(57)【要約】【課題】波長可変レーザから出力される任意の波長の光に対して、瞬時に波長変化を検出する高速波長変化モニタと、この高速波長変化モニタをもちいて瞬時に出力光を遮断する光遮断装置を提供すること。【解決手段】光源２００から入力される送信光からモニタ光１を第１の光分岐器１０１で分岐し、第２の光分岐器１０２でさらに送信光からモニタ光２を分岐する。第１の光分岐器１０１で分岐したモニタ光１は光遅延器１０３でＴ１秒遅延させ、遅延されたモニタ光１とモニタ光２とを光合波器１０４で合波する。合波された遅延されたモニタ光１とモニタ光２との差周波電気信号をフォトミキサ１０５で生成し、差周波電気信号の周波数Ｆ以上の周波数帯を選択的に透過するハイパスフィルタ１０６に入力する。ハイパスフィルタ１０６を透過してきた電気信号の強度をディテクタ１０７で検出し、その電気信号の強度変化から送信光の波長変化を検出する。【選択図】図１
2014220600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、
被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、
前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、
前記第１の経路上に設置された第１の光遅延器と、
前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、
前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、
前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、
を備えたことを特徴とする高速波長変化モニタ装置。
【請求項２】
レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、
被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、
前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、
前記第３の経路上に設置された第１の光遅延器と、
前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、
前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、
前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するハイパスフィルタと、
前記ハイパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、
を備えたことを特徴とする高速波長変化モニタ装置。
【請求項３】
レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、
被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、
前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、
前記第１の経路上に設置された第１の光遅延器と、
前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、
前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、
前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、
を備えたことを特徴とする高速波長変化モニタ装置。
【請求項４】
レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、
被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、
前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、
前記第３の経路上に設置された第１の光遅延器と、
前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、
前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、
前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、
を備えたことを特徴とする高速波長変化モニタ装置。
【請求項５】
レーザ光源の送信光の波長変化を検出して前記送信光を遮断する光遮断装置であって、
請求項１乃至４に記載の高速波長変化モニタ装置と、
前記高速波長変化モニタ装置から出力された前記送信光が入力される第２の光遅延器と、
前記高速波長変化モニタ装置から出力された検出信号に基づき、前記第２の光遅延器から出力された前記送信光を遮断する光シャッタと、
を備えたことを特徴とする光遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源の波長変化を短時間に検出する高速波長変化モニタおよび、この高速波長変化モニタからの波長変化検出信号を用いて光の出力経路を遮断する光遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信では、光信号の波長を長期間固定することにより、特定のノード間に波長パスを形成して長期間固定的に通信を行う、いわゆる波長パス方式がとられている。波長パス方式では、光通信ネットワークの故障時の波長パスの再構築や突発的な通信量の増大に対応した波長パスの追加などが必要になった場合には、光信号の波長を変えてこれに対応している。
【０００３】
上記波長パス方式においては光信号の波長を変えるために波長可変レーザが用いられている。波長可変光源としては、小型でかつ少ない電力で波長変化が可能な半導体波長可変レーザが一般的である。
【０００４】
半導体波長可変レーザの動作原理は以下のようである。すなわち、半導体レーザの共振器の一部または全体の屈折率を温度または電流によって変化させ、共振器内に存在できる波長を選択的に限定する。広範囲な波長変化を生じさせる構造として、超周期構造回折格子分布回折型レーザ（非特許文献１）などが開発されている。この超周期構造回折格子分布回折型レーザは、いわゆる縦モードと呼ばれる、一定間隔で並んだとびとびの波長が共振器内で存在できるように設計され、これらの波長のうちの１つを選択的に増幅することにより単一の波長でレーザ発振させるものである。この方法により１００ｎｍ以上の波長域で任意の波長で発振することが報告されている。
【０００５】
但し、超周期構造回折格子分布回折型レーザなどの縦モードを利用した波長可変レーザは、小さな操作量で波長が変化するという利点があるが、その反面、半導体レーザに対する外乱や半導体レーザ自体の劣化などの変化に対して、意図しない波長変化が生じやすいという欠点を持っている。そのため、波長モニタ装置で常に波長変化をモニタし、意図しない波長変化が生じた場合には出力光を遮断する機能を必要とする。
【０００６】
従来の波長モニタ装置は、光フィルタを透過した光の強度を光検出器で電気信号に変え、電気信号の大きさで波長を算出するというものである。常に一定の波長を出力するレーザをモニタする場合は、その固定された波長からの波長変化を検出するだけでよいため、アナログ回路などで高速に信号処理をすることが可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】N. Fujiwara, et al., “140-nm Quasi-Continuous Fast Sweep Using SSG-DBR Lasers,” IEEE Photonics Technology Letters, 2008, Volume 20 , Issue 12, p.1015-1017
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、波長可変レーザを従来の波長モニタ装置でモニタする場合は、任意の波長に対して、その波長から波長変化が生じた際、波長変化を電気信号の大きさとして検出するための四則演算などのデジタル信号処理が必要なため、デジタル信号処理に要する時間が数マイクロ秒以上かかり、瞬時に出力光を遮断することができないという課題があった。
【０００９】
そこで本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、波長可変レーザから出力される任意の波長の光に対して、瞬時に波長変化を検出する高速波長変化モニタを提供することを目的とする。またこの高速波長変化モニタをもちいて瞬時に出力光を遮断する光遮断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明は、レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、前記第１の経路上に設置された第１の光遅延器と、前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、前記第３の経路上に設置された第１の光遅延器と、前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するハイパスフィルタと、前記ハイパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、前記第１の経路上に設置された第１の光遅延器と、前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、レーザ光源の波長変化をモニタする装置であって、被測定光を少なくとも第１の経路と第２の経路に分岐する第１の光分岐器と、前記第２の経路をさらに第３の経路と第４の経路に分岐する第２の光分岐器と、前記第３の経路上に設置された第１の光遅延器と、前記第１および第３の経路が接続された少なくとも２つの入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを有する光合波器と、前記光合波器の出力ポートが接続された光入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するフォトミキサと、前記フォトミキサの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと差周波電気信号出力ポートを有するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの差周波電気信号出力ポートが接続された電気入力ポートと検出信号出力を有するディテクタと、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、レーザ光源の送信光の波長変化を検出して前記送信光を遮断する光遮断装置であって、請求項１乃至４に記載の高速波長変化モニタ装置と、前記高速波長変化モニタ装置から出力された前記送信光が入力される第２の光遅延器と、前記高速波長変化モニタ装置から出力された検出信号に基づき、前記第２の光遅延器から出力された前記送信光を遮断する光シャッタと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の高速波長変化モニタによれば、任意の波長に対して、その波長からの波長変化を瞬時に検出でき、さらに検出した波長変化にもとづき波長可変レーザの出力光経路を光シャッタにより遮断できるため、意図しない波長の光を送信しないという信頼性の高いレーザ光源システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る高速波長変化モニタの構成を示す図である。
【図２】（ａ）はモニタ光２の光周波数の時間変化を示す図であり、（ｂ）は光遅延器後のモニタ光１の光周波数の時間変化を示す図であり、（ｃ）はディテクタで検出される電気信号の強度の変化を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る高速波長変化モニタの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１８】
（実施形態１）
図１に、本発明の一実施形態に係る高速波長変化モニタの構成を示す。図１に示すように、この高速波長変化モニタ１００は、光源２００から入力される送信光からモニタ光１を第１の光分岐器１０１で分岐し、第１の光分岐器１０１の後段で第２の光分岐器１０２でさらに送信光からモニタ光２を分岐する。第１の光分岐器１０１で分岐したモニタ光１は光遅延器１０３でＴ１秒遅延させ、この遅延されたモニタ光１と第２の光分岐器１０２で分岐したモニタ光２とを光合波器１０４で合波する。合波された遅延されたモニタ光１とモニタ光２との差周波電気信号をフォトミキサ１０５で生成し、差周波電気信号の高周波成分である周波数Ｆ以上の周波数帯を選択的に透過するハイパスフィルタ１０６に入力する。ハイパスフィルタ１０６を透過してきた電気信号の強度をディテクタ１０７で検出し、その電気信号の強度変化から光源２００から出射された送信光の波長変化を検出する。
【００１９】
ここで一例として、光遅延器１０３は入力されたモニタ光１を約１００ナノ秒遅延させるものとし、ハイパスフィルタ１０６の透過周波数帯域を１ＧＨｚ以上と設定する。
【００２０】
この場合、光合波器１０４には現在の光源からの出射光の一部であるモニタ光２と１００ナノ秒前の光源からの出射光の一部であるモニタ光１とが入力される。フォトミキサ１０５ではモニタ光１とモニタ光２との差周波電気信号であるビート信号が生成される。すなわち、光源の現在の光周波数と約１００ナノ秒前の光周波数との差の周波数を持つ電気信号が生成されることになる。
【００２１】
ハイパスフィルタ１０６は高周波成分を透過するため、モニタ光１とモニタ光２の周波数差が大きい時、すなわち互いの波長差が大きい時には、フォミキサ１０５で生成される高周波成分がハイパスフィルタ１０６で透過される。そのため、ハイパスフィルタ１０６を透過する電気信号の強度が増加し、その結果ディテクタ１０７で検出される電気信号強度が増大する。本実施形態のように、ハイパスフィルタの透過周波数帯域を１ＧＨｚ以上と設定した場合、光源２００の波長すなわち光周波数が１００ナノ秒以内に１ＧＨｚ以上変化すると、モニタ光１とモニタ光２の光周波数差が１ＧＨｚを超える。このように光周波数差が１ＧＨｚを超えると、フォトミキサ１０５で１ＧＨｚ以上の周波数の電気信号が生成され、これらはハイパスフィルタ１０６を透過してディテクタ１０７に入力される。ディテクタ１０７で検出される電気信号の増大を検知することにより、光源２００で波長変化が起こったことを検知することが可能となる。
【００２２】
図２（ａ）にモニタ光２の光周波数の時間変化、図２（ｂ）に光遅延器１０３後のモニタ光１の光周波数の時間変化、図２（ｃ）にディテクタ１０７で検出される電気信号の強度の変化を例示する。ここでモニタ光２は時刻ｔ１において光周波数が変化しており、これに伴い約１００ナノ秒後の時刻ｔ２において遅延器１０３後のモニタ光１の光周波数が変化している。時刻ｔ１とｔ２の間ではモニタ光２と遅延器１０３後のモニタ光１の光周波数とが異なることから、この時間帯（ｔ１〜ｔ２）で１ＧＨｚ以上の周波数の電気信号が生成される。ここで生成された電気信号はハイパスフィルタ１０６を透過するため、ディテクタ１０７で検出される電気信号の強度が増大し、光周波数が変化したことが検知可能となる。
【００２３】
尚、図１に示す高速波長変化モニタでは、モニタ光１を光遅延器１０３で遅延させたが、光分岐器１０１と光合波器１０４との間に設置されている光遅延器１０３を光分岐器１０２と光合波器１０４との間に設置してモニタ光１を遅延させる代わりにモニタ光２を遅延させてもよい。
【００２４】
（実施形態２）
図３に、本発明の一実施形態に係る高速波長変化モニタの構成を示す。図３に示すように、この光遮断装置は、光源２００と、実施形態１で説明した波長変化モニタ装置と、送信光をＴ２秒遅延させる光遅延器３０１と、電気信号を受信してから光を遮断するまでの動作時間がＴ３秒の光シャッタ３０２から構成されている。
【００２５】
ここで一例として、光遅延器３０１は入力された送信光を約１マイクロ秒遅延させるものとし、光シャッタ３０２は波長変化モニタ装置から送出される波長変化検出信号を受信して光を遮断するまでの動作速度を約５００ナノ秒（０．５マイクロ秒）と設定する。
【００２６】
この場合、光遅延器３０１により送信光は１マイクロ秒遅延しているため、波長変化した送信光が光シャッタ３０２に到達する前に光が遮断される。その結果、波長変化後の送信光が出力されることを防ぐことが可能となる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成は各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更なども含まれる。
【００２８】
本実施形態の高速波長変化モニタおよび光遮断装置では、ハイパスフィルタを用いて、透過する電気信号の強度の増加を検出して動作させた例を示したが、ローパスフィルタを用いて、透過する電気信号の減少を検出して動作させてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１００  高速波長変化モニタ
１０１、１０２  光分岐器
１０３、３０１  光遅延器
１０４  光合波器
１０５  フォトミキサ
１０６  ハイパスフィルタ
１０７  ディテクタ
２００  光源
３０２  光シャッタ
【図１】
2014220600.tif 000003
【図２】
2014220600.tif 000004
【図３】
2014220600.tif 000005