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JP2002131698A - 光スペクトルスライサ - Google Patents

光スペクトルスライサ

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JP2002131698A
JP2002131698A JP2000320470A JP2000320470A JP2002131698A JP 2002131698 A JP2002131698 A JP 2002131698A JP 2000320470 A JP2000320470 A JP 2000320470A JP 2000320470 A JP2000320470 A JP 2000320470A JP 2002131698 A JP2002131698 A JP 2002131698A
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JP
Japan
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light
wavelength
optical
spectrum
birefringent element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000320470A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Otsuka
塚 喜 弘 大
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moritex Corp
Original Assignee
Moritex Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Moritex Corp filed Critical Moritex Corp
Priority to JP2000320470A priority Critical patent/JP2002131698A/ja
Priority to CA002350188A priority patent/CA2350188A1/en
Priority to US09/905,074 priority patent/US6628448B2/en
Publication of JP2002131698A publication Critical patent/JP2002131698A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】極めて簡単な構成で且つ低コストで、広帯域連
続スペクトル光から所望波長間隔のスペクトル成分を有
する不連続スペクトル光を出力できるようにし、さら
に、その不連続スペクトル光の波長を所望の波長に同調
できるようにする。 【解決手段】光線軸（ｚ）に対して直交する二つの偏光
軸（x、ｙ）を有する複屈折素子（５）の光入射端（５i
n）及び光出射端（５out）に、偏光方向を前記偏光軸
（ｘ、ｙ）に対して略４５°傾斜した直線偏光子（８i
n、８out）を配設し、発熱体（４）により複屈折素子
（５）の温度調整を行なって不連続スペクトル光の波長
間隔を維持したまま各波長を可変調整できるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、所定範囲の波長
域を有する広帯域連続スペクトル光から所定波長間隔の
多数のスペクトル成分を含む不連続スペクトル光を出力
する光スペクトルスライサに関するもので、高密度波長
分割多重光通信における光学部品、デバイス、システム
の検査用及び評価用光源として、また、光通信用光源に
用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバを信号伝送路とする光通信に
おいては、莫大な情報量を効率よく伝送する目的で、従
来より、時分割多重伝送などが行われているが、最近で
は、インターネットの普及に伴い、さらに大容量の情報
を伝送するために波長分割多重伝送が注目されている。
【０００３】この波長分割多重伝送は、波長の異なる複
数の光信号を一本の光ファイバを介して多重伝送する伝
送形態であり、図７に示すように、送信側４０では、波
長の異なる光源４１…からの光信号を変調器４２…で変
調し、マルチプレクサ（光合波器）４３により一本の光
ファイバ４４に導き、受信側４５では光ファイバ４４を
介して伝送されてきた光信号をデマルチプレクサ（光分
波器）４６により各波長ごとに分波し、これを受光素子
４７により電気信号に変換した後、復調して所望の信号
を取り出すものである。
【０００４】現在、一本の光ファイバで、互いに独立な
数十〜１００チャンネル程度の信号を伝送することが実
用化されつつあり、異なった波長の光を用いて、双方向
通信はもとより、アナログ信号やディジタル信号のよう
な異種信号を同時に伝送したり、高速大容量の信号を伝
送する場合に低速小容量のチャンネルに分割して伝送で
きるという利点がある。
【０００５】ところで、この波長分割多重光通信におけ
る光学部品、デバイス、システムには、様々な波長の光
が通過するので、使用する全ての波長に対して各光学部
品の予定する機能を有するかについて、各波長ごとにど
のような光学特性を有するかを予め確認しておく必要が
ある。例えば、図７に示すシステムにおいて、デマルチ
プレクサ４６の分波特性が波長に依存すると、分波でき
る波長とできない波長に分かれ、また、各受光素子４７
の受光感度が波長に依存すると、同じ強度の光でも高感
度で受光できる波長とそうでない波長ができてしまうた
め、波長分割多重光通信を行なう上で好ましくない。
【０００６】そこで、波長可変レーザの波長をコントロ
ールしたり、発光ダイオードなどから出力される光を干
渉膜形フィルタ等に透過させて所望の波長の光を選択的
に取り出して、所望の波長間隔を有する不連続スペクト
ル光を、波長分割多重光通信用の光学部品、デバイス、
システムに入射させ、出射光の特性を予め確認すること
が行なわれている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の光源装置は、いずれも一つの光源装置で一つの波長の
光しか出力することができないため、波長の異なる光を
同時に多数重ねようとすると、チャンネル数分の光源が
必要となり、コストが嵩むという問題があった。
【０００８】波長可変レーザを用いて、その波長を順次
調整しながら異なる波長の光に変換させていけば、光源
装置は１台で足りるが、波長を変えながら入射させる場
合に、任意の波長に正確に合せるのにも時間がかかり、
１００チャンネルの全ての光について特性を評価しよう
とすると長時間を要する。
【０００９】さらに、波長分割多重伝送を行う場合、各
伝送光の波長間隔を１ｎｍ以下（周波数間隔で６０〜１
２５ＧＨｚ程度）に設定して、高密度化を図ることが望
ましいが、例えば、レーザー光源をチャンネル数と同数
だけ用いたとしても、隣接するレーザー光の波長間隔を
１ｎｍ以下に精度良くコントロールした不連続スペクト
ル光を出力させることは高度の技術を要するだけでな
く、高価なものとなる。
【００１０】また、高密度波長分割多重伝送用の干渉膜
形フィルタは、５０〜１００層もの多層構造をしている
ため、各層の膜厚をコントロールして、隣接する光の波
長間隔が１ｎｍ以下の不連続スペクトル光を出力できる
ように高精度に設計・製造することは、専門メーカでも
容易ではなかった。
【００１１】ここで、波長分割多重伝送に用いる所定波
長間隔の不連続スペクトル光を容易に得ることができれ
ば、その伝送系に用いる光学部品、デバイス、システム
の光学特性（波長依存性）を簡単に調べることができ
る。例えば、図８に示すように、デマルチプレクサ４６
の出力側にマルチプレクサ４３を接続して、デマルチプ
レクサ４６にスペクトル特性既知の不連続スペクトル光
を入射させれば、マルチプレクサ４３及びデマルチプレ
クサ４６の光学特性が簡単に調べられる。この場合に、
波長選択性が既知のデマルチプレクサ４６を用いれば、
マルチプレクサ４３の光学特性を極めて簡単に解析する
ことができ、また、波長選択性が既知のマルチプレクサ
４３を用いれば、デマルチプレクサ４６の光学特性を極
めて簡単に解析することができる。
【００１２】そこで本発明は、特殊な光源やフィルタを
使用することなく、極めて簡単な構成で且つ低コスト
で、広帯域連続スペクトル光から所望波長間隔のスペク
トル成分を有する不連続スペクトル光を出力できるよう
にし、さらに、その不連続スペクトル光の波長を所望の
波長に同調させることができるようにすることを技術的
課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するた
め、請求項１の発明によれば、任意の波長域を有する広
帯域連続スペクトル光を、所定波長間隔の多数の不連続
スペクトル光に変換して出力する光スペクトルスライサ
であって、光線軸に対して直交する二つの偏光軸を有す
る複屈折素子の光入射端及び光出射端に、偏光方向を前
記偏光軸に対して略４５°傾斜した直線偏光子が配設さ
れ、前記複屈折素子の温度調整を行なうことにより、前
記不連続スペクトル光の波長間隔を維持したまま各波長
を可変調整する発熱体を備えたことを特徴とする。な
お、本明細書で、偏光方向というときは、光については
光波の振動ベクトルの振動方向、直線偏光子については
直線偏光の透過率が最大となる方向をいうものとする。
また、周波数は波長の関数であるので、本発明の「波
長」の語を「周波数」に置き換えた発明は、用語が違う
だけで技術的には本発明と全く等価であり、したがっ
て、そのような発明も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００１４】この発明によれば、例えば波長８００〜３
０００ｎｍ間の任意の波長域を有する広帯域連続スペク
トル光が入射側の直線偏光子を通過すると４５°方向の
直線偏光となって複屈折素子に入射されて、その光線軸
に沿って伝搬するｘ偏光及びｙ偏光となり、このとき両
偏光成分の光強度は等しくなる。
【００１５】複屈折素子の屈折率ｎｘ、ｎｙは二つの偏
光軸において異なるので、ｘ偏光とｙ偏光で速度差を生
じ、その出射端では位相差を生ずる。したがって、これ
らの光が出射側の直線偏光子を通過すると、ｘ偏光及び
ｙ偏光の４５°成分が合波され、且つ、同一スペクトル
成分同士が干渉することとなり、この出射光をスペクト
ラムアナライザ等で波長走査すれば、スペクトル領域で
所定波長間隔のスペクトル成分を有する櫛形スペクトル
が観察できる。
【００１６】また、発明者の実験によれば、複屈折素子
の温度を上昇させたときに、櫛形スペクトルの各スペク
トル成分について、波長間隔（周波数間隔）を一定に維
持したままその波長（周波数）を短く（高く）させるこ
とができ、また、複屈折素子の温度を下げたときに、波
長間隔（周波数間隔）を一定に維持したままその波長
（周波数）を長く（低く）させることができた。例え
ば、Ｃ−ｂａｎｄ及びＬ−ｂａｎｄを含む１５３０〜１
６００ｎｍ帯において、波長分割多重伝送を行なう各光
の波長が１５５０.０ｎｍを中心として１ｎｍ間隔に設
定されているときに、光スペクトルスライサから出力さ
れた不連続スペクトル光の波長が１５４９．８ｎｍを中
心として１ｎｍ間隔であったとすると、複屈折素子の温
度を下げることにより、１ｎｍの波長間隔を維持したま
ま、各波長を０.２ｎｍ長くして、設定波長に同調させ
ることができる。
【００１７】請求項２の発明によれば、前記複屈折素子
を内蔵したハウジングの両端側に、広帯域連続スペクト
ル光入射用光ファイバ及び不連続スペクトル光出射用光
ファイバを接続する一対の光コネクタが、その光軸を複
屈折素子の光線軸と一致させて取り付けられているの
で、各光コネクタに光ファイバを接続するだけで面倒な
光軸合わせを行なうことなく、通信系内に組み込むこと
ができる。
【００１８】請求項３の発明によれば、複屈折素子から
出射して偏光子を透過した光を光線軸に沿って反射さ
せ、再び当該偏光子を介して複屈折素子に入射させる反
射鏡を配した。
【００１９】この場合は、一つの複屈折素子内を往復す
る光路が形成され、より先鋭化した櫛型スペクトルを有
する不連続スペクトル光が出力される。
【００２０】請求項４の発明は、入出射兼用光ファイバ
を接続する光コネクタが、その光軸を複屈折素子の光線
軸と一致させて取り付けられているので、各光コネクタ
に光ファイバを接続するだけで面倒な光軸合わせを行な
うことなく、通信系内に組み込むことができる。
【００２１】請求項５の発明によれば、波長コントロー
ラにより、不連続スペクトル光に含まれる任意の一の光
の波長を検出し、予め設定した基準波長と比較してこれ
らが一致するように前記発熱体の温度をフィードバック
制御するように成されている。
【００２２】これによれば、複屈折素子から出射されて
偏光子を通過することにより干渉した多波長光の波長が
所望の基準波長からずれたときに、これが一致するよう
にフィードバックされて複屈折素子が温度制御されるの
で、基準波長のスペクトル成分を含む不連続スペクトル
光が得られる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係る光ス
ペクトルスライサの基本構成図、図２は実装置を示す断
面図、図３は温度−波長（周波数）線図、図４は波長コ
ントローラの処理手順を示すフローチャート、図５は解
析された出射光の出力スペクトルを示すグラフ、図６は
本発明に係る他の実施形態を基本構成図、図７はその実
装置を示す断面図である。
【００２４】図１に示す光スペクトルスライサ１は、Ａ
ＳＥ（Amplified Spontaneous Emission） やＳＬＤ(Su
per luminescent Diode)などの広帯域連続スペクトル光
源２から例えば波長８００〜３０００ｎｍ間の任意の波
長域を有する光を入射したときに、その光出射端から、
所定波長間隔の多数のスペクトル成分を含む不連続スペ
クトル光を出力するものである。
【００２５】その基本構成は、ハウジング３内に、周面
を発熱体４で囲んだルチルなどの複屈折素子５を内蔵す
ると共に、その光線軸ｚと同軸的に、広帯域連続スペク
トル光入射用光ファイバ６in及び不連続スペクトル光出
射用光ファイバ６outを接続する一対の光コネクタ７i
n、７outが形成されている。
【００２６】光コネクタ７in、７out内には、複屈折素
子５の光入射端５in及び光出射端５outに面して直線偏
光子８in、８outが配されると共に、接続される光ファ
イバ６in、６outに面してコリメータレンズ９in、９out
が配されている。なお、偏光子８in、８outは、いずれ
も、その偏光方向を複屈折素子５の光線軸ｚに直交する
偏光軸ｘ，ｙに対して略４５°傾斜させた状態で、に配
設されている。
【００２７】これにより、偏光子８inを通過した光は複
屈折素子５の偏光軸ｘ，ｙに対して略４５°傾いた直線
偏光となるので、そのｘ偏光成分及びｙ偏光成分の光強
度が等しく、したがって複屈折素子５の各偏光軸ｘ，ｙ
を進行する光強度が等しくなる。また，複屈折素子５か
ら出射したｘ偏光及びｙ偏光は、その出射端に配設され
た偏光子８outを通過することにより夫々の４５°成分
同士が合波され、且つ、その同一スペクトル成分同士が
干渉を起こす。
【００２８】発熱体４は、複屈折素子５を支持するトン
ネル状の透光路１０ａを形成した銅製の伝熱支持体１０
と、この伝熱支持体１０を加熱することにより複屈折素
子５を加熱するペルチェ素子１１からなり、当該ペルチ
ェ素子１１が波長コントローラ１２に接続されている。
【００２９】波長コントローラ１２は、コンピュータで
構成され、その入力側に不連続スペクトル光をモニタす
るスペクトラムアナライザ１３が接続され、その出力側
にペルチェ素子１１のドライバ１４が接続されている。
図３は温度−波長（周波数）線図を示し、これより、本
例では複屈折素子５として用いたルチルの温度上昇に伴
い、波長が０.１６ｎｍ／℃ずつ短くなり、また、周波
数が２０ＧＨｚ／℃ずつ高くなっていくことがわかる。
【００３０】図４は波長コントローラ１２の処理手順を
示し、スイッチ（図示せず）がオンされると、まず、ス
テップSTP１でペルチェ素子１１を基準温度（例えば２
５度）Ｔ０に設定する制御信号が出力されるとともに、
スペクトル光源２が点灯され、広帯域連続スペクトル光
が光ファイバ６inを介して光スペクトルスライサ１に入
射される。
【００３１】次いで、ステップSTP２では、光スペクト
ルスライサ１から出力された不連続スペクトル光がスペ
クトラムアナライザ１３で検出され、ステップSTP３で
は、そのスペクトル線図に基づき、予め設定された基準
波長（例えばλ０＝１５５０ｎｍ）に最も近い位置にピ
ークＰ１のあるスペクトル成分の波長λ１を検出する。
【００３２】ステップSTP４では、基準波長λ０と検出
波長λ１を比較し、検出波長λ１が基準波長λ０より大
きいときはステップSTP５に移行してペルチェ素子１１
の温度を制御可能な最小温度だけ下げ、検出波長λ１が
基準波長λ０より小さいときはステップSTP６に移行し
てペルチェ素子１１の温度を制御可能な最小温度だけ上
げ、両者が一致した場合はステップSTP７に移行してそ
の温度を維持して、各ステップSTP５〜７からステップS
TP２に戻り、この処理を繰返し行う。
【００３３】これにより、波長間隔が一定に維持された
まま、不連続スペクトル光の各スペクトル成分の波長が
同じ値だけ変化し、基準波長λ０のスペクトル成分を含
む不連続スペクトル光が出力される。なお、光スペクト
ルスライサ１から出力される不連続スペクトル光の周波
数間隔νｐは、複屈折素子５の複屈折Δｎ＝ｎｘ−ｎｙ
及び長さＬから、νｐ＝ｃ／（Δｎ×Ｌ）により求ま
る。このとき、入射される広帯域連続スペクトル光の中
心波長をλとすると、波長間隔λｐは、 λｐ＝（λ２／ｃ）νｐ で定まる。
【００３４】したがって、複屈折素子５としてルチル
（Δｎ＝０．２６）を用い、波長間隔λｐ＝１ｎｍ（周
波数間隔νｐ＝１２５ＧＨｚに相当）の不連続スペクト
ル光を出力させようとする場合、上式より用いる複屈折
素子５の長さＬ＝９．２ｍｍを求めて、光スペクトラム
スライサ１を形成する。
【００３５】この光スペクトラムスライサ１に、ＡＳＥ
などの広帯域連続スペクトル光源２から１５３０〜１６
５０ｎｍの連続スペクトル光を入力し、出力された不連
続スペクトル光をスペクトラムアナライザ１３で検出す
る。図５は検出されたスペクトルであって、波長間隔λ
ｐ＝１ｎｍ（周波数間隔ν ｐ＝１２５ＧＨｚに相当）で
あることがわかり、基準波長λ０＝１５５０ｎｍに元も
近い波長が１５４９．８ｎｍであることがわかる。
【００３６】したがって、ペルチェ素子１１に流す電流
量をコントロールして、温度を１.２５℃低下させれ
ば、波長が０.２ｎｍほど長くなってスペクトル波形が
右に推移し、設定波長に同調する（図５破線図示）。な
お、ペルチェ素子１１の温度変化と波長変化は周囲温度
の影響などにより必ずしも安定しないので、出力された
不連続スペクトル光に基づいて、ペルチェ素子１１の温
度をフィードバック制御することが望ましい。
【００３７】図６は他の実施形態を示し、図１及び図２
と共通する部分は同一符号を付して説明を省略する。本
例では、複屈折素子５の一端５ａ側から入射された光
が、他端５ｂ側で反射されて、複屈折素子５内を往復し
て前記一端５ａ側から出射されるようになっている。具
体的には、ハウジング２１に内蔵した複屈折素子５の一
端５ａ側に、入出射兼用光ファイバ２２を接続する光コ
ネクタ２３が形成され、他端５ｂ側に、偏光子８outを
通過して出射された光を反射させて再び当該偏光子８ou
tを介して複屈折素子５に入射させる反射鏡２４が配さ
れている。
【００３８】これにより、複屈折素子５内に往復光路が
形成され、複屈折素子５を透過して他端５ｂ側から出力
された不連続スペクトル光が、反射鏡２４で反射され、
再度複屈折素子５を通り、複屈折素子５の一端５ａから
出力される。そのスペクトルは狭窄化されて、よりクロ
ストークの少ない理想的な不連続スペクトル光となる。
【００３９】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、広
帯域連続スペクトル光を複屈折素子に透過させるだけ
で、特殊な光源やフィルタを使用することなく、極めて
簡単な構成で且つ低コストに、所望の波長間隔を有する
不連続スペクトル光を出力することができ、また、複屈
折素子の温度コントロールを行うことによりスペクトル
成分の波長を所望の基準波長に確実に同調させることが
できるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スペクトルスライサを示す基本
構成図。
【図２】その実装置を示す断面図。
【図３】温度−波長（周波数）線図。
【図４】波長コントローラの処理手順を示すフローチャ
ート。
【図５】解析された出射光の出力スペクトルを示すグラ
フ。
【図６】本発明に係る他の実施形態を示す断面図。
【図７】一般的な波長分割多重伝送系を示す説明図。
【図８】マルチプレクサ及びデマルチプレクサの検査用
光学系を示す図。
【符号の説明】
１…………光スペクトルスライサ ２…………広帯域連続スペクトル光源 ３、２１…………ハウジング ４…………発熱体 ５…………複屈折素子 ５in………光入射端 ５out ……光出射端 ｚ…………光線軸 x、ｙ……偏光軸 ６in、６out、２２………光ファイバ ７in、７out、２３………光コネクタ ８in、８out………直線偏光子 １２…………波長コントローラ ２４…………反射鏡

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】任意の波長域を有する広帯域連続スペクト
    ル光を、所定波長間隔の不連続スペクトル光に変換して
    出力する光スペクトルスライサであって、 光線軸（ｚ）に対して直交する二つの偏光軸（x、ｙ）
    を有する複屈折素子（５）の光入射端（５in）及び光出
    射端（５out）に、偏光方向を前記偏光軸（ｘ、ｙ）に
    対して略４５°傾斜した直線偏光子（８in、８out）が
    配設され、 前記複屈折素子（５）の温度調整を行なうことにより、
    前記不連続スペクトル光の波長間隔を維持したまま各波
    長を可変調整する発熱体（４）を備えたことを特徴とす
    る光スペクトルスライサ。
  2. 【請求項２】前記複屈折素子（５）を内蔵したハウジン
    グ（３）の両端側に、広帯域連続スペクトル光入射用光
    ファイバ（６in）及び不連続スペクトル光出射用光ファ
    イバ（６out）を接続する一対の光コネクタ（７in、７o
    ut）が、複屈折素子（５）の光線軸（ｚ）と同軸的に取
    り付けられて成る請求項１記載の光スペクトルスライ
    サ。
  3. 【請求項３】前記複屈折素子（５）から出射して前記偏
    光子（８out）を透過した光を前記光線軸（ｚ）に沿っ
    て反射させ、再び当該偏光子（８out）を介して複屈折
    素子（５）に入射させる反射鏡（２４）が配されてなる
    請求項１記載の光スペクトルスライサ。
  4. 【請求項４】前記複屈折素子（５）を内蔵したハウジン
    グ（２１）に、入出射兼用光ファイバ（２２）を接続す
    る光コネクタ（２３）が、複屈折素子（５）の光線軸
    （ｚ）と同軸的に取り付けられて成る請求項３記載の光
    スペクトルスライサ。
  5. 【請求項５】不連続スペクトル光に含まれる任意の一の
    スペクトル成分の波長を検出し、当該検出波長を予め設
    定した基準波長と比較してこれらが一致するように前記
    発熱体（４）の温度をフィードバック制御するように成
    された波長コントローラ（１２）を備えた請求項１乃至
    ４記載の光スペクトルスライサ。
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