【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  走査ヘテロダイン型分光器あるいは走査フィルター型分光器の走査範囲の補正方法および補正手段とその分光器、更にそれを適用したシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】  
周波数的に等間隔の送信ピークを複数生成するために、走査信号でファブリペローエタロンを光学的に走査する工程と、
受動光ネットワーク（ＰＯＮ）における前記走査信号として使用する光周波数基準信号及び送信信号であって、送信器の前記送信信号を受信する検出工程と、
前記光周波数基準信号とを検出する工程と、
前記送信ピークの一つと前記光周波数基準信号とを比較する工程とを有することを特徴とする走査ヘテロダイン型分光器あるいは走査フィルター型分光器の走査範囲の補正方法。
【請求項２】  
前記走査が、局部発振（ＬＯ）レーザによって可能とされ、前記走査中における最初に検出された信号が光周波数基準信号であり、２番目に検出された信号が前記ファブリペローエタロンの送信ピークの一つであり、前記最初の検出信号と前記２番目の検出信号の間の経過時間が走査遅延であり、前記ファブリペローエタロンの送信ピークの検出は前記走査遅延によってオフセットされる請求項１記載の補正方法。
【請求項３】  
前記送信信号の検出とそれに最も近い前記ファブリペローエタロンの送信ピークの検出との間の遅延を、周波数偏差に変換した補正メッセージが前記送信器へ送信される請求項２記載の補正方法。
【請求項４】
走査ヘテロダイン型もしくは走査フィルター型分光器の走査範囲を周波数的に等間隔の送信ピークを複数発生するための固定空洞ファブリペローエタロンであって、
前記エタロンを走査するために走査信号を生成する構成として局部発振レーザ（ＬＯレーザ）を含み、
前記局部発振レーザを用いた送信信号の受信を検出する受動光ネットワーク（ＰＯＮ）と、
前記局部発振レーザを用いた光周波数基準信号を検出する手段と、
前記光周波数基準信号と前記送信ピークの一つとの間の遅延時間を決定するための手段とを含むことを特徴とする補正手段。
【請求項５】
送信器の送信信号と、前記送信信号に最も近い前記送信ピークとの間の遅延時間を決める手段を含む請求項４記載の補正手段。
【請求項６】
前記送信信号の周波数を調整するために、前記送信器に補正信号を送信する手段を含む請求項５記載の補正手段。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれかに記載の補正手段を用いた分光器。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれかに記載の補正手段を含む波長測定システム。
【請求項９】
請求項４乃至６のいずれかに記載の補正手段を含む波長管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度波長分割多重化装置（ＨＤＷＤＭ）に適用される波長管理システムをより簡潔な構成にするための技術に関する。このシステム構成には、類似するシステムと比較して、ほとんど温度に影響されることのない構成が含まれる。
【０００２】
本発明に係るこのような技術は、走査型波長測定システムの複雑化を軽減するための手段を確立するものである。該手段は、局部的かつ分散的なＷＤＭ、高密度ＷＤＭ，コヒーレントシステムに適している。また該手段は、固定空洞ファブリペローエタロン(Fabry-Perot Etalon)の適用に基づくもので、固定空洞ファブリペローエタロンは、同調レーザの出力（波長にかかる）が通過すると、幾つかの参照信号を等間隔の送信最大値（送信ピーク）として生成する。この信号が走査ヘテロダイン型分光器、もしくは走査フィルター型分光器において適用されると、送信器における波長状態の検出が容易になる。
【０００３】
【従来の技術】
従来の波長管理システムとしての波長監視システム等は、その構成が比較的複雑であり、よって波長変化の監視、波長状態の測定といった動作が困難であり、またその機能が温度変化等に影響されやすいといった問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、特に固定空洞ファブリペローエタロンを適用し、その機能が温度変化に影響されることの少ない波長管理システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、周波数的に等間隔の送信ピークを複数生成するために、走査信号でファブリペローエタロンを光学的に走査する工程と、
受動光ネットワーク（ＰＯＮ）における前記走査信号として使用する光周波数基準信号及び送信信号であって、前記送信信号を受信する検出工程と、前記光周波数基準信号とを検出する工程と、
前記送信ピークの一つと前記光周波数基準信号とを比較する工程とを有する走査ヘテロダイン型分光器あるいは走査フィルター型分光器の走査範囲の補正方法を提供する。
【０００６】
さらに、この発明は、走査ヘテロダイン型もしくは走査フィルター型分光器の走査範囲を周波数的に等間隔の送信ピークを複数発生するための固定空洞ファブリペローエタロンであって、前記エタロンを走査するために走査信号を生成する構成として局部発振レーザ（ＬＯレーザ）を含み、前記局部発振レーザを用いた送信信号の受信を検出するPONと、前記局部発振レーザを用いた光周波数基準信号を検出する手段と、前記光周波数基準信号と前記送信ピークの一つとの間の遅延時間を決定するための手段とを含む補正手段を提供する。
【０００７】
上記システムは、ＷＤＭ、ＨＤＷＤＭ、コヒーレント型システムにおける光送信器のチャンネル間分割を制御するのに利用することができる。                    
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る波長管理システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の実施の形態である簡略化された波長管理システムを示す概念図である。図１において、システムの中核は、走査ヘテロダイン型分光器もしくは走査フィルター型分光器であり、送信信号を受動光ネットワーク（ＰＯＮ）に組み入れることで生成される送信器コームを監視するものである。この送信器コームにおいて、動作点が送信器コームの外にある光周波数基準にスペクトラムが加えられる。これは、このシステムにおいて唯一の安定した要素であり、輝線スペクトルもしくは吸収線スペクトルを固定する技術によって安定にされる。
【００１０】
固定空洞ファブリペロー干渉計は、走査ＬＯ（局部発振）レーザを監視する。これは、走査ＬＯレーザの非線形性を測定する手段を提供するものである。また、ファブリペローにおける送信コームの間隔は、所望の送信器で周波数間隔に設定することができる。例えば、該エタロンが、合成シリカで構成されている場合、６．９ｍｍのミラーに対応する１５ＧＨｚのコーム間隔となる。
【００１１】
動作送信器が、エタロンの送信ピークに間接的にロックされるため、ピーク間隔の安定性が重要となる。エタロンが温度安定化されていない場合、どのような温度変化もピークの変移を誘発し得る。
【００１２】
ここで、システムの動作を更に検証する前に、この温度変化によるピーク変移問題の性質とその重要性を検証することにする。
【００１３】
ファブリペローエタロンにおいて、ｍが正の整数であるとき、次の数式が与えられる。
【００１４】
λ（ｐｅａｋ）＝２ｄｎ／ｍ
【００１５】
また、ｎ0 、ｄ0 がＴ＝０におけるシリカの屈折率及び厚さであり、αが線膨張係数で
あるとき、次の数式が与えられる。
【００１６】
λ（ｐｅａｋ）＝２ｄ0 ( １＋αＴ）（ｎ0 ＋（ｄｎ／ｄｔ），Ｔ）
【００１７】
また、ｔが光学的厚さであるとき、次の数式が与えられる。
【００１８】
λ（ｐｅａｋ）＝２ｔ／ｍ
【００１９】
また、ｔ0 がＴ＝０における光学的厚さであるとき、次の数式が与えられる。
【００２０】
λ（ｐｅａｋ）＝２ｔ0 ( １＋βＴ）／ｍ      …（１）
【００２１】
また、同様にファブリペローエタロンにおいて、次の数式が与えられる。
【００２２】
β＝α＋（ｄｎ／ｄｔ）・（１／ｎ0 ）
【００２３】
ここで、１５５０ｎｍ及び２０℃において、シリカのｎ0 が１．４４４とすると、次の
２式が与えられる。
【００２４】
ｄｎ／ｄｔ＝１．２８Ｅ−５／℃
α＝５５Ｅ−７／℃
【００２５】                                                      
即ち、β＝９．４Ｅ−６／℃となる。
【００２６】
数式（１）を微分し、またｔ0 に置換することで、次の数式が与えられる。        
【００２７】
ｄα（ｐｅａｋ）／ｄＴ＝２ｔ0 β／ｍ＝λ（ｐｅａｋ）β
【００２８】
従って、周波数に変換すると、固有線の温度に対する変移率は、１．８ＧＨｚ／℃となる。
【００２９】
今、ピーク分割の変化が、Δｆ＝ｃ／２ｔ＝ｃ／２ｔ0 （１＋βＴ）とする。
【００３０】
これは、２０℃においてコーム周期が１５ＧＨｚであるシリカ型エタロンが、１２５℃において１４．９８５ＧＨｚのコーム周期を示すことを意味し、これは、コヒーレント受信器が得られる許容範囲内であって、コームの末端±１ＧＨｚにおける蓄積誤差に相当する。従って、コームは温度に対して大きくドリフトするが、線分割は一定に維持される。
【００３１】
線変移を回避するため、ファブリペローエタロンは、温度に対して、送信ピークを基準周波数にロックすることで確立することができる。しかしこれは、更なるシステムの複雑化及び信頼性の低下を意味する。従って、エタロンによる温度変化の補正は、システムにおけるエタロン以外の構成部材に依存し、エタロンは、受動素子のままであることが望ましい。この動作過程は、下記の分光器の動作説明において説明する。
【００３２】
図２を参照して、分光器の動作について説明する。分光器は、次のように動作する。レーザ走査の間、プロセッサは、コヒーレント受信器によってファブリペローエタロンの送信ピークが確認された時点及び光信号が検出された時点を確認し、そのデータを分析する。この動作例においては、走査中にコヒーレント受信器によって検出された最初の信号が基準となる。コンピュータは、コヒーレント受信器による送信ピークの確認及び光信号の検出時から次のファブリペローエタロンの送信ピークの検出までの経過時間を確認する。これが、走査遅延である。この走査遅延は、ファブリペローエタロンの周辺温度の変化により、走査から走査における変化を誘因する（絶対基準は、温度に対して一定に維持されるものと推定されている）。プロセッサは、走査遅延により、残りのチャンネルの検出時間をオフセットすることで、ファブリペローエタロンのドリフトを排除する。その後、プロセッサは、各チャンネルに対して、送信信号検出時及び最も近いファブリペローエタロンの送信ピークとの間の遅延を確認する。そして、プロセッサは、隣接するファブリペローエタロンの送信ピーク間の経過時間を補完する方法として、この遅延を周波数偏差に変換する。プロセッサは、この周波数偏差が１５ＧＨｚの周波数掃引を示すことを認識している。瞬間の掃引速度（僅かな且つ既知の周波数差の掃引をする時間なので）を把握することで、チャンネル検出とそれに対応するＦＰピーク（ファブリペローエタロンの送信ピーク）との間の差分遅延は、周波数偏差に変換することができる。図２は、この動作過程を示している。
【００３３】
一端、固有の送信器の周波数偏差がその所定のチャンネル周波数から確認されると、データグラムオーバレイあるいは、専用電気接続の何れかを介して関連の送信ユニットに向けて補正メッセージが送られる。これに応じ、送信器は、適切な補正動作をとる。即ち、レーザの動作条件を変え、さらに放出された光波長もしくは周波数を変える。
【００３４】
従って、固定空洞ファブリペローエタロンの送信ピークの周波数間隔を活用すると共に、その温度変移を補正することによって、分光器は、送信器の周波数差異をＬＯレーザの同調特性に関係なく計算することができる。
【００３５】
システムが機能するためには、ある特定の条件が満たされなければならない。下記にその詳細を挙げる。
【００３６】
ａ）走査レーザの周波数時間特性は単調でなければならず、ファブリペローエタロンのコーム間隔より小さな幅で無視できない構成成分があってはならない。
【００３７】
ｂ）エタロンの温度変化速度に対して、掃引速度は速くなければならない。さもなければ、ファブリペローエタロンの送信ピークは、走査中に大きくドリフトすることになる。０．１ＧＨｚまでの誤差は、走査時間において許容範囲である。これは、走査中において温度が０．０５℃以上は変移しないことを意味する。温度の変化速度が１℃／ｓの場合、走査は５０ｍｓ以上かかってはならない。走査が、１２８チャンネル（０．１２５ｎｍのチャンネル間隔）の有する１６ｎｍの基準走査範囲において±０．５ＧＨｚの周波数分解能を持っている場合、ピーク検出システムの一時的分解能は±１２．５μｓでなければならない（８０ｋＨｚクロックに相当）。この分解能は必要以上に高いが、２Ｇｂｉｔ／ｓＣＰＦＳＫ信号の変調スペクトラムの中央ローブは、４ＧＨｚ程度のスペクトル幅を有している。
【００３８】
ｃ）始動時に、送信レーザは、±５ＧＨｚのウィンドー内において作動可能とならなければならない（この数値は、チャンネルウィンドウ間において５ＧＨｚの保護周波数帯を与える）。これは、１２．５ＧＨｚ／℃の熱同調特性及び６００ＭＨｚ／ｍＡの電気光学同調特性を有する装置において、±０．４℃の温度不確実性あるいは±８ｍＡのバイアス不確実性に等しい。
【００３９】
平均化が必要でない限り、Ａ／Ｄ変換を実行する必要はなく、むしろ、様々な現象が確認されるクロック数を把握することが必要である。
【００４０】
これは、パルス波形整形及びエッジ検出器に続いてレベル検出器を適用することによって、実現することができる。ＣＰＦＳＫスペクトラムが単一ピークでありかつ対称的であるため、スペクトラムの中心は、パルス立上り時間及びパルス立下り時間の代数的手段としてとらえることができる。従って、データの取得は、今日の標準的なマイクロプロセッサにおいて可能であり、走査レーザにおける５０ｍｓの掃引の間にクロックカウンター値を１２８回確認する程度でよい。このような動作は、第１世代の８ビットマイクロプロセッサでも容易であろう。よって、送信器の周波数偏差を算出するための計算は、ゆっくり実行されることになる。送信器レーザは、比較的ゆっくりと変移し（ＭＨｚ／秒単位）、よって、補正は数秒に１回程度の割合で実行するだけで十分である。
【００４１】
当然、上昇温度による早老化を防ぐためには、ＬＯレーザに対してある程度の温度確立が必要とされる。また、温度制御の必要性は、装置の電気光学同調範囲に影響され得る。照合線源及び送信器コームを得るため、この温度制御は、常に適切でなければならず、そのために装置周辺温度に基づく簡単な温度制御が要求されることがある。このとき、この制御ループによる周波数変化率は、周波数掃引が単調であることを確実に維持するために、走査速度よりも小さくなければならない。
【００４２】
【発明の効果】
上記の説明のように、本発明において、温度変化等に影響されにくく、波長変化の監視、波長状態の測定といった動作が容易となる波長管理システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態である波長管理システムの概念を示す図である。
【図２】
本発明の一実施形態である波長管理システムにおける周波数補正の計算を図表で示している図である。