部分が同一基板上に同一の材料で形成されている場合には、透過中心波長に経年変動が生じた場合でも、各フィルタエレメントの変動幅や変動方向は同じような傾向となり、透過中心波長の絶対値が変動したとしても各波長間の相対的な関係(例えば波長間隔)はほぼ一定である。   (2) When the portions that determine the characteristics of the filter element are formed of the same material on the same substrate as in the examples of FIGS. 10 and 12, even if the transmission center wavelength varies over time, The variation width and the variation direction of each filter element have the same tendency, and the relative relationship (for example, wavelength interval) between the wavelengths is substantially constant even if the absolute value of the transmission center wavelength varies.

(3)アレイ化することにより、個別にバンドパスフィルタを作成する場合と比較して、小型化、低コスト化が可能になる。   (3) By forming an array, it is possible to reduce the size and cost as compared with a case where bandpass filters are individually formed.

図13は本発明の光送信システムの第2実施例を示すブロック図である。この実施例は、図8の第1実施例と対比して、各送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)の波長基準として空間分割型のバンドパス光フィルタが用いられている点で特徴付けられる。   FIG. 13 is a block diagram showing a second embodiment of the optical transmission system of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in FIG. 8 in that a space-division band-pass optical filter is used as a wavelength reference for each transmission light source unit 68 (# 1, # 2,..., #N). Is characterized by the fact that

またこの実施例では、光フィルタアレイ180が各送信光源ユニット用のフィルタエレメント18(#1,#2,・・・,#n)の他にもう1つのフィルタエレメント18′を有するようにし、これにより絶対波長の安定化を図っている。フィルタエレメント18′は透過中心波長がλABS のバンドパスフィルタである。フィルタエレメント18′の入力ポートには絶対波長基準光源100が接続され、フィルタエレメント18′の出力ポートには光カプラ20′が接続される。   In this embodiment, the optical filter array 180 has another filter element 18 'in addition to the filter elements 18 (# 1, # 2,..., #N) for each transmission light source unit. To stabilize the absolute wavelength. The filter element 18 'is a band-pass filter having a transmission center wavelength of λABS. An absolute wavelength reference light source 100 is connected to an input port of the filter element 18 ', and an optical coupler 20' is connected to an output port of the filter element 18 '.


光カプラ20′で分岐された光の一方は光スターカプラを介して図示しない伝送路に送出され、分岐光の他方は受光器22′によって電気信号に変換される。変換された電気信号は増幅器24′で増幅されて制御回路94に供給される。

One of the lights split by the optical coupler 20 'is sent to a transmission path (not shown) via an optical star coupler, and the other of the split lights is converted into an electric signal by a light receiver 22'. The converted electric signal is amplified by the amplifier 24 'and supplied to the control circuit 94.

フィルタエレメント180にはペルチェ素子(電子冷却素子)98が密着して設けられており、このペルチェ素子98は駆動回路96によって駆動される。駆動回路96は制御回路94から供給される信号に基づいて、ペルチェ素子98における熱の吸収及び放出を制御し、これによりフィルタエレメント18′の透過中心波長を絶対波長基準光源100に対してロックすることができる。尚、制御回路94には、各送信光源ユニット用の制御回路72(#1,#2,・・・,#n)と同様同期検波を適用することができる。   A Peltier element (electronic cooling element) 98 is provided in close contact with the filter element 180, and the Peltier element 98 is driven by a drive circuit 96. The driving circuit 96 controls the absorption and emission of heat in the Peltier element 98 based on the signal supplied from the control circuit 94, thereby locking the transmission center wavelength of the filter element 18 ′ with respect to the absolute wavelength reference light source 100. be able to. Note that synchronous detection can be applied to the control circuit 94 in the same manner as the control circuits 72 (# 1, # 2,..., #N) for each transmission light source unit.

高橋らの「イオンアシストによる狭帯域バンドパスフィルタの波長温度安定性」、1994年電子情報通信学会春季大会、C−280によれば、干渉フィルタに用いる基板材料の熱膨張係数を適切に選ぶことにより、透過波長の温度依存性を抑えることができる。従って、フィルタアレイについての厳密な温度制御を行わなくても所要の波長安定性を得ることができる。   According to Takahashi et al., "Wavelength Temperature Stability of Narrow Bandpass Filters Using Ion Assist," IEICE Spring Conference 1994, C-280, appropriate selection of thermal expansion coefficient of substrate material used for interference filter Thereby, the temperature dependence of the transmission wavelength can be suppressed. Therefore, required wavelength stability can be obtained without strict temperature control for the filter array.

逆に、故意に透過波長の温度依存性が大きくなるように熱膨張係数を適切に選ぶことにより、フィルタアレイの温度を変えることで透過波長の制御を行うこともできる。   Conversely, by appropriately selecting the thermal expansion coefficient so that the temperature dependence of the transmission wavelength becomes large, the transmission wavelength can be controlled by changing the temperature of the filter array.

例えば前述の文献によると、基板材料の線熱膨張係数をほとんど0にした場合、透過中心波長の温度依存性は0.015nm/°Cとなり、±20°Cの温度変化により0.3nmの波長可変が可能になる。この値は、絶対波長基準光フィルタを同調させるために十分な値である。基板材料の潜熱膨張係数をほぼ0にするためには、例えば石英(0.4×10-7)を用いればよい。   For example, according to the above-mentioned literature, when the coefficient of linear thermal expansion of the substrate material is almost zero, the temperature dependence of the transmission center wavelength is 0.015 nm / ° C, and the wavelength change of 0.3 nm due to a temperature change of ± 20 ° C. Variable becomes possible. This value is sufficient to tune the absolute wavelength reference optical filter. In order to make the latent thermal expansion coefficient of the substrate material substantially zero, for example, quartz (0.4.times.10@-7) may be used.

図14は光送信システムの第3実施例を示す図である。この実施例では、各送信光源ユニット毎の光カプラでの光分岐を省略し、光スターカプラ70で加え合わされた各送信光源ユニットからの信号光を取り出してこれを受光器22で電気信号に変換している。全ての信号光が合波された後で転出を行っているので、送信光源ユニット毎の個別認識を行う必要がある。この認識は、この実施例では時分割制御回路102により行っている。   FIG. 14 is a diagram showing a third embodiment of the optical transmission system. In this embodiment, the optical branching at the optical coupler for each transmission light source unit is omitted, the signal light from each transmission light source unit added by the optical star coupler 70 is extracted, and this is converted into an electric signal by the light receiver 22. are doing. Since transfer is performed after all the signal lights are multiplexed, it is necessary to perform individual recognition for each transmission light source unit. This recognition is performed by the time division control circuit 102 in this embodiment.

時分割制御回路102は、増幅器24で増幅された受光器22からの電気信号を受けて、絶対波長基準の制御を行うためのペルチェ素子駆動回路96と各送信光源ユニット用のレーザダイオード駆動回路104とを時分割で切り換える。   The time-division control circuit 102 receives the electric signal from the light receiver 22 amplified by the amplifier 24, and performs a Peltier element driving circuit 96 for controlling the absolute wavelength reference and a laser diode driving circuit 104 for each transmission light source unit. Are switched in a time sharing manner.

尚、時分割制御を行うのではなく、各送信光源ユニット及び絶対波長基準光源毎に同期検波用の異なる低周波信号を割り当ててもよい。   Instead of performing time-division control, different low-frequency signals for synchronous detection may be assigned to each transmission light source unit and each absolute wavelength reference light source.

図13の光フィルタアレイ及びその制御回路は図15に示すように受信側にも適用可能である。図15は光受信システムの第1実施例を示すブロック図である。   The optical filter array and its control circuit of FIG. 13 can be applied to the receiving side as shown in FIG. FIG. 15 is a block diagram showing a first embodiment of the optical receiving system.

図示しない光伝送路から供給された信号光は、光ツリーカプラ106で分配されて、光フィルタアレイ180の各入力ポートに供給される。光フィルタアレイ180の各出力ポートには、それぞれ、λ1 ,λ2 ,・・・,λn の波長の信号光を受信する光受信機108(#1,#2,・・・,#n)が接続される。   The signal light supplied from an optical transmission line (not shown) is distributed by the optical tree coupler 106 and supplied to each input port of the optical filter array 180. Each of the output ports of the optical filter array 180 is connected to an optical receiver 108 (# 1, # 2,..., #N) that receives signal light having a wavelength of λ1, λ2,. Is done.

また、例えば図13の絶対波長基準光源100からの光を受けるために、フィルタエレメント18′の出力ポートには受光器22′が接続される。   Further, a light receiver 22 'is connected to an output port of the filter element 18', for example, to receive light from the absolute wavelength reference light source 100 of FIG.

各光受信機108(#1,#2,・・・,#n)は、それぞれ、#1チャネル、#2チャネル、・・・、#nチャネルのデータ及びクロックを出力する。   Each of the optical receivers 108 (# 1, # 2,..., #N) outputs data and clock of # 1 channel, # 2 channel,.

受光器22′からの信号は増幅器24′で増幅されて制御回路94に供給され、制御回路94の出力信号に基づいてペルチェ駆動回路96がペルチェ素子98を制御する。   The signal from the light receiver 22 'is amplified by the amplifier 24' and supplied to the control circuit 94. The Peltier driving circuit 96 controls the Peltier element 98 based on the output signal of the control circuit 94.

この実施例によると、図13の実施例におけるのと同様にして、フィルタエレメント18′の透過中心波長を絶対波長基準光源100(図13参照)の波長に追従させることができるので、各チャネルについて安定な受信動作を行うことができる。尚、この実施例では、絶対波長基準光源100に対応してフィルタエレメント18′を用いているが、フィルタエレメント18′を送信光源ユニットの1つに対応させてもよい。   According to this embodiment, the transmission center wavelength of the filter element 18 'can be made to follow the wavelength of the absolute wavelength reference light source 100 (see FIG. 13) in the same manner as in the embodiment of FIG. A stable receiving operation can be performed. In this embodiment, the filter element 18 'is used corresponding to the absolute wavelength reference light source 100. However, the filter element 18' may correspond to one of the transmission light source units.

次に、同期検波によらずに波長の安定化が可能な光送信機の実施例を説明する。この実施例では、波長の安定化を行うために空間分割型の光フィルタアレイが用いられる。   Next, an embodiment of an optical transmitter capable of stabilizing the wavelength without using synchronous detection will be described. In this embodiment, a space division type optical filter array is used to stabilize the wavelength.

図16は光送信機の第3実施例を示すブロック図である。送信光源ユニット68から出力された信号光は光カプラ110で2分岐され、光フィルタアレイ180の2つの入力ポートに供給される。光フィルタアレイ180の2つのフィルタエレメントのうちの一方は伝送路に接続される主フィルタエレメント112であり、他方は制御用フィルタエレメント114である。   FIG. 16 is a block diagram showing a third embodiment of the optical transmitter. The signal light output from the transmission light source unit 68 is split into two by the optical coupler 110 and supplied to two input ports of the optical filter array 180. One of the two filter elements of the optical filter array 180 is a main filter element 112 connected to the transmission line, and the other is a control filter element 114.

主フィルタエレメント112の透過中心波長は送信光源ユニット68の設定波長λにあり、一方、制御用フィルタエレメント114の透過中心波長はλとはわずかにずれたλ+Δλに設定される。   The transmission center wavelength of the main filter element 112 is at the set wavelength λ of the transmission light source unit 68, while the transmission center wavelength of the control filter element 114 is set at λ + Δλ slightly shifted from λ.

λΔは各フィルタエレメント112及び114の特性における半値半幅程度に設定される。即ち、送信光源ユニット68からの光が主フィルタエレメント112を最大透過率で透過するときに、制御用フィルタエレメント114を透過するパワーが50%程度になるように設定される。この様子を図17に示す。   λΔ is set to about half width at half maximum in the characteristics of the filter elements 112 and 114. That is, when the light from the transmission light source unit 68 transmits through the main filter element 112 at the maximum transmittance, the power transmitted through the control filter element 114 is set to be about 50%. This is shown in FIG.

図17は図16の光フィルタアレイ180の特性を示す図である。縦軸は透過率を表し、横軸は波長を表している。符号130で表される実線は主フィルタエレメント112の特性を表し、符号132で示される破線は制御用フィルタエレメント114の特性を表している。   FIG. 17 is a diagram showing characteristics of the optical filter array 180 of FIG. The vertical axis represents the transmittance, and the horizontal axis represents the wavelength. The solid line represented by reference numeral 130 represents the characteristic of the main filter element 112, and the broken line represented by reference numeral 132 represents the characteristic of the control filter element 114.

符号130で表される特性におけるピーク波長はλであり、符号132で表される特性におけるピーク波長はλ+Δλである。   The peak wavelength in the characteristic represented by reference numeral 130 is λ, and the peak wavelength in the characteristic represented by reference numeral 132 is λ + Δλ.

従って、制御用フィルタエレメント114から出力される光の強度が符号132で表される特性における波長λに対応する安定点SPに一致するような制御を行うことによって、同期検波を行うことなしに主フィルタエレメント112の出力光の波長をλに安定化することができる。   Therefore, by performing control such that the intensity of the light output from the control filter element 114 matches the stable point SP corresponding to the wavelength λ in the characteristic represented by reference numeral 132, the main operation is performed without performing the synchronous detection. The wavelength of the output light of the filter element 112 can be stabilized at λ.

このような制御を行うために、図16の光送信機では制御回路120が設けられている。制御用フィルタエレメント114の出力光はフォトダイオード116で電気信号に変換され、この電気信号は増幅器118で増幅されて制御回路120に供給される。   In order to perform such control, a control circuit 120 is provided in the optical transmitter of FIG. The output light of the control filter element 114 is converted into an electric signal by the photodiode 116, and the electric signal is amplified by the amplifier 118 and supplied to the control circuit 120.

制御回路120は、増幅器118からの信号レベルを設定基準124と比較する比較回路122と、比較回路122の出力信号を増幅する誤差増幅器126と、誤差増幅器126の出力レベルが0又は一定値になるように送信光源ユニット68を駆動する光源駆動回路128とを含む。   The control circuit 120 compares the signal level from the amplifier 118 with the setting reference 124, the error amplifier 126 amplifies the output signal of the comparison circuit 122, and the output level of the error amplifier 126 becomes 0 or a constant value. And a light source drive circuit 128 for driving the transmission light source unit 68 as described above.

図18は本発明の光送信システムの第4実施例を示すブロック図である。この実施例は、図16の光送信機を複数備え、各光送信機の光フィルタアレイを共通の基板上に形成している点で特徴付けられる。   FIG. 18 is a block diagram showing a fourth embodiment of the optical transmission system of the present invention. This embodiment is characterized in that a plurality of optical transmitters shown in FIG. 16 are provided, and an optical filter array of each optical transmitter is formed on a common substrate.

各送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)から出力された信号光は、それぞれ、光カプラ110(#1,#2,・・・,#n)で分岐され、分岐光の各々は光フィルタアレイ180の入力ポートに供給される。   The signal light output from each transmission light source unit 68 (# 1, # 2,..., #N) is split by an optical coupler 110 (# 1, # 2,..., #N), respectively. Each of the branched lights is supplied to an input port of the optical filter array 180.

光フィルタアレイ180は、波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn にそれぞれ透過中心波長を有する主フィルタエレメント112(#1,#2,・・・,#n)と、波長λ1 +Δλ,λ2 +Δλ,・・・,λn +Δλにそれぞれ透過中心波長を有する制御用フィルタエレメント114(#1,#2,・・・,#n)とからなる。   The optical filter array 180 includes main filter elements 112 (# 1, # 2,..., #N) having transmission center wavelengths at wavelengths λ1, λ2,..., Λn, respectively, and wavelengths λ1 + Δλ, λ2 + Δλ, .., .Lambda.n + .DELTA..lambda., And control filter elements 114 (# 1, # 2,..., #N) each having a transmission center wavelength.

主フィルタエレメント112(#1,#2,・・・,#n)の出力ポートはそれぞれ光スターカプラ70に接続され、光スターカプラの出力側には1つ又は複数の光伝送路が接続される。   The output ports of the main filter elements 112 (# 1, # 2,..., #N) are connected to the optical star coupler 70, respectively, and one or more optical transmission lines are connected to the output side of the optical star coupler. You.

また、制御用フィルタエレメント114(#1,#2,・・・,#n)の出力ポートはそれぞれフォトダイオード116(#1,#2,・・・,#n)に接続される。   The output ports of the control filter elements 114 (# 1, # 2, ..., #n) are connected to the photodiodes 116 (# 1, # 2, ..., #n), respectively.

そして、各チャネルの送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)の波長制御を行うために、図16の光送信機と同様に増幅機118(#1,#2,・・・,#n)と制御回路120(#1,#2,・・・,#n)が設けられている。   Then, in order to control the wavelength of the transmission light source units 68 (# 1, # 2,..., #N) of each channel, the amplifiers 118 (# 1, # 2, # 2) as in the optical transmitter of FIG. , #N) and a control circuit 120 (# 1, # 2,..., #N).

また、この実施例では、光フィルタアレイ180における透過中心波長を絶対的に安定化するために、波長λABS に透過中心波長を有する主フィルタエレメント112Aと波長λABS +Δλに透過中心波長を有する制御用フィルタエレメント114Aとが他のフィルタエレメントと一体的に設けられている。   In this embodiment, in order to absolutely stabilize the transmission center wavelength in the optical filter array 180, the main filter element 112A having the transmission center wavelength at the wavelength λ ABS and the control filter having the transmission center wavelength at the wavelength λ ABS + Δλ are used. Element 114A is provided integrally with another filter element.

そして、絶対波長基準光源100からの光を光カプラ110′で分岐してそれぞれ主フィルタエレメント112A及び制御用フィルタエレメント114Aに供給し、主フィルタエレメント112Aの出力光は光スターカプラを介して光伝送路に送出し、制御用フィルタエレメント114Aの出力光はフォトダイオード116Aに供給している。   The light from the absolute wavelength reference light source 100 is branched by the optical coupler 110 'and supplied to the main filter element 112A and the control filter element 114A, respectively, and the output light of the main filter element 112A is transmitted through the optical star coupler. The output light of the control filter element 114A is supplied to the photodiode 116A.

主フィルタエレメント112Aの透過中心波長を絶対波長基準光源100の波長に一致させるために、図14の実施例に準じて、増幅器118A、制御回路120A、ペルチェ素子駆動回路96及びペルチェ素子98が設けられている。   In order to make the transmission center wavelength of the main filter element 112A coincide with the wavelength of the absolute wavelength reference light source 100, an amplifier 118A, a control circuit 120A, a Peltier element driving circuit 96 and a Peltier element 98 are provided according to the embodiment of FIG. ing.

この実施例によると、WDMが適用される光送信システムにおいて、同期検波を用いることなしに波長の安定化を行うことができる。また、波長基準として光フィルタアレイを用いているので、前述したのと同様の効果が生じる。   According to this embodiment, in an optical transmission system to which WDM is applied, wavelength stabilization can be performed without using synchronous detection. Further, since the optical filter array is used as a wavelength reference, the same effects as described above are produced.

図19は本発明の光送信機の第4実施例を示すブロック図である。この実施例は、図16の実施例と対比して、光フィルタアレイ180が波長λ+Δλに透過中心波長を有する制御用フィルタエレメント114の他に波長λ−Δλに透過中心波長を有するもう一つの制御用フィルタエレメント114′を有している点で特徴付けられる。   FIG. 19 is a block diagram showing a fourth preferred embodiment of the optical transmitter according to the present invention. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 16 in that the optical filter array 180 has another control filter having a transmission center wavelength at wavelength λ−Δλ in addition to the control filter element 114 having a transmission center wavelength at wavelength λ + Δλ. In that it has a filter element 114 'for use.

送信光源ユニット68の出力光は光カプラ110′で三分岐され、分岐光の各々は主フィルタエレメント112並びに制御用フィルタエレメント114及び114′に供給される。   The output light of the transmission light source unit 68 is branched into three by an optical coupler 110 ', and each of the branched lights is supplied to a main filter element 112 and control filter elements 114 and 114'.

制御用フィルタエレメント114の出力光はフォトダイオード116で電気信号に変換され、この電気信号は増幅器118により増幅されて演算回路134に入力される。また、制御用フィルタエレメント114′の出力光はフォトダイオード116′により電気信号に変換され、この電気信号は増幅器118′で増幅されて演算回路134に入力される。そして、演算回路134の出力信号が制御回路120に供給される。   Output light from the control filter element 114 is converted into an electric signal by a photodiode 116, and the electric signal is amplified by an amplifier 118 and input to an arithmetic circuit 134. The output light of the control filter element 114 'is converted into an electric signal by a photodiode 116', and the electric signal is amplified by an amplifier 118 'and input to an arithmetic circuit 134. Then, the output signal of the arithmetic circuit 134 is supplied to the control circuit 120.

図20に図19の光フィルタアレイの特性を示す。符号130は主フィルタエレメント112の特性を示し、符号132は制御用フィルタエレメント114の特性を示し、符号132′は制御用フィルタエレメント114′の特性を示す。また、符号SPは安定点を示している。   FIG. 20 shows the characteristics of the optical filter array of FIG. Reference numeral 130 indicates the characteristic of the main filter element 112, reference numeral 132 indicates the characteristic of the control filter element 114, and reference numeral 132 'indicates the characteristic of the control filter element 114'. The symbol SP indicates a stable point.

制御用フィルタエレメント114及び114′の透過中心波長と主フィルタエレメント112の透過中心波長の差Δλは、例えば、各フィルタエレメントの半値半幅程度に設定される。即ち、送信光源ユニット68からの光が主フィルタエレメント112を最大透過率で透過するときに、制御用フィルタエレメント114及び114′の透過率が上述の最大透過率の50%程度になるようにされる。   The difference Δλ between the transmission center wavelengths of the control filter elements 114 and 114 ′ and the transmission center wavelength of the main filter element 112 is set to, for example, about half width at half maximum of each filter element. That is, when the light from the transmission light source unit 68 passes through the main filter element 112 at the maximum transmittance, the transmittance of the control filter elements 114 and 114 'is set to be about 50% of the above-described maximum transmittance. You.

今、送信光源ユニット68の波長が長波長側にわずかに変動すると、制御用フィルタエレメント114の出力は上昇し、一方、制御用フィルタエレメント114′の出力は低下する。また、送信光源ユニット68の波長が短波長側にわずかに変動すると、制御用フィルタエレメント114の出力は低下し、制御用フィルタエレメント114′の出力は上昇する。   Now, when the wavelength of the transmission light source unit 68 slightly fluctuates to the longer wavelength side, the output of the control filter element 114 increases, while the output of the control filter element 114 'decreases. When the wavelength of the transmission light source unit 68 slightly fluctuates to the short wavelength side, the output of the control filter element 114 decreases, and the output of the control filter element 114 'increases.

このように、制御用フィルタエレメント114の出力と制御用フィルタエレメント114′の出力は相補的な関係にある。このため、このような対称性を考慮すると、制御用フィルタエレメント114及び114′の出力について引算を行い、その演算結果が0になるような制御を行えば、送信光源ユニット68の出力光は主フィルタエレメント112を最大透過率で透過することになる。従って、演算回路134としては二入力に対して引算を実行するようなものが選ばれる。   Thus, the output of the control filter element 114 and the output of the control filter element 114 'are in a complementary relationship. Therefore, in consideration of such symmetry, the output of the transmission light source unit 68 is reduced by performing subtraction on the outputs of the control filter elements 114 and 114 'and performing control so that the operation result becomes zero. The light will pass through the main filter element 112 at the maximum transmittance. Therefore, a circuit that performs subtraction on two inputs is selected as the arithmetic circuit 134.

この実施例によると、送信光源ユニット68の光出力が変動したとしても、制御波長がその影響を受けないという利点がある。即ち、二つの制御用フィルタエレメント114及び114′に入力される光のパワーが変動したとしても、引算の結果、演算回路134の出力が0となる波長が一定になるのである。但し、制御系全体におけるループゲインが変動するので、ループゲインを光出力の変動に耐え得るように設定しておくことが望ましい。   According to this embodiment, there is an advantage that even if the optical output of the transmission light source unit 68 fluctuates, the control wavelength is not affected. That is, even if the power of the light input to the two control filter elements 114 and 114 'fluctuates, the wavelength at which the output of the arithmetic circuit 134 becomes 0 as a result of the subtraction becomes constant. However, since the loop gain in the entire control system fluctuates, it is desirable to set the loop gain so as to withstand the fluctuation in the optical output.

図21は本発明の光送信システムの第5実施例を示すブロック図である。WDMが適用される本実施例では、図19の光送信機が複数用いられている。   FIG. 21 is a block diagram showing a fifth preferred embodiment of the optical transmission system of the present invention. In this embodiment to which WDM is applied, a plurality of optical transmitters shown in FIG. 19 are used.

図18のシステムに対比した本実施例の特徴点は、図16の光送信機に対比した図19の光送信機の特徴点と同じであるのでその説明については省略する。   The features of the present embodiment in comparison with the system of FIG. 18 are the same as those of the optical transmitter of FIG. 19 in comparison with the optical transmitter of FIG. 16, and a description thereof will be omitted.

図22は同期検波を用いない光受信機の構成例を示すブロック図である。図示しない光伝送路から供給された信号光は、光増幅器136で増幅された後、光カプラ110′で三分岐される。分岐光の各々は、図19の光送信機と同様の光フィルタアレイ180の各フィルタエレメント112,114,114′に入力される。   FIG. 22 is a block diagram illustrating a configuration example of an optical receiver that does not use synchronous detection. A signal light supplied from an optical transmission line (not shown) is amplified by an optical amplifier 136 and then branched into three by an optical coupler 110 '. Each of the split lights is input to each filter element 112, 114, 114 'of an optical filter array 180 similar to the optical transmitter of FIG.

主フィルタエレメント112の出力光はE/O変換回路140に供給され、ここで伝送データを含む電気信号に変換される。   The output light of the main filter element 112 is supplied to an E / O conversion circuit 140, where it is converted into an electric signal containing transmission data.

制御用フィルタエレメント114の出力光は、フォトダイオード116で電気信号に変換され、増幅器118により増幅されて演算回路134に入力される。制御用フィルタエレメント114′の出力光は、フォトダイオード116′で電気信号に変換され、この電気信号は増幅器118′により増幅されて演算回路134に入力される。   The output light of the control filter element 114 is converted into an electric signal by a photodiode 116, amplified by an amplifier 118, and input to an arithmetic circuit 134. The output light of the control filter element 114 'is converted into an electric signal by a photodiode 116', and the electric signal is amplified by an amplifier 118 'and input to an arithmetic circuit 134.

そして、演算回路134の出力信号に基づいて制御回路142がペルチェ素子98を制御し、これにより波長の安定化がなされる。   Then, the control circuit 142 controls the Peltier element 98 based on the output signal of the arithmetic circuit 134, thereby stabilizing the wavelength.

制御回路142は、演算回路134の出力信号を設定基準124からの基準信号と比較する比較回路122と、比較回路122の出力信号を増幅する誤差増幅回路126と、誤差増幅回路126の出力レベルが0又は一定になるようにペルチェ素子98に駆動電流を与える駆動回路138とを含む。   The control circuit 142 compares the output signal of the arithmetic circuit 134 with the reference signal from the setting reference 124, the error amplifier 126 that amplifies the output signal of the comparator 122, and the output level of the error amplifier 126. A drive circuit 138 for supplying a drive current to the Peltier element 98 so as to be 0 or constant.

図23は光受信システムの第2実施例を示すブロック図である。この実施例では、図22の光受信機における原理に従って光フィルタアレイ180について波長安定化を行い、この安定化された光フィルタアレイ180を用いてWDM信号光を受信するようにしている。具体的には次の通りである。   FIG. 23 is a block diagram showing a second embodiment of the optical receiving system. In this embodiment, the wavelength of the optical filter array 180 is stabilized according to the principle of the optical receiver of FIG. 22, and the stabilized optical filter array 180 is used to receive the WDM signal light. Specifically, it is as follows.

この実施例のシステムは、図15のシステムにおける制御回路94が同期検波を用いているのと対比して、制御回路142が同期検波を用いていない(図22参照)点で特徴付けられる。即ち、波長λABS に透過中心波長を有する主フィルタエレメント112Aと波長λABS +Δλに透過中心波長を有する制御用フィルタエレメント114Aと波長λABS −Δλに透過中心波長を有する制御用フィルタエレメント114′Aとを各フィルタエレメント18(#1,#2,・・・,#n)と一体に設けておき、光ツリーカプラ106の分岐光出力を各フィルタエレメントに供給しているのである。   The system of this embodiment is characterized in that the control circuit 142 does not use synchronous detection (see FIG. 22), as opposed to the control circuit 94 in FIG. 15 that uses synchronous detection. That is, a main filter element 112A having a transmission center wavelength at a wavelength λABS, a control filter element 114A having a transmission center wavelength at a wavelength λABS + Δλ, and a control filter element 114′A having a transmission center wavelength at a wavelength λABS−Δλ are provided. It is provided integrally with the filter elements 18 (# 1, # 2,..., #N), and the branched light output of the optical tree coupler 106 is supplied to each filter element.

主フィルタエレメント112Aの出力光は絶対波長基準としてこの光受信システムで有効に用いることができる。また、制御用フィルタエレメント114A及び114′Aの出力光を用いて、同期検波を行うことなしに波長の安定化を行うことができる。   The output light of the main filter element 112A can be effectively used in this optical receiving system as an absolute wavelength reference. Further, the output light of the control filter elements 114A and 114'A can be used to stabilize the wavelength without performing synchronous detection.

以上説明した幾つかの同期検波を用いない装置又はシステムにおいては、光フィルタアレイの構成が複雑になる反面、光源や光フィルタアレイの制御信号が受信特性に影響を与えないという特徴がある。同期検波による場合、制御信号を得るために制御対象に微小な変動を与え、与えた信号の制御対象から得られる信号の位相とを比較するようにしているので、微小変動を与える操作によって送信信号に擾乱が生じることとなり、送信信号に劣化が生じる恐れがある。これに対して、本発明の実施例のように同期検波を用いない場合には、微小変動を与える必要がないため、送信信号に劣化が生じる恐れがない。   Some of the devices or systems that do not use synchronous detection described above have a feature that the configuration of the optical filter array is complicated, but the control signal of the light source or the optical filter array does not affect the reception characteristics. In the case of synchronous detection, a small fluctuation is given to the control target in order to obtain the control signal, and the phase of the signal obtained is compared with the phase of the signal obtained from the control target. Of the transmission signal, and the transmission signal may be degraded. On the other hand, when the synchronous detection is not used as in the embodiment of the present invention, there is no need to give a minute change, and there is no possibility that the transmission signal is deteriorated.

従って、このような同期検波を用いない実施例は、光フィルタアレイの各フィルタエレメントが狭帯域バンドパスフィルタである場合に適している。   Therefore, the embodiment not using such synchronous detection is suitable when each filter element of the optical filter array is a narrow band-pass filter.

以上説明した光送信システム及び光受信システムを組み合わせて光通信システムを構築する場合において、光送信システム及び光受信システムの双方に光フィルタアレイが用いられているときには、これらの光フィルタアレイは特性のよく一致したものであることが望ましい。そのためには、例えば、図12に示される光フィルタアレイを製造するときに、同一製造プロセスで作成された光フィルタアレイの母材を切断し、各ピースを送信側及び受信側に適用することで、フィルタアレイの特性を一致させることができる。   When constructing an optical communication system by combining the optical transmission system and the optical reception system described above, when an optical filter array is used in both the optical transmission system and the optical reception system, these optical filter arrays have characteristics. It is desirable that they match well. For that purpose, for example, when manufacturing the optical filter array shown in FIG. 12, by cutting the base material of the optical filter array created by the same manufacturing process, and applying each piece to the transmission side and the reception side , The characteristics of the filter array can be matched.

ところで、WDM用の光源としては、半導体レーザ(レーザダイオード)、特に単一縦モードで発振する分布帰還型レーザダイオードが通常使用される。このレーザダイオードにおいては、素子内部に形成されたグレーティングの周期で発振波長がほぼ決まるが、製造偏差の問題で、通常、発振波長は同一ロット内で数nm程度、異なるロット間では十数nm程度ばらつく。このため、WDMに適合する複数のレーザダイオードを調達するためには選別作業が必要となり、高価なものとなる。   As a light source for WDM, a semiconductor laser (laser diode), particularly a distributed feedback laser diode that oscillates in a single longitudinal mode, is usually used. In this laser diode, the oscillation wavelength is almost determined by the period of the grating formed inside the element. However, due to the problem of manufacturing deviation, the oscillation wavelength is usually about several nm in the same lot, and about tens of nm between different lots. Vary. For this reason, in order to procure a plurality of laser diodes compatible with WDM, a sorting operation is required, which is expensive.

図24は所望の発振波長を得るのが容易なWDM用光源の基本構成を示す図である。この例では、光フィルタアレイ180は、バンドリジェクション(ノッチ)特性を有する複数の光フィルタエレメント144(#1,#2,・・・,#n)を備えている。   FIG. 24 is a diagram showing a basic configuration of a light source for WDM in which it is easy to obtain a desired oscillation wavelength. In this example, the optical filter array 180 includes a plurality of optical filter elements 144 (# 1, # 2,..., #N) having band rejection (notch) characteristics.

バンドリジェクション特性を有する光フィルタはその反射特性はバンドパス型となる。この例では、各フィルタアレイ144(#1,#2,・・・,#n)はそれぞれ波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn の光を反射させる。   An optical filter having a band rejection characteristic has a reflection characteristic of a bandpass type. In this example, each filter array 144 (# 1, # 2,..., #N) reflects light having a wavelength λ1, λ2,.

そして、各フィルタエレメント144(#1,#2,・・・,#n)の入力ポートにはそれぞれ利得媒体146(#1,#2,・・・,#n)が光学的に接続されている。利得媒体146(#1,#2,・・・,#n)としては、ARコート(無反射被膜)を施した半導体レーザ(半導体レーザ増幅器)や希土類添加光ファイバを用いることができる。   A gain medium 146 (# 1, # 2,..., #N) is optically connected to an input port of each filter element 144 (# 1, # 2,..., #N). I have. As the gain medium 146 (# 1, # 2,..., #N), a semiconductor laser (semiconductor laser amplifier) having an AR coating (anti-reflection coating) or a rare-earth-doped optical fiber can be used.

この構成によると、各フィルタエレメントの反射ピーク波長でレーザ発振を起こすことができるので、所望の波長の光源を容易に得ることができ、波長間隔や絶対波長を一元的に管理することができるようになる。   According to this configuration, laser oscillation can be caused at the reflection peak wavelength of each filter element, so that a light source having a desired wavelength can be easily obtained, and the wavelength interval and the absolute wavelength can be centrally managed. become.

図25は本発明の光送信システムの第6実施例を示すブロック図である。このシステムは、図21のシステムと対比して、各送信光源ユニット68(#1,#2,・・・,#n)に換えて図24のWDM用光源を用いている点で特徴付けられる。   FIG. 25 is a block diagram showing a sixth embodiment of the optical transmission system of the present invention. This system is characterized by using the WDM light source of FIG. 24 instead of the transmission light source units 68 (# 1, # 2,..., #N) in comparison with the system of FIG. .

各フィルタエレメント144(#1,#2,・・・,#n)の出力光はそれぞれ光変調器148(#1,#2,・・・,#n)によって変調された後、光スターカプラ70を介して単一又は複数の図示しない光伝送路へ送出される。   The output light of each filter element 144 (# 1, # 2,..., #N) is modulated by an optical modulator 148 (# 1, # 2,. The light is transmitted to one or a plurality of optical transmission lines (not shown) via the optical path 70.

この実施例によると、絶対波長基準光源100を用いて前述の手法により光フィルタアレイ180の波長安定化を行っているので、各光源について波長の管理を行うことが不要であり、光送信システムの構成を簡略化することができる。   According to this embodiment, since the wavelength of the optical filter array 180 is stabilized by the above-described method using the absolute wavelength reference light source 100, it is not necessary to manage the wavelength of each light source, and the optical transmission system is not required. The configuration can be simplified.

図26は本発明の光送信システムの第7実施例を示すブロック図である。この実施例は、図25のシステムと対比して、バンドリジェクション特性を有するフィルタエレメントに換えてバンドパス特性を有するフィルタエレメント18(#1,#2,・・・,#n)を用い、リング型共振器を構成することでレーザ発振を生じさせている点で特徴付けられる。   FIG. 26 is a block diagram showing a seventh embodiment of the optical transmission system of the present invention. This embodiment uses filter elements 18 (# 1, # 2,..., #N) having bandpass characteristics instead of the filter elements having band rejection characteristics in comparison with the system of FIG. It is characterized in that laser oscillation is caused by configuring a ring resonator.

利得媒体146(#1,#2,・・・,#n)の第1励振端から出力された光は、フィルタアレイ18(#1,#2,・・・,#n)を透過して光カプラ150(#1,#2,・・・,#n)で分岐される。分岐された一方の各光は、それぞれ光アイソレータ152(#1,#2,・・・,#n)を通って各利得媒体146(#1,#2,・・・,#n)のそれぞれの第2励振端に帰還される。   Light output from the first excitation end of the gain medium 146 (# 1, # 2, ..., #n) passes through the filter array 18 (# 1, # 2, ..., #n). The light is branched by the optical coupler 150 (# 1, # 2,..., #N). One of the split lights passes through the optical isolators 152 (# 1, # 2,..., #N), and passes through each of the gain media 146 (# 1, # 2,. Is returned to the second excitation end.

そして、光カプラ150(#1,#2,・・・,#n)で分岐された各光の他方が光変調器148(#1,#2,・・・,#n)でそれぞれ変調されて光スターカプラ70を介して図示しない光伝送路に送出される。   The other of the lights branched by the optical couplers 150 (# 1, # 2,..., #N) is modulated by the optical modulators 148 (# 1, # 2,..., #N). The light is transmitted to an optical transmission line (not shown) via the optical star coupler 70.

この実施例では、光フィルタアレイ180の各フィルタエレメントがすべてバンドパスフィルタであるので、光フィルタアレイ180の製造が容易である。   In this embodiment, since all the filter elements of the optical filter array 180 are band-pass filters, the manufacture of the optical filter array 180 is easy.

図27は本発明の光送信システムの第8実施例を示すブロック図である。このシステムは、図26のシステムと同様に、波長λ1 ,λ2 ,・・・,λn にそれぞれ透過中心波長を有するバンドパスフィルタアレイ18(#1,#2,・・・,#n)を有している。   FIG. 27 is a block diagram showing an eighth embodiment of the optical transmission system of the present invention. This system has bandpass filter arrays 18 (# 1, # 2,..., #N) having transmission center wavelengths at wavelengths λ1, λ2,. are doing.

そして、広帯域に(白色状に)分布して発振するコヒーレント光源154からの光を光スターカプラ156でn分岐し、各分岐光を各フィルタエレメント18(#1,#2,・・・,#n)の入力ポートに供給している。各フィルタアレイの出力ポートから出力された光はそれぞれ光変調器148(#1,#2,・・・,#n)で変調された後、光スターカプラ70を介して単一又は複数の光伝送路へ送出される。   The light from the coherent light source 154 that oscillates in a wide band (white) is branched into n by the optical star coupler 156, and each branched light is divided into each filter element 18 (# 1, # 2,..., #). n). The light output from the output port of each filter array is modulated by each of the optical modulators 148 (# 1, # 2,..., #N). It is sent to the transmission path.

広帯域に分布して発振する光源については、例えば、森他、「LD励起supercontinuumを利用した超広帯域パルス光源」、1993年電子情報通信学会秋季大会B−920、に開示されている。   For example, Mori et al., “Ultra-wideband pulse light source using LD-excited supercontinuum”, and a light source that oscillates in a wide band are disclosed in 1993 Autumn Meeting B-920 of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, 1993.

ところで、光増幅器を使用した伝送システムでは、信号光の波長以外の波長領域にあるASE成分をできるだけ除去することが望ましい。余分なASE成分が付加された状態で信号光が光増幅器に入力されると、ASE成分も増幅され、信号光を増幅するためのポンプ光のエネルギーが無駄になり、増幅率や雑音特性が劣化する。   By the way, in a transmission system using an optical amplifier, it is desirable to remove ASE components in a wavelength region other than the wavelength of signal light as much as possible. If the signal light is input to the optical amplifier with the extra ASE component added, the ASE component is also amplified, and the energy of the pump light for amplifying the signal light is wasted, and the amplification factor and noise characteristics are degraded. I do.

WDMの場合、図28に示されるように、信号光の波長に対応する波長の光が選択的に透過する光フィルタを用いることで、ASE成分を低減させることができる。同図において符号158は波長軸上に等間隔で並んだ信号光のスペクトラムを表し、符号160はこれらの信号光に対応して透過中心波長が等間隔に並んだ光フィルタの特性を表している。   In the case of WDM, as shown in FIG. 28, an ASE component can be reduced by using an optical filter that selectively transmits light having a wavelength corresponding to the wavelength of signal light. In the figure, reference numeral 158 represents the spectrum of signal light arranged at regular intervals on the wavelength axis, and reference numeral 160 represents the characteristic of an optical filter having transmission center wavelengths arranged at regular intervals corresponding to these signal lights. .

信号光の波長が等間隔に並ぶ場合には、光フィルタとしてファブリ・ペロー干渉計を用いることができる。また、信号光の波長が不等間隔に並ぶ場合には、グレーティング型フィルタを用いることができる。   When the wavelengths of the signal light are arranged at equal intervals, a Fabry-Perot interferometer can be used as the optical filter. When the wavelengths of the signal light are arranged at irregular intervals, a grating type filter can be used.

このように光フィルタを伝送路の途中等に挿入する場合、送信光源の波長が制御されていることが前提となる。送信光源の相対的な波長間隔が一定に保たれている場合には、光フィルタの透過特性を送信光源の絶対波長の変動に追従させることが望ましい。   When the optical filter is inserted in the middle of the transmission line or the like, it is assumed that the wavelength of the transmission light source is controlled. When the relative wavelength interval of the transmission light source is kept constant, it is desirable that the transmission characteristics of the optical filter follow the fluctuation of the absolute wavelength of the transmission light source.

そのためには、フィルタ出力を分岐し、その光出力が最大になるような制御を行うとよい。具体的には次の通りである。   For this purpose, it is preferable to branch the filter output and perform control so that the optical output is maximized. Specifically, it is as follows.

図29は光フィルタの追従制御のための構成例を示す図である。符号162は光伝送路の途中に挿入された光増幅器を表している。   FIG. 29 is a diagram illustrating a configuration example for tracking control of an optical filter. Reference numeral 162 represents an optical amplifier inserted in the middle of the optical transmission line.

光増幅器162の下流側にはファブリ・ペロー干渉計等からなる光フィルタ164が配置される。光フィルタ164の出力光は光カプラ166で分岐され、分岐光の一方は光伝送路に送出される。   An optical filter 164 including a Fabry-Perot interferometer or the like is arranged downstream of the optical amplifier 162. The output light of the optical filter 164 is split by the optical coupler 166, and one of the split lights is sent to the optical transmission line.

分岐光の他方はフォトダイオード168により電気信号に変換され、この電気信号は増幅器170で増幅されて制御回路172に供給される。制御回路172は、供給された信号レベルが最大になるように光フィルタ164を制御する。   The other of the split lights is converted into an electric signal by the photodiode 168, and the electric signal is amplified by the amplifier 170 and supplied to the control circuit 172. The control circuit 172 controls the optical filter 164 so that the supplied signal level becomes maximum.

この実施例のシステムは、信号光の波長をλ1 ,λ2 ,・・・,λn の間隔が一定である場合に適用されるのが望ましい。即ち、この場合には、全信号光のトータルの光出力が常に最大になるように制御を行うことにより、光フィルタの透過中心波長を信号光の波長に一致させることができるのである。   The system of this embodiment is desirably applied when the wavelength of the signal light is constant at intervals of λ1, λ2,..., Λn. That is, in this case, by controlling so that the total optical output of all the signal lights is always maximized, the transmission center wavelength of the optical filter can be matched with the wavelength of the signal light.

狭帯域光フィルタアレイとして、誘電体膜干渉フィルタを用いる場合、透過波長の遮断特性はほぼローレンツ関数となる。図30に干渉フィルタの遮断特性を示す。   When a dielectric film interference filter is used as the narrow band optical filter array, the cutoff characteristic of the transmission wavelength becomes almost a Lorentz function. FIG. 30 shows the cutoff characteristics of the interference filter.

この図から、光パワーが各波長で同一であることを仮定した場合、波長間隔1nm(1.55μm帯で約125GHz)のとき、隣接波長のクロストーク(漏れ込み)を一例として20dB以下(20dB以下という値は受信品質に影響を与えない所要値)にするためには、透過帯域3dB幅、0.3nmの干渉フィルタ1枚では不足であり、透過帯域3dB幅、0.5nm程度の干渉フィルタを2枚以上重ねて使用すべきであることがわかる。   From this figure, assuming that the optical power is the same at each wavelength, when the wavelength interval is 1 nm (about 125 GHz in the 1.55 μm band), the crosstalk (leakage) of adjacent wavelengths is 20 dB or less (20 dB or less) as an example. In order to make the following value a required value that does not affect the reception quality), one interference filter having a transmission band of 3 dB and 0.3 nm is insufficient, and an interference filter having a transmission band of 3 dB and 0.5 nm is used. It should be understood that two or more sheets should be used.

この光フィルタの所要クロストーク値については、前述した送信側での波長安定化のための光フィルタに当てはまり、また、受信側での波長選択光フィルタにも当てはまる。   The required crosstalk value of the optical filter applies to the above-mentioned optical filter for wavelength stabilization on the transmission side, and also applies to the wavelength selection optical filter on the reception side.

誘電体膜を多層に積層した干渉フィルタは、特開平5−281480号公報「波長可変フィルタ及びその製造方法」に示されているように、積層する誘電体膜の厚みを変えることで透過波長を変えることができる。従って、所定の透過波長を再現性よく得るためには、誘電体膜の膜厚を正確に制御することが要求される。   As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-281480, “Wavelength tunable filter and method of manufacturing the same”, an interference filter in which dielectric films are stacked in multiple layers can change the transmission wavelength by changing the thickness of the stacked dielectric films. Can be changed. Therefore, in order to obtain a predetermined transmission wavelength with good reproducibility, it is necessary to accurately control the thickness of the dielectric film.

3dB透過波長域が1nm程度以下の狭帯域バンドパスフィルタを得るためには、例えば20層以上の多数の誘電体膜を形成することになり、再現性よく所望の透過波長となる狭帯域フィルタを得ることには困難性が伴う。例えば、透過波長が製造ロット毎に数nm程度ずれてしまうこともある。   In order to obtain a narrow band pass filter having a 3 dB transmission wavelength range of about 1 nm or less, a large number of dielectric films, for example, 20 layers or more, must be formed. There are difficulties to get. For example, the transmission wavelength may be shifted by about several nm for each production lot.

ただし、同一基板上の透過波長の面内分布は比較的安定していることが知られている。このため、例えば図31に示されるように、基板920上に形成された誘電体多層膜940の膜厚を連続的に変化させたものでは、製造ロットが異なるフィルタにおいても送信光源の波長域をカバーするような所望の透過波長となる領域が必ず存在する。   However, it is known that the in-plane distribution of the transmission wavelength on the same substrate is relatively stable. For this reason, as shown in FIG. 31, for example, in the case where the film thickness of the dielectric multilayer film 940 formed on the substrate 920 is continuously changed, the wavelength range of the transmission light source can be changed even in filters having different manufacturing lots. There is always a region that covers the desired transmission wavelength and covers it.

そこで、この部分を図31の干渉フィルタの母材から切り出してこれにより図12に示されるような光フィルタアレイを作成することにより、所望特性の光フィルタアレイを歩留りよく得ることができる。   Therefore, this portion is cut out from the base material of the interference filter shown in FIG. 31 to form an optical filter array as shown in FIG. 12, whereby an optical filter array having desired characteristics can be obtained with high yield.

図32は図12の光フィルタアレイの第1の具体例を示す図である。この例では、入力ポートとなる光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)を互いに平行に等間隔で配置し、これらに対向して出力ポートとなる光ファイバ86(#1,#2,・・・,#n)も互いに平行に等間隔で配置している。   FIG. 32 is a diagram showing a first specific example of the optical filter array of FIG. In this example, optical fibers 84 (# 1, # 2,..., #N) serving as input ports are arranged at equal intervals in parallel with each other, and optical fibers 86 (# 1 , # 2,..., #N) are also arranged at equal intervals in parallel with each other.

図33は図32の光フィルタアレイの特性を示す図である。縦軸は透過中心波長、横軸は各ポートのチャネル数を表している。この例では、各光ファイバを等間隔で配置しているので、透過中心波長はチャネル毎に等間隔となる。   FIG. 33 is a diagram showing characteristics of the optical filter array of FIG. The vertical axis represents the transmission center wavelength, and the horizontal axis represents the number of channels of each port. In this example, since the optical fibers are arranged at equal intervals, the transmission center wavelength is equal at each channel.

図34は図12の光フィルタアレイの第2の具体例を示す図である。この実施例は、図32の第1の具体例と対比して、入力側の光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)及び出力側の光ファイバ86(#1,#2,・・・,#n)が等間隔で配列されていない点で特徴付けられる。   FIG. 34 is a diagram showing a second specific example of the optical filter array of FIG. This embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 32 in that the input side optical fiber 84 (# 1, # 2,..., #N) and the output side optical fiber 86 (# 1, # 2). , #N) are not arranged at equal intervals.

こうすることにより、光フィルタアレイの透過中心波長を不等間隔にすることができるので、WDMを行うに際して四光波混合の影響を回避することができる(F.Forghieri et al, "Reduction of four-wave-mixing cross talk in WDM systems using unequally spaced channels", OFC/IOOC '93 Technical Digest FC4)。   By doing so, the transmission center wavelengths of the optical filter array can be made unequally spaced, so that the effect of four-wave mixing can be avoided when performing WDM (F. Forghieri et al, "Reduction of four- wave-mixing cross talk in WDM systems using unequally spaced channels ", OFC / IOOC '93 Technical Digest FC4).

或いは、WDMにおける信号光の波長間隔よりも十分狭い波長間隔で等間隔の光フィルタアレイを作成し、所望の透過中心波長に対応する入出力ポートのみを選んで使用することで所望の等間隔或いは不等間隔の光フィルタアレイを得ることもできる。   Alternatively, an equal-length optical filter array is created at a wavelength interval sufficiently smaller than the wavelength interval of the signal light in the WDM, and only the input / output ports corresponding to the desired transmission center wavelength are selected and used to obtain the desired equal-interval or Irregularly spaced optical filter arrays can also be obtained.

尚、干渉フィルタの製造技術上波長再現性が良好である場合には、図35に示されるように入出力ポートの光ファイバを等間隔に設定し、誘電体多層膜94′の膜厚分布を変化させることで、各フィルタエレメントについて所望の透過中心波長を与えることもできる。図36に図35の光フィルタアレイの特性を示す。   If the wavelength reproducibility is good due to the manufacturing technology of the interference filter, the optical fibers of the input and output ports are set at equal intervals as shown in FIG. 35, and the film thickness distribution of the dielectric multilayer film 94 'is changed. By changing, it is also possible to give a desired transmission center wavelength for each filter element. FIG. 36 shows the characteristics of the optical filter array of FIG.

図37は光フィルタアレイの第4実施例を示す図である。この実施例では、導波路基板176上に複数の光導波路178(#1,#2,・・・,#n)を併設し、これらの光導波路を遮るように導波路基板176上に溝176Aを形成しておき、この溝176Aの中に透過中心波長が位置により異なる干渉フィルタ182を挿入している。   FIG. 37 is a diagram showing a fourth embodiment of the optical filter array. In this embodiment, a plurality of optical waveguides 178 (# 1, # 2,..., #N) are provided on the waveguide substrate 176, and the grooves 176A are formed on the waveguide substrate 176 so as to block these optical waveguides. Are formed, and an interference filter 182 having a transmission center wavelength that differs depending on the position is inserted into the groove 176A.

符号184(#1,#2,・・・,#n)は各光導波路の入力ポートに接続される光ファイバを表し、符号186(#1,#2,・・・,#n)は各光導波路の出力ポートに接続される出力側光ファイバを表している。また、光導波路178(#1,#2,・・・,#n)の干渉フィルタ182の下流側では分岐部が形成されており、各分岐導波路の出力端にはフォトダイオードアレイ184が工学的に接続されている。   Reference numeral 184 (# 1, # 2,..., #N) denotes an optical fiber connected to the input port of each optical waveguide, and reference numeral 186 (# 1, # 2,. 4 illustrates an output side optical fiber connected to an output port of an optical waveguide. A branch portion is formed on the optical waveguide 178 (# 1, # 2,..., #N) on the downstream side of the interference filter 182, and a photodiode array 184 is provided at the output end of each branch waveguide. Connected.

図38は光フィルタアレイの第5実施例を示す図である。この実施例では、導波路基板188上に複数の光導波路190(#1,#2,・・・,#n)を併設し、これらの途中にグレーティング型フィルタが形成される領域192と光スターカプラ領域194とを設けている。   FIG. 38 shows a fifth embodiment of the optical filter array. In this embodiment, a plurality of optical waveguides 190 (# 1, # 2,..., #N) are provided side by side on a waveguide substrate 188, and a region 192 where a grating type filter is formed and an optical star A coupler region 194 is provided.

グレーティングフィルタについて透過中心波長を正確に設定し得ない場合には、WDMに必要な数以上の数の光導波路を形成し、各光導波路のグレーティング部の格子定数を少しずつ異ならせておき、目的の波長に合った光導波路のみを選択的に使用することで、この光フィルタアレイの歩留りを向上させることができる。   If the transmission center wavelength cannot be set accurately for the grating filter, the number of optical waveguides must be equal to or greater than that required for WDM, and the grating constant of the grating section of each optical waveguide should be slightly different. By selectively using only the optical waveguides that match the wavelength of the optical filter array, the yield of the optical filter array can be improved.

この実施例では、光スターカプラ領域194が形成されていることにより、使用しない光導波路がある場合にその分挿入損失が大きくなるが、光増幅器を用いて損失補償を行うことにより、この問題を解決することができる。   In this embodiment, since the optical star coupler region 194 is formed, the insertion loss increases when there is an optical waveguide that is not used. However, this problem is solved by performing the loss compensation using the optical amplifier. Can be solved.

尚、これまでの説明では、光フィルタアレイの配置が簡単のために一次元としたが、二次元的な配置をとることも当然ながら可能である。例えば、絶対波長基準として、分子或いは原子の吸収線を利用する場合、信号光の波長配置に合致しない中途半端な波長(例えば信号光波長間隔の間に来る場合等)になることも予想される。このような場合には、絶対波長基準からの光を光フィルタアレイに透過させる位置を各信号光を透過させる位置から空間的に離すことにより、所望の波長基準を用いることができる。具体的には以下の通りである。   In the above description, the optical filter array is arranged one-dimensionally for simplicity, but it is naturally possible to adopt a two-dimensional arrangement. For example, when an absorption line of a molecule or an atom is used as an absolute wavelength reference, a halfway wavelength that does not match the wavelength arrangement of the signal light (for example, a case where the wavelength comes between signal light wavelength intervals) is expected. . In such a case, a desired wavelength reference can be used by spatially separating a position for transmitting light from the absolute wavelength reference to the optical filter array from a position for transmitting each signal light. Specifically, it is as follows.

図39は光フィルタアレイの第6実施例を示す図である。この例では、信号光の入力ポートとなる光ファイバ84(#1,#2,・・・,#n)を一列に配置し、これらの配列方向からずらして絶対波長基準用の入力ポートとなる光ファイバ84′を配置している。符号P(#1,#2,・・・,#n)は信号光のビームが光フィルタアレイに入射する位置を表しており、符号P′は絶対波長基準からの光ビームが光フィルタアレイに入射する位置を表している。   FIG. 39 is a diagram showing a sixth embodiment of the optical filter array. In this example, optical fibers 84 (# 1, # 2,..., #N) serving as signal light input ports are arranged in a line, and are shifted from these arrangement directions to serve as absolute wavelength reference input ports. An optical fiber 84 'is arranged. The symbol P (# 1, # 2,..., #N) indicates the position where the signal light beam enters the optical filter array, and the symbol P 'indicates that the light beam from the absolute wavelength reference is applied to the optical filter array. It represents the position of incidence.

誘電体膜を用いた光フィルタアレイを作成する場合、光フィルタアレイを通過する際の光ビーム径が重要なパラメータとなる。光ファイバアレイの間隔に比べて光フィルタアレイを透過するビーム径が太いと、他信号とのクロストークの原因となる。また、透過波長分布を有する光フィルタの透過波長変化に比較してビーム径が太い場合には、3dB透過波長域が広がってしまうことになる。   When creating an optical filter array using a dielectric film, the diameter of a light beam passing through the optical filter array is an important parameter. If the diameter of the beam passing through the optical filter array is larger than the distance between the optical fiber arrays, it causes crosstalk with other signals. Also, if the beam diameter is large compared to the change in the transmission wavelength of the optical filter having the transmission wavelength distribution, the 3 dB transmission wavelength range will be widened.

例えば、図32に示されるように、位置に対応して透過中心波長が変化する光ファイバアレイにおいては、具体例として10mmの位置変化で透過中心波長が10nm変化するように誘電体膜が積層されている場合、透過中心波長間隔を一nmとして等間隔のフィルタアレイを作成すると、1mm間隔で光ファイバを整列することが要求される。   For example, as shown in FIG. 32, in an optical fiber array in which the transmission center wavelength changes according to the position, as a specific example, the dielectric films are laminated so that the transmission center wavelength changes by 10 nm when the position changes by 10 mm. In such a case, if the transmission center wavelength interval is 1 nm and a filter array is formed at equal intervals, it is required to align the optical fibers at 1 mm intervals.

この光フィルタの設計時において、膜厚分布が一定の場合の3dB透過幅を05.nmとすると、この特性を劣化させないためには、光ビーム径を0.5nmに相当する0.5mmよりも十分小さくしておくことが要求される。例えば、50μm程度以下の光ビーム径が要求される。   When designing this optical filter, the 3 dB transmission width when the film thickness distribution is constant is set to 0.05. In order to prevent this characteristic from deteriorating, it is required that the light beam diameter be sufficiently smaller than 0.5 mm corresponding to 0.5 nm. For example, a light beam diameter of about 50 μm or less is required.

もしビーム径が大きいと、ビームの中で透過中心波長が変化することになり、光フィルタ本体の3dB透過幅よりも広がり、透過特性や遮断特性が劣化することになる。   If the beam diameter is large, the transmission center wavelength changes in the beam, which is wider than the 3 dB transmission width of the optical filter main body, and the transmission characteristics and blocking characteristics are deteriorated.

この問題を解決するためには、光ファイバの励振端の近傍に設けられるレンズの焦点距離を十分小さくしてビーム径を絞ることが望ましい。尚、ビーム径が50μmでファイバアレイの間隔が1mmの場合には、ビーム径と光ファイバアレイの間隔の比率が十分に大きく、他チャネルへのクロストークの影響はほとんどない。   In order to solve this problem, it is desirable that the focal length of a lens provided near the excitation end of the optical fiber be made sufficiently small to narrow the beam diameter. When the beam diameter is 50 μm and the interval between the fiber arrays is 1 mm, the ratio between the beam diameter and the interval between the optical fiber arrays is sufficiently large, and there is almost no influence of crosstalk on other channels.

このような技術的課題を解決するための実施例を図40により説明する。図40は光フィルタアレイの第7実施例を示す図である。図40の(A)はこの光フィルタアレイの平面図、(B)は側面図である。   An embodiment for solving such a technical problem will be described with reference to FIG. FIG. 40 is a diagram showing a seventh embodiment of the optical filter array. FIG. 40A is a plan view of the optical filter array, and FIG. 40B is a side view.

基板196上には互いに平行に複数のV溝が形成されており、この中に端部においてモードフィールド径を拡大した入力側光ファイバ198(#1,#2,・・・,#n)を端面を揃えて整列させ、これらに対向して同じく端部においてモードフィールド径を拡大した出力側光ファイバ200(#1,#2,・・・,#n)を整列させている。そして、これらファイバ同士の間に光フィルタ202を挿入している。符号204は基板196の温度を制御するためのペルチェ素子を表している。ここで、端部においてモードフィールド径を拡大した光ファイバを用いているのは、有限な厚みを有する光フィルタ202の挿入損失を低減するためである。このようなファイバの製造技術については、M.Kihara et al. "Loss Characteristics of Thermally Diffused Expanded Core Fiber", IEEE Photonics Technology Letters Vol4 No.12 pp1390-1391 、中善寺他「光ファイバ集積型偏波無依存アイソレータ」、1992年電子情報通信学会秋季大会C−229、に開示されている。以下、このようなファイバをTECファイバと称する。   A plurality of V-shaped grooves are formed on the substrate 196 in parallel with each other, and the input side optical fibers 198 (# 1, # 2,... The output side optical fibers 200 (# 1, # 2,..., #N) whose mode field diameters are enlarged at the ends are also arranged opposite to the end faces. An optical filter 202 is inserted between these fibers. Reference numeral 204 denotes a Peltier element for controlling the temperature of the substrate 196. Here, the reason for using an optical fiber having an enlarged mode field diameter at the end is to reduce the insertion loss of the optical filter 202 having a finite thickness. For the manufacturing technology of such fiber, see M. Kihara et al. "Loss Characteristics of Thermally Diffused Expanded Core Fiber", IEEE Photonics Technology Letters Vol4 No.12 pp1390-1391, Chuzenji et al. Isolators, "1992 IEICE Autumn Conference C-229. Hereinafter, such a fiber is referred to as a TEC fiber.

図41は、一対のTECファイバを対向配置し、端面間に屈折率(n)が1.5の光学媒質を充填したときの結合損失と端面間距離との関係をモードフィールド径(MFD)をパラメータとして示したグラフである。端面間距離が1000μmのとき、モードフィールドを40μmに拡大させると、挿入損失が0.5dD程度に抑えられていることがわかる。   FIG. 41 shows the relationship between the coupling loss and the distance between the end faces when a pair of TEC fibers are arranged to face each other and an optical medium having a refractive index (n) of 1.5 is filled between the end faces, and the mode field diameter (MFD) is shown. It is a graph shown as a parameter. It can be seen that when the distance between the end faces is 1000 μm and the mode field is expanded to 40 μm, the insertion loss is suppressed to about 0.5 dD.

図42は伝播後のモードフィールド径とファイバ端部のモードフィールド径の関係を示すグラフである。ファイバ端部でのモードフィールド径を40μmに拡大すると、1000μm伝播してもビーム径は50μm程度であり、先に示した透過幅を劣化させない条件に適合していることがわかる。   FIG. 42 is a graph showing the relationship between the mode field diameter after propagation and the mode field diameter at the end of the fiber. When the mode field diameter at the end of the fiber is enlarged to 40 μm, the beam diameter is about 50 μm even when the beam propagates at 1000 μm, and it can be seen that the condition satisfies the condition not to deteriorate the transmission width described above.

本発明は以下の付記を含む。   The present invention includes the following supplementary notes.

(付記1)通過帯域の中心波長が異なる複数のバンドパスフィルタエレメントを有する空間分割型の光フィルタアレイであって、
複数の入力ポートと、
該各入力ポートに対向して設けられた複数の出力ポートと、
該各入力ポートと該各出力ポートの間に形成される複数の光学パスと交錯するように設けられた透明基板と、
該透明基板上に積層されその厚みは上記各光学パスの配列方向に連続的に変化する干渉膜とを備えた光フィルタアレイ。
(Supplementary Note 1) A space division type optical filter array having a plurality of bandpass filter elements having different passband center wavelengths,
Multiple input ports,
A plurality of output ports provided to face each of the input ports;
A transparent substrate provided so as to intersect with a plurality of optical paths formed between the respective input ports and the respective output ports;
An optical filter array comprising: an interference film laminated on the transparent substrate and having a thickness that continuously changes in the arrangement direction of the optical paths.

WDM伝送システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a WDM transmission system. 光送信機の基本構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a basic configuration of an optical transmitter. 光送信機の第1実施例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a first embodiment of the optical transmitter. 同期検波の原理を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of synchronous detection. 光送信機の従来例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a conventional example of an optical transmitter. 光送信機の第2実施例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating a second embodiment of the optical transmitter. 時分割制御のタイミングチャートである。It is a timing chart of time division control. 光送信システムの第1実施例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a first embodiment of the optical transmission system. 空間分割型光フィルタアレイを示す図である。It is a figure showing a space division type optical filter array. 光フィルタアレイの第1実施例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a first embodiment of the optical filter array. 光フィルタアレイの第2実施例を示す斜視図である。It is a perspective view showing a 2nd example of an optical filter array. 光フィルタアレイの第3実施例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a third embodiment of the optical filter array. 光送信システムの第2実施例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a second embodiment of the optical transmission system. 光送信システムの第3実施例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a third embodiment of the optical transmission system. 光受信システムの第1実施例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a first embodiment of the optical receiving system. 光送信機の第3実施例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a third embodiment of the optical transmitter. 図16のフィルタアレイの特性を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating characteristics of the filter array of FIG. 16. 光送信システムの第4実施例を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram illustrating a fourth embodiment of the optical transmission system. 光送信機の第4実施例を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram illustrating a fourth embodiment of the optical transmitter. 図19のフィルタアレイの特性を示す図である。FIG. 20 is a diagram illustrating characteristics of the filter array of FIG. 19. 光送信システムの第5実施例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating a fifth embodiment of the optical transmission system. 光受信機の実施例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of an optical receiver. 光受信システムの第2実施例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating a second embodiment of the optical receiving system. WDM用光源の基本構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a basic configuration of a light source for WDM. 光送信システムの第6実施例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating a sixth embodiment of the optical transmission system. 光送信システムの第7実施例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating a seventh embodiment of the optical transmission system. 光送信システムの第8実施例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating an eighth embodiment of the optical transmission system. WDMにおける光フィルタの特性例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of characteristics of an optical filter in WDM. 光フィルタの追従制御の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of tracking control of an optical filter. 干渉フィルタの遮断特性を示す図である。It is a figure showing the cutoff characteristic of an interference filter. 干渉フィルタの例を示す図である。It is a figure showing an example of an interference filter. 図12の光フィルタアレイの第1の具体例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a first specific example of the optical filter array in FIG. 12. 図32の光フィルタアレイの特性を示す図である。FIG. 33 is a diagram illustrating characteristics of the optical filter array of FIG. 32. 図12の光フィルタアレイの第2の具体例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a second specific example of the optical filter array in FIG. 12. 図12の光フィルタアレイの第3の具体例を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a third specific example of the optical filter array in FIG. 12. 図35の光フィルタアレイの特性を示す図である。FIG. 36 is a diagram illustrating characteristics of the optical filter array in FIG. 35. 光フィルタアレイの第4実施例を示す斜視図である。It is a perspective view showing a 4th example of an optical filter array. 光フィルタアレイの第5実施例を示す斜視図である。It is a perspective view showing a 5th example of an optical filter array. 光フィルタアレイの第6実施例を示す斜視図である。It is a perspective view showing a 6th example of an optical filter array. 光フィルタアレイの第7実施例を示す平面図(A)及び側面図(B)である。It is the top view (A) and side view (B) which show the 7th Example of an optical filter array. TECファイバの結合損失と端面間距離との関係を示すグラフである。4 is a graph illustrating a relationship between a coupling loss of a TEC fiber and a distance between end faces. 伝播後のMFDとファイバ端部のMFDの関係を示すグラフである。9 is a graph showing the relationship between the MFD after propagation and the MFD at the end of the fiber.

符号の説明Explanation of reference numerals

16 送信光源
18 バンドパスフィルタ
20 光カプラ
22 受光器
24 増幅回路
26 制御回路
Reference Signs List 16 transmission light source 18 bandpass filter 20 optical coupler 22 light receiver 24 amplifier circuit 26 control circuit

Claims (5)

信号光を出力する複数の光送信機と、
該各光送信機からの信号光を加え合わせて一つ又はそれ以上の光伝送路に送出する光マルチプレクサとを備え、
上記各光送信機は、それぞれ、
光源と、
該光源からの光を通過させるバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタを通過した光を少なくとも2つの分岐光に分岐する光分岐手段と、
該分岐光のうちの1つをその強度に応じたレベルを有する電気信号に変換する受光器と、
該電気信号を受け、上記分岐光の強度が一定になるように上記光源の波長を制御する制御手段とを含み、
上記分岐光のうちの他の1つが上記信号光として送出される波長分割多重伝送用光送信システム。
A plurality of optical transmitters for outputting signal light,
An optical multiplexer for adding the signal light from each of the optical transmitters and transmitting the signal light to one or more optical transmission paths,
Each of the above optical transmitters,
A light source,
A band-pass filter for transmitting light from the light source;
Light splitting means for splitting the light passing through the bandpass filter into at least two split lights;
A light receiver for converting one of the split lights into an electric signal having a level corresponding to the intensity thereof;
Control means for receiving the electric signal and controlling the wavelength of the light source so that the intensity of the split light is constant,
An optical transmission system for wavelength division multiplexing transmission, wherein another one of the split lights is transmitted as the signal light.
上記各バンドパスフィルタは複数の入力ポート及び該入力ポートの数に対応した数の出力ポートを有する空間分割型の光フィルタアレイの各フィルタエレメントである請求項1に記載の光送信システム。   The optical transmission system according to claim 1, wherein each of the bandpass filters is a filter element of a space division type optical filter array having a plurality of input ports and a number of output ports corresponding to the number of the input ports. 上記光フィルタアレイは格子定数が異なる複数の導波路型回折格子を有する導波路基板を含み、
該各導波路型回折格子の両端がそれぞれ上記各入力ポート及び各出力ポートをなす請求項2に記載の光送信システム。
The optical filter array includes a waveguide substrate having a plurality of waveguide type diffraction gratings having different lattice constants,
3. The optical transmission system according to claim 2, wherein both ends of each of the waveguide diffraction gratings form the input port and the output port, respectively.
上記光フィルタアレイは、複数のV溝を有する基板と、該各V溝に着座する格子定数が異なる複数のファイバグレーティング型光フィルタとを含み、
該各ファイバグレーティング型光フィルタの両端がそれぞれ上記各入力ポート及び各出力ポートをなす請求項2に記載の光送信システム。
The optical filter array includes a substrate having a plurality of V-grooves, and a plurality of fiber grating optical filters having different lattice constants seated in the respective V-grooves,
3. The optical transmission system according to claim 2, wherein both ends of each of said fiber grating type optical filters form said input port and output port, respectively.
上記各入力ポートは互いに平行に配置された複数の入力側光ファイバからなり、
上記各出力ポートは上記各入力側光ファイバに対向して互いに平行に配置された複数の出力側光ファイバからなり、
該各入力側光ファイバと該各出力側光ファイバの間には複数の光学パスが形成され、
上記光フィルタアレイは、上記各光学パスと交錯するように設けられた透明基板と、該透明基板上に積層されその厚みは上記各光学パスの配列方向に連続的に変化する干渉膜とを含む請求項2に記載の光送信システム。
Each of the input ports includes a plurality of input side optical fibers arranged in parallel with each other,
Each of the output ports comprises a plurality of output-side optical fibers arranged in parallel with each other to face each of the input-side optical fibers,
A plurality of optical paths are formed between each of the input side optical fibers and each of the output side optical fibers,
The optical filter array includes a transparent substrate provided so as to intersect with each of the optical paths, and an interference film laminated on the transparent substrate and having a thickness that continuously changes in the arrangement direction of the optical paths. The optical transmission system according to claim 2.
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