JP2006350044A - 光チャネルモニタ - Google Patents

Abstract

【課題】 周囲温度変化による結像位置のずれを防止した光チャネルモニタを実現する。
【解決手段】 複数の波長を含む光源からの光をコリメータレンズを介して受光する波長分散素子と、この波長分散素子で分光した光を集光するフォーカシングレンズと、このフォーカシングレンズで集光された光を受光するフォトダイオードレイ素子を備えた光チャネルモニタにおいて、前記コリメータレンズ,波長分散素子,フォトダイオードレイを含む光学部品及びこれらを支持する支持部材が周囲温度変化に起因して生じる物理量変化により前記フォトダイオードアレイへ入射する分光光の照射位置のずれを、前記光学部品を支持する支持部材を組合わせて補正した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光チャネルモニタに関し、好ましくは、光通信システムのうち、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）システムの光信号を高速監視する光チャネルモニタに関する。

波長分散素子である回折格子等に入射光を照射して波長分散された光をフォトダイオードレイ（以下、ＰＤアレイという）で受光することにより波長毎に光を分離して検出するものとして下記の特許文献がある。

特開２００２−３０３７３６号公報

図４はＰＤアレイを検出素子として用いた分光装置の一例を示す構成図である。図３において１は光源の出力光、若しくは、光ファイバからの光が出射する出射端、２はコリメーティングレンズ、３は回折格子等の波長分散素子、４はフォーカシングレンズ、５はＰＤアレイである。

出射端１から出射した光はコリメーティングレンズ２により平行光に変換されて波長分散素子３に入射する。波長分散素子３からの波長分散された光はフォーカシングレンズ４により集光されてＰＤアレイ５に入射する。
回折格子３に入射した光はその波長により回折角が異なるので、それぞれ異なる方向に回折光として出射し、フォーカシングレンズ４によりＰＤアレイ５にそれぞれ集光される。

図４中”ＦＰ０１”、”ＦＰ０２”及び”ＦＰ０３”に位置するＰＤアレイ５では異なる波長の光が集光される。このような分光装置では回折格子３を回転させる必要がないので高速性及び信頼性に優れている。

例えば、回折格子３の回折の次数を”ｍ”、格子定数を”ｄ”、回折格子３への入射角を”ｉ”出射角を”θ”、波長を”λ”とすれば、
ｍλ／ｄ＝sinｉ＋sinθ （１）
となる。

図４に示すような分光装置をＷＤＭ伝送システム監視モニタ等のように狭い波長範囲を扱うように設計した場合には、フォーカシングレンズ４の焦点距離と比較して波長分散による光路の広がりが小さくなり、１次元配列のＰＤアレイ５を用いたときの各素子の位置と出射角はほぼ比例関係になる。

但し、波長と出射角との関係は式（１）を微分した、
ｄλ／ｄθ｜i＝（ｄ／ｍ）・cosθ （２）
となる。

式（２）から分かるように波長と分散角は出射角の余弦に比例することになる。この出射角は分光装置の波長範囲、用いる回折格子３の格子定数及びフォーカンシングレンズ４の焦点距離等を用いて式（１）から求めることができる。

図５は他の従来例を示すもので、この例においてはフォーカシングレンズ４の後段にミラー６を配置してその反射光をＰＤアレイ５に入射した状態を示している。
図６はフォーカシングされた分光光の一つがＰＤアレイ５に入射している状態を示し６ａで示すＰＤ素子に光パワーａの中心が照射してＰＤの最大出力ｂとなっている。

ところで、このような光学系に用いるガラス部品は温度により屈折率が変化したり、温度により伸縮したりする。そのため、光路や結像位置には温度依存性が存在する。特に回折格子は温度変化に伴って溝間隔が変化し、ＰＤ素子へ入射する分光光にずれが生じて正確なモニタリングができないという問題がある。特に顕著なのが回折格子の溝間隔の温度による変化で、この変化は、温度によるＰＤ素子列方向の結像位置のズレを生じさせる。

従来このような周囲温度変化によるＰＤ素子上の結像位置の温度依存性を解消する手段としては装置内にペルチェ素子／サーミスタ等の温度調節手段を設け、電気回路部で温度制御し、温度補正係数を用いることでＰＤアレイ上における素子列方向の結像位置温度依存性をキャンセルして真の波長の出力を演算している。

しかしながら、近年光チャネルモニタの小型化、低コスト化、省電力化が要求されており、このような要求に対して従来のように温調機構を設けるのは難しいという問題があった。また、このような光チャネルモニタでは多重化されているチャネル数に対応した数のＰＤで光を受ける設計（１チャンネル１素子対応）とされている。そのため各チャネルの正確なパワーを求める構成としては各ＰＤから光が漏れないように温度に依存した結像位置の変化が発生しにくい光学設計が求められている。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、光学部品を支持する支持部材を組合せて配置して温度膨張の差を利用することにより結像位置のずれを防止し、合わせて小型化，薄型化をはかることを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明の光チャネルモニタは請求項１においては
複数の波長を含む光源からの光をコリメータレンズを介して受光する波長分散素子と、この波長分散素子で分光した光を集光するフォーカシングレンズと、このフォーカシングレンズで集光された光を受光するフォトダイオードレイ素子を備えた光チャネルモニタにおいて、前記コリメータレンズ,波長分散素子,フォトダイオードレイを含む光学部品及びこれらを支持する支持部材が周囲温度変化に起因して生じる物理量変化により前記フォトダイオードアレイへ入射する分光光の照射位置のずれを、前記光学部品を支持する支持部材を組合わせて補正したことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１記載の光チャネルモニタにおいて、
前記支持部材を構成する部材として線膨張係数の異なる部材を組合わせて用いたことを特徴とする。

請求項３においては、請求項２に記載の光チャネルモニタにおいて、
支持部材の組み合わせとして線膨張係数の異なる３種類の部材を用いたことを特徴とする。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１〜３の発明によれば、温度に起因する結像位置のずれに合わせて光学部品の位置を移動するので、ＰＤ素子上の結像位置のずれを防止し、小型化，薄型化をはかることができる。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の光チャネルモニタの一実施例を示す要部構成図である。
図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付して説明は省略する。図１において、７は光学部品の支持用ホルダ（設置用ブロック）で、低熱膨張金属（例えばコバール）で箱状に形成されている。コバールは熱膨張係数（１１．５［１０^−６／Ｋ］）が低いという性質がある。

８はレンズホルダであり、設置用ブロック７の一辺に固定され、その先端にコリメーティングレンズが支持された状態を示している。このレンズホルダ８は例えば高熱膨張金属であるアルミニウムとインバーなどを組合せて用いる。

即ち、チャネルモニタを構成する光学部品の支持用ホルダ（設置用ブロック）７内部の光学系のうち、コリメーティングレンズ２を支持しているレンズホルダ（アーム）８に、光学部品の支持用ホルダ（設置用ブロック）７で使われている材料とは異なる別の材料を用い、両材料間の線膨張係数の違いを利用して相対的に２のレンズを移動させ、温度係数を低減し、光結像位置の変化を物理的にキャンセルできるよう設計する。

図２は分光された光パワー（チャネル信号）とＰＤ素子の出力の一例を示すもので各ＰＤ素子の中央にチャネル信号の最大値が入力し、その光パワーに応じた出力が生じている状態を示している。

図３に光学部品を支持する部材の一例として支持用ホルダ７とレンズホルダ８の模式的な構成例を示す。
図３において、図１に示す「光学部品の支持用ホルダ、設置用ブロック」７に相当する部分にコバール(Ｋｏｖａｒ)材、同じく「レンズホルダ（アーム）」８のうちアームに相当する部分１１にアルミ材、コリメーティングレンズ２を直に支持するホルダ部分１２にインバー（Ｉｎｖｏｒ）材を用いている。

ここで、温度変化Ｔあたりのレンズの移動量をＹＬとし、
光学部品の支持用ホルダ（設置用ブロック）のコバール材の線膨張係数をα_ｋｖとし、
レンズホルダ８を構成するアーム１１のアルミ材の線膨張係数をα_ａｌ、長さをAとする。
また、レンズホルダ８を構成するホルダ１２のＩｎｖｏｒ材の線膨張係数をα_ｉｖ、長さをBとすると、
下記の関係が成り立つ。

dYL／dT =α_ａｌ・A α_ｉｎ・B α_ｋｖ・(A B)

したがって、アームAの長さ、および光学シュミレータ等によりdYL/dTが求まれば、Bの長さが求まり、温度依存性をキャンセルするようレンズを温度により微動させる機構が構築できる。
なお、上記材料のおよその線膨張係数は以下のとおりである。
Ｋｏｖａｒ：11.5［×10^-6／℃］
アルミ：23.8［×10^-6／℃］
Ｉｎｖｏｒ：0.9［×10^-6／℃］

実際の作製に当たっては回折格子３、フォーカシングレンズ４、ミラー５、ＰＤアレイ６を構成する材質、これらを支持する部材の材質、大きさ、形状を考慮し、実験を繰り返しながら決定するものとする。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明に係るチャネルモニタの一実施例を示す要部構成図である。 ＰＤの各素子に入射した異なる波長の出力例を示す説明図である。 支持用ホルダとレンズホルダの模式的な構成例を示す説明図である。 本発明が適用される光チャネルモニタの一例を示す構成図である。 他の従来例を示す構成図である。 ＰＤアレイに入射する波長とＰＤ素子の出力の関係を示す説明図である。

符号の説明

１ 出射端
２ コリメーティングレンズ
３ 波長分散素子（回折格子）
４ フォーカシングレンズ
５ ＰＤアレイ
６ ミラー
７ 光学部品の支持用ホルダ（設置用ブロック）（コバール）
８ レンズホルダ
１１ アーム（アルミ材）
１２ ホルダー（インバー）

Claims (3)

1. 複数の波長を含む光源からの光をコリメータレンズを介して受光する波長分散素子と、この波長分散素子で分光した光を集光するフォーカシングレンズと、このフォーカシングレンズで集光された光を受光するフォトダイオードレイ素子を備えた光チャネルモニタにおいて、前記コリメータレンズ,波長分散素子,フォトダイオードレイを含む光学部品及びこれらを支持する支持部材が周囲温度変化に起因して生じる物理量変化により前記フォトダイオードアレイへ入射する分光光の照射位置のずれを、前記光学部品を支持する支持部材を組合わせて補正したことを特徴とする光チャネルモニタ。
2. 前記支持部材を構成する部材として線膨張係数の異なる部材を組合わせて用いたことを特徴とする請求項１記載の光チャネルモニタ。
3. 前記支持部材を構成する部材として線膨張係数の異なる３種類の部材を用いたことを特徴とする請求項２に記載の光チャネルモニタ。
   

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